浅谈几个物理演示实验的改进

物理演示实验具有形象生动、真实有趣的特点，能在学生形成物理概念、得出物理规律前营造出活生生的物理情景，是物理教学的主要手段之一，是培养学生观察能力、创新能力和科学探究精神的重要途径，“百闻不如一见，百看不如一做”说的就是这个道理。然而对于教材中一些惯俗的、或较难操作的、或实验对象可见度差的、或实验现象显示器变化幅度小的演示实验，物理教师必须广开探究思路，大胆改进。下面笔者结合自己的物理教学实践，浅谈几例。

一、惯性现象的实验改进

1　实验缺陷

物理教材中用来说明惯性现象的实验是，在小车上放置一块小木块，演示“突然拉动小车时，木块由于惯性向后翻倒”，“小车突然停下时，木块则由于惯性向前翻倒”。实践证明，这种传统的“小车+木块”的实验装备，由于在生活和教学中都极为惯俗，所以学生的注意力很容易分散，即便老师把实验演示得十分精彩与成功，也难以取得满意的教学效果。

2　实验改进

改用一只盛满水的杯子取代小车和木块做实验。在讲授“惯性”概念之前，引导学生观察：“当水杯突然向右运动时，水从哪边溢出?”“当水杯突然停住时，水又从哪边溢出?”

3　实验改进后的优点

改进后的实验贴近学生生活，既简单又易懂，富有吸引力。水的溢出，充分调动了学生的无意注意，激发了学习兴趣和求知欲望，使学生的观察思维活动从被动接受知识，转为主动参与学习，大大增强了教学效果。

二、沸点与压强关系的实验改进

1　实验缺陷

在水的沸点与压强关系的演示实验中，教材采用注射器来改变密封系统中的压强。小注射器受本身体积的局限，只能在一定范围内改变密封系统中的压强，用小注射器做实验效果差。

2　实验改进

采用如图1所示的实验装置。用口含着橡皮管吸气或吹气来改变系统中的压强，观察水的沸腾情况(装水的试管底部应加一些粗砂或碎瓷，以防崩沸；在另一空试管中插入玻管，连接加热系统，以防热水汽吸人口腔；该实验装置虽有缓冲器，但仍应注意安全，宜先做减压实验，再做加压实验)。

3　实验改进后的优点

压强变化范围增大，能充分展示沸点随压强变化的现象，效果明显；温度计直接显示了水在不同压强下的沸点的具体温度值，增强了说服力；用口吸气或吹气，增强了学生的实际感受与趣味性，提高了他们的参与意识。

三、断电自感现象的实验改进

1　实验缺陷

如图2所示，该实验虽能观察到断电自感现象，但不能表现自感电动势的高低和感应电流的方向。

2　实验改进

如图3所示，用两只不同颜色的发光二极管反向并联然后再串联一个阻值约680Ω的限流电阻，取代原来的小灯泡接入6v的电源中来做实验。

3　实验改进后的优点

发光二极管具有发光效率高、工作电流范围大、易点亮、光色多样和价格便宜等优点，用它来改进实验，新颖独特，极大地提高了实验的可见度，既能让学生观察到明显的自感现象。又能有效地显示感应电流的反向过程。

四、反冲现象的实验改进

1　实验缺陷

在物理教学中，用来说明反冲现象的实验装置不外乎反冲演示仪、空气反冲轮和反冲小车等传统仪器。用它们做实验或陈旧惯俗、或可见度差、或实验现象持续时间短，从而影响了教学效果。

2　实验改进

制作如图4所示的蒸汽反冲装置。其中，易拉罐的两端通过胶塞各接一段带直角的空心金属铜管，两段铜管的直角端口捶成扁平状且呈水平反向分布，易拉罐整个罐体固定在中心转轴上，可随转轴在底座支架上自由转动。

在蒸汽反冲器中加入少量水，然后用酒精灯加热，待水沸腾后，水蒸汽便从铜管的直角端口缝隙吹出，而易拉罐则朝着水蒸汽吹出方向的反方向高速旋转。只要用酒精灯持续加热，水蒸汽与易拉罐的反冲运动就不会停止。

3　实验改进后的优点

能直观地展示易拉罐(铜管)在水蒸汽作用下的反冲运动。不仅现象稳定、明显、动感十足，能满足长时间演示的需要，而且能带给学生多种感官的刺激和愉悦，极大地激发了他们的学习兴趣和自制教具的意识。

五、做功与内能变化关系的实验改进

1　实验缺陷

如图5所示，在物理教材中，克服摩擦做功使物体内能增加的实验是，在固定于底座上的薄壁金属铜管里装入少量的乙醚，然后用软木塞塞紧管口，把一根绳子缠在管子上，并迅速地来回拉绳子，过一会儿，会听到“砰”的一声，软木塞被乙醚蒸气冲出管口。乙醚的温度升高，甚至沸腾，表明它的内能增加了。该实验有如下缺点：(1)实验需要看到乙醚蒸气顶开塞子的现象，就必然会使乙醚蒸气扩散到空气中去，还极易出现乙醚飞溅到脸部、眼睛、嘴唇等处的现象，而乙醚有毒性，这样既污染室内环境，又会直接对师生造成危害。(2)塞子与铜管结合的松紧程度难于控制。太紧，塞子不易被冲开，且实验会耗时很长；太松，塞子被冲开的现象不明显，可见度小。(3)处在边远地区的学校不易找到乙醚。

