李志剛

摘要：在物理教學(xué)中，要注重物理實(shí)驗(yàn)，特別是要注重學(xué)生的自主實(shí)驗(yàn)，要鼓勵(lì)、培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成“自主實(shí)驗(yàn)”的習(xí)慣，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，動(dòng)手進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)。在自主實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)證和探究物理規(guī)律，對(duì)提高學(xué)習(xí)興趣，開發(fā)智力，拓展知識(shí)，都起著重要的作用。

關(guān)鍵詞：自主實(shí)驗(yàn)；拓展知識(shí)；途徑

現(xiàn)行普通高中課程物理教科書，編排了許多學(xué)生課內(nèi)分組實(shí)驗(yàn)，教師演示實(shí)驗(yàn)和讓學(xué)生“做一做”的課后自主實(shí)驗(yàn)。近幾年以來(lái)，我校學(xué)生在完成了課本中規(guī)定的必做實(shí)驗(yàn)外，部分同學(xué)還積極開展一些對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容有關(guān)的，教材中卻沒(méi)有的學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中他們探究物理現(xiàn)象，驗(yàn)證物理定律，對(duì)提高學(xué)習(xí)物理的興趣、理解物理概念規(guī)律、突破知識(shí)難點(diǎn)、培養(yǎng)動(dòng)手能力、拓展科學(xué)知識(shí)都有很大的幫助。為了鼓勵(lì)這些學(xué)生的自主實(shí)驗(yàn)積極性，實(shí)驗(yàn)室教師設(shè)計(jì)了“自主實(shí)驗(yàn)活動(dòng)小組表格”，表格中要求學(xué)生填寫參加人員姓名、內(nèi)容、目的、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)論與感想。然后交給任課老師審核同意后，再交給實(shí)驗(yàn)室老師、由實(shí)驗(yàn)室老師安排自主實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)驗(yàn)室老師在場(chǎng)管理指導(dǎo)，以防意外事故發(fā)生。

以下幾種實(shí)驗(yàn)科目是近幾年進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)的部分內(nèi)容，現(xiàn)介紹如下：

一、 干電池使用后，內(nèi)阻增大實(shí)驗(yàn)

如圖1-1電路，先用電壓表分別測(cè)出二節(jié)新的1.5V干電池電動(dòng)勢(shì)E1約3V，和4節(jié)相同型號(hào)但使用過(guò)后的舊干電池E2電動(dòng)勢(shì)約5.5V。然后把電壓表?yè)Q成額定電壓為3.8V小燈泡，如圖1-2，當(dāng)電鍵S接通E1時(shí)，發(fā)現(xiàn)小燈泡較亮；當(dāng)電鍵S接通E2時(shí)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不但沒(méi)有被燒毀，反而小燈泡只有微微發(fā)出紅光。這是為什么呢？同學(xué)們經(jīng)分析總結(jié)后得出了：舊干電池電動(dòng)勢(shì)E2雖比新干電池電動(dòng)勢(shì)E1大，卻反而燈泡發(fā)光暗得多，是由于舊電池E2內(nèi)部多消耗了電能，而消耗電能的原因是舊干電池使用后內(nèi)阻增大的結(jié)果。從中，同學(xué)們也得知了新舊電池不能混合使用的道理。

二、 驗(yàn)證聲波是縱波實(shí)驗(yàn)

教材選修3-4“橫波和縱波”一節(jié)中講到“發(fā)聲體振動(dòng)時(shí)在空氣中產(chǎn)生的聲波是縱波，我們平常聽(tīng)到的各種聲音具有縱波的性質(zhì)”。可是教材中沒(méi)有出具聲音是縱波實(shí)驗(yàn)。但用什么辦法來(lái)驗(yàn)證它呢？同學(xué)們想出了一個(gè)證明聲波是縱波的實(shí)驗(yàn)。如圖2所示，把很小的彩色塑料泡沫粒子放在橫倒試管中，再把微型揚(yáng)聲器放入試管一端，將揚(yáng)聲器兩端接在低頻信號(hào)發(fā)生器輸出端上，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器輸出頻率和幅度，能看到試管內(nèi)彩色塑料泡沫粒子成疏密相間狀，這就驗(yàn)證了聲波具有縱波特性，屬于縱波。

三、 完全失重實(shí)驗(yàn)

完全失重是一個(gè)較難理解的物理概念，許多學(xué)生對(duì)于這一種特殊情景發(fā)生的物理現(xiàn)象總感到疑慮。為了解決這一問(wèn)題，學(xué)生設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)：取一易拉罐，在易拉罐上裝滿水，在側(cè)面打一小孔，水自然會(huì)從孔中流出來(lái)如圖3-1，再讓易拉罐自由下落，就會(huì)驚奇地發(fā)現(xiàn)，罐子在下落過(guò)程中，水不再?gòu)目字猩涑鋈鐖D3-2?，F(xiàn)在再在罐的底部開一小孔，再讓易拉罐自由下落，水會(huì)流出嗎？實(shí)驗(yàn)結(jié)果是水仍然不會(huì)從孔中射出如圖3-3。然后再把底部有孔的易拉罐豎直或斜向上拋，水還會(huì)流出嗎？常規(guī)的思維是水必然會(huì)從孔中直射下來(lái)，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果水仍然不會(huì)從孔中流出來(lái)，如圖3-4。

