開發(fā)非常規(guī)物理實驗(劉炳升)

1、把對學生的機械訓練轉向?qū)嵺`素質(zhì)的培養(yǎng)把對學生的機械訓練轉向?qū)嵺`素質(zhì)的培養(yǎng)開發(fā)非常規(guī)物理實驗的開發(fā)非常規(guī)物理實驗的素質(zhì)教育功能素質(zhì)教育功能劉炳昇劉炳昇NJNJ問題的提出n習題和練習是物理教學的一部分，但現(xiàn)習題和練習是物理教學的一部分，但現(xiàn)實中，它的地位已經(jīng)勝過概念、規(guī)律教實中，它的地位已經(jīng)勝過概念、規(guī)律教學，而且是一種大運動量的、幾乎都是學，而且是一種大運動量的、幾乎都是脫離實際的筆試訓練。它使大多數(shù)學生脫離實際的筆試訓練。它使大多數(shù)學生厭學，是在糟蹋學生的青春。厭學，是在糟蹋學生的青春。n這種狀況需要改變。這種狀況需要改變。解決實踐問題的特點n1.更有利于激發(fā)學生的好奇心和求知欲。更有利于激發(fā)

2、學生的好奇心和求知欲。n2.需要通過自己的觀察獲取信息，發(fā)現(xiàn)問題，需要通過自己的觀察獲取信息，發(fā)現(xiàn)問題，作為進一步思維的基礎。作為進一步思維的基礎。n3.學生能直接從實踐中獲得及時、準確的反饋學生能直接從實踐中獲得及時、準確的反饋信息，有利于提高學生實踐意識和評價能力。信息，有利于提高學生實踐意識和評價能力。n4.實踐中蘊藏著極其活躍的因素，有益于活化實踐中蘊藏著極其活躍的因素，有益于活化知識和訓練思維。知識和訓練思維。n5.實踐活動內(nèi)容豐富，形式多樣，有利于發(fā)展實踐活動內(nèi)容豐富，形式多樣，有利于發(fā)展學生的個性特長。學生的個性特長。尋找風鈴管音調(diào)的經(jīng)驗規(guī)律L /cm48.5 45.5 40.5

3、 35.5 33 f /Hz 656 741 920 1180 1380 Lf3180033700373004189045500示波器軟件示波器軟件管徑：管徑：2.5cm304050600100012001400800是否與管徑有關？n管直徑1.5cmL /cm 30.028.5 26.5 24.5 22.5 20.5 f /Hz990 1108 1291 1507 1765 2131 30405060010001200140080020d =2.5cmd =1.5cm 尋找經(jīng)驗規(guī)律n頻率與管長和管的截面積有關，管長越長，頻率越低；截面積越大，頻率越高。n頻率與這兩個因素某種關系的乘積，可能與

4、聲速有關。因此這兩個因素關系的量綱應當是m1.n由此或猜想：定值kvSlf2驗證：n管直徑1.5cmn誤差在1%-2%間。L /cm30.028.5 26.5 24.5 22.5 20.5 f /Hz990 1108 1291 1507 1765 2131 5940599960446030595659701022dLf逆風行舟逆風行舟n給你一個帶帆的小車和電風扇，你能使小車在給你一個帶帆的小車和電風扇，你能使小車在略傾的斜面上逆風行進嗎？略傾的斜面上逆風行進嗎？n試一試，你是怎樣做到的？試一試，你是怎樣做到的？n你能說明逆風行車的原理嗎？你能說明逆風行車的原理嗎？n能否用一把直尺、三角板和鉛筆

5、做一個模擬實能否用一把直尺、三角板和鉛筆做一個模擬實驗并說明它的原理？驗并說明它的原理？n說明在什么樣的情況下小舟不能逆風而上。說明在什么樣的情況下小舟不能逆風而上。學生在實踐中的表現(xiàn)學生在實踐中的表現(xiàn)n可調(diào)整的維度：航向、風向、帆可調(diào)整的維度：航向、風向、帆向。向。n選擇航向和風向在一條直線上，選擇航向和風向在一條直線上，改變帆向；改變帆向；n時而改變風向，時而改變帆向；時而改變風向，時而改變帆向；n固定風向與航向的夾角，調(diào)節(jié)帆固定風向與航向的夾角，調(diào)節(jié)帆向，由于合適的帆向只在已定的向，由于合適的帆向只在已定的夾角范圍內(nèi)，嘗試中很容易錯過；夾角范圍內(nèi)，嘗試中很容易錯過；航向風向帆向?qū)W生在實踐

