鄧 軍

(南京市南師附中新城初級(jí)中學(xué) 江蘇 南京 210019)

1 精準(zhǔn)測(cè)量薯片的熱值只差一種思維

對(duì)于熱值，課標(biāo)中只要求學(xué)生從能量轉(zhuǎn)化的角度認(rèn)識(shí)燃料的熱值，教材中也只是對(duì)比了質(zhì)量相同的不同燃料完全燃燒放出的熱量，學(xué)生對(duì)燃料的熱值缺少直觀的認(rèn)識(shí)，所以筆者安排了學(xué)生進(jìn)行薯片熱值的測(cè)量. 但是因?yàn)樵诩訜徇^(guò)程中無(wú)論如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，總不可避免地存在熱量的散失，所以學(xué)生認(rèn)為不可能測(cè)量出薯片真正的熱值，那如何實(shí)現(xiàn)從不可能到可能的轉(zhuǎn)變呢？筆者設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)方案．

1.1 實(shí)驗(yàn)用品

薯片4片(約8 g)，與薯片質(zhì)量相同的酒精，水(50 g)，燃燒皿2個(gè)，鐵架臺(tái)2個(gè)，石棉網(wǎng)2個(gè)，燒杯2只，溫度計(jì)2只，鑷子，酒精燈.

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

(1)稱取等質(zhì)量的酒精和薯片(約8 g)，如圖1所示.

圖1 量取酒精和薯片

(2)記下兩杯水的初溫，然后點(diǎn)燃燃燒皿中的酒精，如圖2所示，等酒精燃燒完后測(cè)量杯中水的末溫；同時(shí)用鑷子夾取一片薯片在酒精燈火焰上引燃后，再放在燃燒皿上方適當(dāng)調(diào)整火焰高度加熱燒杯中的水，如圖3所示，等4片薯片燃燒完再測(cè)量杯中水的末溫．

圖2 點(diǎn)燃酒精加熱燒杯中的水

圖3 引燃薯片后加熱燒杯中的水

1.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

用酒精和薯片分別實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示．

表1 用薯片和酒精進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)對(duì)比

1.4 數(shù)據(jù)處理

問(wèn)1：如何計(jì)算薯片的熱值.

水吸收的熱量

Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×

0.05 kg×40 ℃=8 400 J

薯片放出的熱量Q放=Q吸,所以薯片的熱值

問(wèn)2：計(jì)算出的薯片熱值與標(biāo)示的熱值為何相差這么大？

圖4 薯片標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)

問(wèn)3：利用此裝置可以測(cè)出接近真實(shí)的熱值，請(qǐng)思考如何測(cè)量.

以下是引導(dǎo)過(guò)程：

思考1：本次實(shí)驗(yàn)中用酒精加熱的效率是多少？(q酒精=30 000 J/g)

水吸收的熱量

Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×

0.05 kg×55 ℃=11 550 J

酒精完全燃燒放出的熱量

Q放=m酒q酒=8 g×30 000 J/g =240 000 J

思考2：本次實(shí)驗(yàn)中用薯片加熱的效率是多少？

通過(guò)這一次的追問(wèn)，引導(dǎo)學(xué)生從等效的角度定量測(cè)算出真實(shí)的熱值，因?yàn)樗鼈兊募訜岱绞较嘟?，所以薯片的熱效率和酒精的相?η薯片=η酒精)．

薯片加熱中水吸熱為

Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×

0.05 kg×32 ℃=8 400 J

薯片完全燃燒放出的熱量

薯片的熱值

與標(biāo)簽上算出薯片的熱值21 440 J/g進(jìn)行對(duì)比，已經(jīng)是非常接近了．

亞里士多德說(shuō)過(guò)：“思維自驚奇和疑問(wèn)開(kāi)始.”所以有效地讓學(xué)生對(duì)物理問(wèn)題產(chǎn)生疑問(wèn)和驚奇能激發(fā)學(xué)生的思維．在測(cè)量薯片的熱值時(shí)，學(xué)生理所當(dāng)然地認(rèn)為不可能測(cè)量出真實(shí)熱值時(shí)，教師直接告訴學(xué)生利用這套裝置是可以測(cè)量出真實(shí)熱值的，給學(xué)生以認(rèn)知上的沖突，引發(fā)學(xué)生的求知欲，激發(fā)學(xué)生的思維，思考出通過(guò)轉(zhuǎn)化與等效的方法測(cè)算出熱值，變不可能到可能，所以改變我們的思維，嘗試?yán)眯路椒〞?huì)有意想不到的效果．