做了上述實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生對(duì)完全失重有了真切的感受，也有助于學(xué)生解決今后牽涉到的失重的習(xí)題。

四、 電阻導(dǎo)電受溫度變化影響實(shí)驗(yàn)

（1）對(duì)鉛筆芯實(shí)驗(yàn)。額定電壓2.5V左右的小燈泡，一段木工用的鉛筆芯，學(xué)生用的穩(wěn)壓電源選2~4V擋。用導(dǎo)線按圖4-1組成串聯(lián)電路，調(diào)整鉛筆芯上A、B間距，此時(shí)使小燈泡發(fā)光。然后逐步增加鉛筆芯上A、B間的距離，直至看不見(jiàn)小燈泡發(fā)光為止。點(diǎn)燃酒精燈、用酒精燈火焰加熱鉛筆芯A、B段，隨鉛筆芯溫度升高小燈泡開始發(fā)光，移走酒精燈火焰，小燈泡又慢慢地不發(fā)光了。同學(xué)們從實(shí)驗(yàn)后得知：鉛筆芯材料由石墨和黏土按比例混合而成，其中石墨含量決定其導(dǎo)電性能。當(dāng)鉛筆芯材料、截面積、接入電路中長(zhǎng)度確定后，鉛筆芯電阻受溫度變化而改變，溫度升高，電阻減少。

（2）對(duì)高溫玻璃導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)。取一小塊玻璃，用鑷子夾住后在酒精噴燈上燒成黃豆粒大的玻璃球，趁玻璃球軟化時(shí)，將兩根銅線插入玻璃內(nèi)，盡量靠近但不要接觸，再取一個(gè)帶有發(fā)光二極管的音樂(lè)賀卡。從賀卡電源接頭處引出兩根導(dǎo)線，再把自制的玻璃球串聯(lián)起來(lái)。玻璃球在未加熱前，賀卡音樂(lè)不響，發(fā)光二極管不亮，表明常溫下玻璃不導(dǎo)電。用酒精燈加熱玻璃球約1min，聽(tīng)到音樂(lè)聲響，但發(fā)光二極管不亮，繼續(xù)加熱約30S后發(fā)光二極管就亮了，這表明玻璃高溫加熱后，電阻減少，導(dǎo)電性能隨溫度的升高而增強(qiáng)。

（3）對(duì)比金屬電阻與熱敏電阻導(dǎo)電受溫度變化實(shí)驗(yàn)。取一段金屬導(dǎo)體，金屬導(dǎo)體用破舊日光燈一端取下的金屬絲，也可用電爐用的電熱絲。金屬導(dǎo)體電阻為R， 與電流表、電鍵、電源串聯(lián)組成電路如圖4-2所示。將電鍵S接通、電流表○A指針偏轉(zhuǎn)并指示一定讀數(shù)。接著用電熱吹風(fēng)機(jī)對(duì)準(zhǔn)金屬絲電阻R吹，吹熱風(fēng)時(shí)，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度減少，改用吹冷風(fēng)時(shí)，電流表指針偏輕角度增大。說(shuō)明：金屬導(dǎo)體電阻隨溫度升高，電阻增大，溫度降低電阻減小。

把金屬導(dǎo)體R換成半導(dǎo)體材料做成的熱敏電阻，如圖4-3所示。然后用電吹風(fēng)機(jī)對(duì)準(zhǔn)熱敏電阻吹，吹熱風(fēng)時(shí)，電流表熱針偏轉(zhuǎn)角度增大，吹冷風(fēng)時(shí)，電流表指針偏輕角度減小。說(shuō)明：熱敏電阻隨溫度升高，電阻減小，溫度降低電阻增大。

以上兩種實(shí)驗(yàn)情況為什么會(huì)這樣呢？學(xué)生通過(guò)從圖書館里翻閱圖書資料和請(qǐng)教老師后懂得了，金屬絲中自由電荷極多，在加熱情況下，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，由于擁擠相互碰撞阻礙了分子間定向運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致電阻值增大。當(dāng)加熱熱敏電阻時(shí)，從電流的微觀表達(dá)式I=nesv和半導(dǎo)體（如硅）材料結(jié)構(gòu)中得知，半導(dǎo)體中自由電荷極少，當(dāng)加熱時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，其中極少數(shù)電子可獲得較大能量，掙脫原子核束縛成為自由電子，從而電阻值減小,導(dǎo)電性能增強(qiáng)，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度增大。從參加“自主實(shí)驗(yàn)”的學(xué)生看，這些學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)，頭腦清晰，思路敏捷，求知欲強(qiáng)，學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題，通過(guò)自主實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證、探究。同時(shí)，在自主實(shí)驗(yàn)中，拓展了知識(shí)，使科學(xué)知識(shí)掌握得更加全面，基礎(chǔ)知識(shí)更加扎實(shí)，學(xué)習(xí)成績(jī)上了一步臺(tái)階。

(永康市綜合高中)