2　实验改进

如图6所示，在原装置的塞子上插入一根直角玻璃管，且玻璃管的水平部分预先贮入一段带色的小水柱，把绳子缠在薄壁金属铜管上。演示时只要来回拉动几次绳子，就会看到小水柱在水平玻璃管里向右移动。该现象说明克服摩擦做功，增加了铜管内被水柱密封的空气的内能，空气的温度升高、体积膨胀，所以，小水柱发生了移动。

3　实验改进后的优点

改进后的实验不需要用乙醚，避免了乙醚蒸气对空气和人体的污染；实验操作方便、简单，同时节省了时间；现象比较明显、清晰、可见度大，具有较好的实验效果。

六、大气存在压强的实验改进

1　实验缺陷

物理教材用“瓶口吞鸡蛋”实验演示大气存在压强。该实验深受学生喜欢，其原理是瓶内空气受热膨胀，密度小于瓶外空气密度，因而，在瓶外大气压强的作用下，鸡蛋被压进瓶内。该实验的不足之处是：实验前需要煮熟鸡蛋，并且一只鸡蛋只能使用一次；实验对鸡蛋的大小要求比较苛刻，因为大的进不了，小的会自动落下，要挑选比瓶口稍大的鸡蛋并非一件易事。

2　实验改进

方法一：如图7所示，改用“广口瓶吞气球”的实验代替“瓶口吞鸡蛋”实验。演示时，先将气球充气至直径比广口瓶直径略大，并用丝线将气球口扎紧，使之不漏气。然后在广口瓶底部均匀地铺上一层细沙，并将一小块点燃的脱脂棉放入其中，待脱脂棉燃烧殆尽时，迅速将气球紧放于广口瓶上。随后可见气球逐渐变形，慢慢地被瓶口吞食，最后被吸入瓶中，如图8所示。

方法二：取一个薄壁易拉罐(罐口未完全撕开，仅有一个刚好能插吸管的小口子，如图9所示)，在罐中装入深度约1cm的水，然后用酒精灯加热，当水沸腾冒出大量水蒸汽时，用钢丝钳抓起易拉罐，并迅速用橡皮泥将罐口密封，置于一边冷却(为加快冷却速度，可用手沾取少量的冷水洒在罐壁上)，稍等片刻，便能听到连续的“噼啪”响声，只见易拉罐被严重压瘪，变得面目全非。

3　实验改进后的优点

方法一：该实验取材简便，演示方法简单，且气球的形变比鸡蛋的形变更加直观、明显，现象清晰，震憾力强，富有戏剧性，能深深吸引住学生。

方法二：该实验取材简便，可操作性强；有声有色，现象明显；具有直观性，富有神奇感，吸引力强；说服力强，能有效展示大气压强的存在和大气压强来自四面八方，激发学生开展科学探究的兴趣和热情。但必须注意安全，防止烫伤。

七、电荷在空心导体上的分布的实验改进

1　实验缺陷

如图10所示，观察电荷在导体上的分布的实验是，用验电球分别接触带电空心金属球的内外表面，然后再去接触验电器的金属球，以检验空心金属球内外表面电荷的分布情况。该实验多数情况下会由于空气湿度和实验材料等原因，导致实验效果不明显甚至无效果，从而干扰学生对“带电导体处于静电平衡状态，它所带的电荷只分布在导体的外表面上，导体内部不带电荷”这一知识的正确理解，导致学生被动地接受本来就不认可的知识。

2　实验改进

将蓖麻油和头发屑(约1mm长)放入玻璃培养皿中，用细棒搅匀，置于幻灯上投影，再将小铜环置于玻璃皿的中央，用导线将小铜环与感应起电机的一个放电球相接，使铜环带电，则环外发屑按电场线方向排列起来，而环内发屑仍保持无规则状态。这一现象表明电荷只分布在导体外表面上，产生电场，而导体内部无电荷，不产生电场。

3　实验改进后的优点

实验现象直观、明显，化抽象为具体，激发了学生的兴趣，化解了学习的难点，为学生理解电荷在导体上的分布理论搭设了桥梁。

总之，同样的实验现象可以通过不同的方法来实现。教师只要抓住它们的本质，坚持做有心人，保持长久关注的心态和孜孜以求的精神，不断地从专业书籍、报刊杂志、电视网络、同行专家等处学习新的思想和方法，在模仿的基础上比较，在比较的基础上改进，在改进的基础上创新，便能很好地解决实验中存在的问题，达到使学生既“知其然”，又“知其所以然”的实验教学目的。

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