6、中的表現(xiàn)學生在實踐中的表現(xiàn)n少數(shù)同學開始轉向畫圖少數(shù)同學開始轉向畫圖分析；分析；n少數(shù)同學用直尺和三角少數(shù)同學用直尺和三角板實驗；板實驗；n然后回來做帆車的實驗；然后回來做帆車的實驗；n再進行理論分析。分析再進行理論分析。分析中多把風向當成對帆施中多把風向當成對帆施力的方向。力的方向。航向風向帆向案例：滑板車靠什么前進？n在市民廣場上有一些小孩站在一種特殊的滑板車上，不用腳來蹬地就能前行，前行的奧秘是什么？n觀察小車的結構。n試一試，你是怎樣使小車前行的？n分析一下，小車為什么能夠前進？二輪滑板車的結構n一腳踏滑板前部，另一腳踏滑板后部，使前后板繞縱軸往復扭轉，滑板車就向前運動了。n為什么滑板

7、車會向前運動呢？滑車（后部）受力分析FF前方F1FF2俯視俯視前方前視前視側視側視評析：n它們都是戶外運動中的實際問題，學生非常感興趣，但對運動的原理卻想不通，似乎違背常理，不依靠劃槳（或發(fā)動機）產(chǎn)生的動力，小船豈能逆流而上？沒有鏈條帶動車輪，也不蹬地，小車還能前進？因此解決問題的動機很強。n通過探究使問題得到解決，過程中也許沒有公式的推導和計算，但需要有思想，會解釋不亞于做一個復雜的計算題！案例：逆風行舟案例：逆風行舟 n常言道，乘長風破萬里浪，順常言道，乘長風破萬里浪，順風破浪。但你見過逆風破浪，風破浪。但你見過逆風破浪，而不靠人力拼搏嗎？這似乎不而不靠人力拼搏嗎？這似乎不可想象，但事實上

8、，只要把握可想象，但事實上，只要把握一定的航向和適當控制帆面的一定的航向和適當控制帆面的位置，最終是可以達到逆風目位置，最終是可以達到逆風目標的。標的。案例：蕩秋千的學問n用手拉住擺繩的一端，讓擺球先以小振幅擺起來，怎樣通過你拉繩的手使擺球的振幅增大？n試一試。n你打算在什么位置拉繩，在什么位置松繩？n為什么？手案例：蕩秋千的學問n學生學了機械能守恒，就用機械能守恒定律來解決問題，但實際情況并不是那么一回事。n想一想，你是怎樣打秋千的？如果你站在秋千板上，在什么位置你要蹲下去？在什么位置你要站起來？n回顧你學過的知識，你能提出什么問題嗎？案例：蕩秋千的學問n按照你打秋千的經(jīng)驗，再來拉動擺球，試

9、一試，你能使擺球的振幅增大嗎？n為什么我們不能用機械能守恒定律來解決這個打秋千的問題？因為人在做功改變了系統(tǒng)的能量。n通俗地解釋一下原因（可以演示）：一個在光滑水平面內(nèi)被線牽著的小球作圓周運動，半徑變小時，小球轉動的線速度會變大。原因是它要保持轉動的動能不變。人在秋千的最低點站起來時，半徑變小，線速度就要變大。評析n這是一種孩子喜歡玩的游戲，如果沒有學過機械能守恒定律，也許他們會模擬蕩秋千，但學過以后不會了。因為他們很少經(jīng)歷這種實踐的訓練，不知道真正解決實際問題的思考模式。n知道不知道角動量守恒并不重要，通俗地解釋一下，可以使學生得到充實感，并喚起今后學習的動機。案例：靜電散花靜電飛花的解釋靜

10、電飛花的解釋案例：演示平行板電容的實驗n器材：靜電計，固定在靜電計上的金屬圓盤，帶絕緣柄的金屬圓盤，摩擦起電（或感應起電）的簡單裝置。n請演示說明平行板電容器的電容與平板間距離的關系。案例：演示平行板電容的實驗n距離減小，指針張角變大。n意味著電勢差隨距離減小而增大。n根據(jù)n可得：距離減小，電容也減小。為什么？ UQC 地帶電案例：演示平行板電容的實驗n手持絕緣柄將金屬盤接近靜電計上的金屬盤，指針張角幾乎不減小。n這是為什么？地讓下板帶電案例：演示平行板電容的實驗n手接觸金屬盤，將其接近靜電計上的金屬盤，指針張角減小，移開上金屬盤，指針張角變大。n意味著距離減小時，電勢差變小，電容變大。說明平