2 精確測(cè)量聲速只差一種計(jì)時(shí)器

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：智能手機(jī)2部，卷尺，聲源(手掌聲或物體撞擊地面的聲音)，一塊長(zhǎng)5～10 m的平整空曠地面

實(shí)驗(yàn)步驟：

(1)在兩部手機(jī)中都下載“手機(jī)物理工坊”(phyphox中文版)的APP，打開(kāi)其中“聲學(xué)秒表”(此功能可以提供手機(jī)話筒接收到的前后兩次聲音的時(shí)間間隔)．

(2)如圖5所示，將聲源1、手機(jī)1、手機(jī)2、聲源2置于一條直線上.

圖5 利用手機(jī)計(jì)時(shí)原理示意圖

1)聲源1發(fā)聲，第一列聲波向右傳，先到達(dá)手機(jī)1，手機(jī)1開(kāi)始計(jì)時(shí)；

2)經(jīng)過(guò)Δt時(shí)間間隔，聲波向右到達(dá)手機(jī)2，手機(jī)2開(kāi)始計(jì)時(shí)；

3)經(jīng)過(guò)Δt1時(shí)間間隔，聲波向右到達(dá)聲源2；

4)再經(jīng)過(guò)Δt2時(shí)間間隔，聲源2發(fā)聲，第二列聲波向左傳；

寫(xiě)作教學(xué)中同伴反饋研究以書(shū)面同伴反饋居多。 盡管目前相關(guān)研究成果頗豐，但學(xué)界對(duì)于同伴反饋的定義、分類和識(shí)別存在重疊和不一致的現(xiàn)象。 與同伴反饋有關(guān)術(shù)語(yǔ)眾多(同伴評(píng)估、同伴編輯、同伴反饋、同伴反應(yīng)、同伴互評(píng)和同伴修訂等)； 國(guó)內(nèi)學(xué)者的譯法各異，如同伴反饋、同伴互評(píng)、同儕互評(píng)、同儕反饋等。 這種狀況不利于反饋的理論研究，也影響相關(guān)研究結(jié)果的比較和歸納。

5)經(jīng)過(guò)Δt1時(shí)間間隔，聲波向左先到達(dá)手機(jī)2，手機(jī)2停止計(jì)時(shí)(此時(shí)手機(jī)2計(jì)時(shí)為t2)；

6)經(jīng)過(guò)Δt時(shí)間間隔，聲波向左到達(dá)手機(jī)1，手機(jī)1停止計(jì)時(shí)(此時(shí)手機(jī)1計(jì)時(shí)為t1)．

(3)手機(jī)1計(jì)時(shí)

t1=Δt+Δt1+Δt2+Δt1+Δt=2Δt+2Δt1+Δt2

手機(jī)2計(jì)時(shí)

t2=Δt1+Δt2+Δt1=2Δt1+Δt2

兩手機(jī)計(jì)時(shí)之差

t1-t2=2Δt

(4)測(cè)量?jī)刹渴謾C(jī)間的距離為s.

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：以下測(cè)量了3組數(shù)據(jù)，如圖6所示，手機(jī)間距為5 m，時(shí)間間隔都為0.29 s，則

圖6 利用手機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到的相關(guān)

由此求得聲速

(測(cè)量時(shí)的氣溫在22 ℃，對(duì)比官方數(shù)據(jù)，誤差只有0.087%，測(cè)量結(jié)果可謂非常精準(zhǔn))

選擇精密儀器是減小實(shí)驗(yàn)誤差的途徑，而把智能手機(jī)引入物理實(shí)驗(yàn)，突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的限制，給了學(xué)生更大的自主學(xué)習(xí)空間，激發(fā)學(xué)生的積極性，開(kāi)拓了學(xué)生的思維，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)！