11、行板電容器的電容隨兩極板間距離減小而變大。地讓下板帶電為什么前兩種做法帶來錯誤的結論？n第一種：靜電計測量的是下金屬盤與地之間的電勢差，下金屬盤被感應的電量在隨距離減小而增大。不等于電容兩極的電勢差。n第二種：上金屬盤不接地，靜電計測量的也不等于電容兩極的電勢差。它相當于測量平行板電容與上金屬盤與地之間電容串聯(lián)的電勢差?？傠娙莺苄?，幾乎不變。n說明實踐問題與解決筆頭問題是大不相同的。案例：探究奇異的飲水鳥飽和汽的特性課題：奇異的飲水鳥課題：奇異的飲水鳥 n有如圖所示的玩具，稱之為飲水鳥，在飲水鳥旁的小碗中注水近滿，再把飲水鳥的頭按低，使其嘴喙插入至水中，n片刻后釋放，仔細觀察出現(xiàn)的現(xiàn)象。 課題

12、：奇異的飲水鳥課題：奇異的飲水鳥n你見到哪些現(xiàn)象？ n想象出它的內(nèi)部結構，并分析飲水鳥連續(xù)動作的原因。你是怎樣思考的？根據(jù)哪些現(xiàn)象提出假設的？n請你說明飲水鳥重心變化的初始原因是什么？為什么會引起重心變化？低頭的力矩是怎樣產(chǎn)生的？n 課題：奇異的飲水鳥課題：奇異的飲水鳥n飲水鳥低頭以后，為什么又會抬起頭來？你是否觀察到抬頭前飲水鳥內(nèi)發(fā)生的一些現(xiàn)象？這些現(xiàn)象與抬頭有什么關系？n能否用另一種方式的實驗來驗證你提出的假說？ n請分析說明這種“機器”能否看成是一種永動機？為什么？ 嘗試用下面的模型解釋n模型1：乙醚尾泡頭泡吸濕層汽室支點飲水鳥的奧秘探索n伽里略氣體溫度計的啟示：n測溫泡溫度降低，n泡內(nèi)

13、的飽和汽壓減小，n液柱上升。對模型1的改造乙醚尾泡汽室1頭泡吸濕層汽室2支點飲水鳥的奧秘n杯中水吸入頭泡的吸濕層尾泡吸濕層汽室2乙醚汽室1頭泡支點飲水鳥的奧秘n吸濕層中水份蒸發(fā)，使頭泡溫度下降乙醚尾泡汽室1頭泡吸濕層汽室2支點飲水鳥的奧秘n頭泡溫度降低汽室2壓強P2減小乙醚尾泡汽室1頭泡吸濕層汽室2支點飲水鳥的奧秘nP2P1汽室尾泡中的乙醚沿管上升乙醚尾泡汽室1頭泡吸濕層汽室2支點飲水鳥的奧秘n重心前移低頭，吸濕層與水接觸乙醚尾泡吸濕層汽室2支點汽室1頭泡乙醚尾泡吸濕層汽室2支點汽室1頭泡對模型2的改造n飲水鳥低頭后怎樣才能抬起頭來？n怎樣使頭泡內(nèi)的汽壓增大？讓尾泡里的汽能進入到頭泡內(nèi)。尾泡內(nèi)

14、的乙醚液面必須低于尾管。尾泡乙醚吸濕層汽室2支點汽室1頭泡飲水鳥的奧秘n汽室1中的汽沿管上升汽室2中的汽壓增大管中液體流回尾泡尾泡吸濕層汽室2乙醚汽室1頭泡支點飲水鳥的奧秘n飲水鳥重心后移抬頭乙醚尾泡汽室1頭泡吸濕層汽室2支點怎樣驗證上述分析是正確的？從黑箱到灰箱，再到白箱。評析n把一個有趣的玩具當成黑箱來探索，根據(jù)觀察得到的信息，邊猜想，邊論證，邊修改，再驗證。n收獲的不只是知識，過程中才感悟到什么是探究。小結n基礎教育的性質(zhì)是大眾教育，高中也不例外，中學物理課程教給學生的應當是有思想的物理學，有生活的物理學，有文化的物理學，聯(lián)系實際的物理學，以實驗為基礎的物理學。n多少年來，許多大師和教師一直在呼喚以實驗為基礎，但現(xiàn)實卻非常不理想。為什么會這樣困難呢？n輕視實踐的觀點和做法有其深刻的歷史和社會原因。n中國是一個文明古國，有悠久的文化傳統(tǒng)，但經(jīng)歷封建統(tǒng)治的時間很長，有一些封建的意識阻礙了社會的發(fā)展。