3 精準(zhǔn)測(cè)量平面鏡成像時(shí)物距和像距只差一種分析

實(shí)驗(yàn)“探究平面鏡成像特點(diǎn)”中，在測(cè)量像距與物距時(shí)是這樣操作的，如圖7所示，將一塊透明玻璃板豎直地放在鋪有白紙的水平桌面上，在玻璃板前放一個(gè)棋子A，將另一個(gè)相同的棋子B放在玻璃板后慢慢移動(dòng)，人在A這一側(cè)觀察，直到觀察到棋子B與棋子A的像完全重合，那么棋子B的位置就可以認(rèn)為是棋子A的像的位置，測(cè)量出此時(shí)像到玻璃板反射面的距離v和棋子A到玻璃板反射面的距離u，得到v和u大小相等，從而得出像與物到鏡面的距離相等．但是實(shí)際操作中，我們發(fā)現(xiàn)v和u不相等，而且總是像距大于物距，這是系統(tǒng)誤差還是偶然誤差呢？

圖7 探究平面鏡成像特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)示意圖

為了弄清楚像距大于物距的原因，需要先解決這個(gè)問(wèn)題：實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該選擇玻璃板的哪個(gè)面作為反射面？

筆者用一塊厚度為1 cm的玻璃板做實(shí)驗(yàn)，如圖8所示是實(shí)驗(yàn)中拍得的照片，可以清晰地看到在玻璃板后出現(xiàn)后一前一后兩個(gè)像．

圖8 用1 cm厚玻璃板做實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象

如圖9所示，前一個(gè)像A1，它是由棋子A出射的光在玻璃板的前一個(gè)面發(fā)生反射形成的．

圖9 前一個(gè)像的成像原理

如圖10所示，后一個(gè)像A2，它是由棋子A出射的光在玻璃板的前一個(gè)面從空氣折射進(jìn)入玻璃，在玻璃板的后一個(gè)面發(fā)生反射，再?gòu)牟Ａд凵浠乜諝庑纬傻模c(diǎn)A3是棋子A相對(duì)于玻璃板的后一個(gè)面的對(duì)稱點(diǎn)，從圖中可以看出，像距A2O4是小于物距AO4的，所以在實(shí)驗(yàn)中，不能選擇玻璃板的后一個(gè)面作為反射面，而只能選擇前一個(gè)面作為反射面，因此棋子B一定要和前面的那個(gè)像重合來(lái)確定像的位置．

圖10 后一個(gè)像的成像原理

在圖9中，像距A1O應(yīng)該等于物距AO，但是在用棋子B確定A的像位置后測(cè)得的像距v卻大于物距u，看來(lái)原因只有一個(gè)，那就是棋子B的位置并不是棋子A的像的真正位置，那棋子B真正的位置在哪兒呢？

如圖11所示，實(shí)驗(yàn)中人眼在看到棋子A的像(A1)的同時(shí)又透過(guò)玻璃板觀察到棋子B，在看到棋子B與棋子A的像重合時(shí)，我們看到的棋子B是它出射的光從空氣到玻璃再射入空氣發(fā)生兩次折射形成的虛像(B1)，所以我們看到的其實(shí)是棋子B的像(B1)與棋子A的像(A1)的重合，從圖中可以看出真正的像距應(yīng)該是A1O，而我們卻把BO當(dāng)成了像距，所以我們測(cè)量出來(lái)的結(jié)果是v大于u．如圖12所示，如果玻璃板薄些，要讓B1與A1重合，那么棋子B移動(dòng)到B2就可以了，此時(shí)B2O更接近AO，所以為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，在選擇玻璃板時(shí)要越薄越好．

圖11 棋子B的真正位置

圖12 玻璃板變薄后的圖示

通過(guò)分析誤差形成的原因，可以看出這屬于系統(tǒng)誤差，如果選擇厚的玻璃板，再怎么多次測(cè)量，再怎么改變測(cè)量方法都是沒(méi)用的，所以要精準(zhǔn)測(cè)量，必須認(rèn)真分析原因，再去精選器材，才能獲得好的效果！

小改變，大作用，只有改變思維方式，改變才真的發(fā)生；在信息發(fā)展迅速的今天，智能手機(jī)不是洪水猛獸，而是諾亞方舟；只有真正清楚誤差產(chǎn)生的原因，修正實(shí)驗(yàn)過(guò)程的不足，才能使測(cè)量結(jié)果精準(zhǔn)化！