慎永跃

作为物理教育工作者,我们都知道实验在物理教学中的重要意义。通过实验使学生获得必要的感性认识,从而帮助他们形成正确的概念,加深对规律的认识,加强对知识的理解和记忆。作为教师的演示实验来说,通过实验加强直观教学,刺激学生的感观使思维活跃起来,帮助学生在感性认识的基础上上升为理论。为了达到上述目的,演示实验必须做到:确保实验成功,演示的现象要清楚,使每个学生都能观察到。

现行人教版九年义务教育初中物理第二册18页图2-11的空气推动塞子时内能减小的实验,笔者在多年的教学中按课本的方法进行演示实验,发现:该实验很难成功,实验现象极不明显。只有做演示实验的教师留心观察,才能看到极不明显的雾出现。不要说使每个学生都能观察到,即使第一排的学生可能也观察不到。由于实验的不成功,根本无法让学生感知瓶内的空气推动瓶塞做功时,内能减小,温度降低。因而也很难进一步让学生得出:“物体对外做功时,本身的内能会减小”的结论。要使学生接受这一结论也只能是勉强,没有说服力。这样势必影响学生对知识的理解和记忆,也必将影响学生今后对热力学定律的理解。

造成课本这一演示实验难以成功的原因,笔者认为是教师难以对瓶内气压的大小做到自由控制。塞子塞得太紧,担心用气筒打气不能将塞子冲出。即使塞子能冲出,又是担心在塞子冲出的同时,由于反冲可能会将瓶推倒,转移了学生的注意力,甚至会损坏仪器,给学生造成不好的印象。塞子塞得太松,当塞子跳起来时,瓶内空气对塞子做功太少,空气的温度降低不多,难以观察到容器中或容器口出现了雾。

笔者在用注射器做“气体很容易被压缩”的实验时,发现注射器筒内气压的大小能够自由控制。从中得到启示,对“空气推动塞子时内能减小”的实验进行了改进。改进后,实验现象非常明显,每一个同学都能非常清楚地看到。实验现象持续时间长,并且非常有趣。教师非常容易操作,成功率100%。

下面就是笔者对该实验的改进方法和改进后的实验方法。

取一支50ml的大注射器(不带针头),从烧杯中吸一些水到注射器筒内,让水湿润注射器筒壁。再将注射器筒内的水全部倒回烧杯中。然后吸入约50ml的空气到注射筒内。用左手握注射器,给注射器筒壁上附着的水加热一会儿,加快筒壁上水的蒸发,增大注射筒内空气中水蒸气的浓度。然后用左手拇指堵住注射器管口,将筒内空气密闭,右手用力推推筒,将注射器筒内空气压缩到约20ml。让注射器内空气将拇指推开。在空气膨胀将手指推开时,可以清楚地观察到注射器管口冒出了枭枭“白烟”。实验现象不仅清楚,而且持续时间长。在管口出现的雾就像从工厂的烟囱缓缓升起的白烟,再用右手将注射器筒内剩余的约20ml的空气慢慢推出,随着空气的推出,管口也缓缓地升起“白烟”,给学生留下非常深刻的印象。据此现象,学生感知到了空气推动手指做功时,温度降低,从而自然而然得出“物体对外做功时,本身的内能减小”的结论。由感性认识上升为理性认识。由此引导学生列举实际生活中物体对外做功,物体的内能减小的事例,课堂气氛非常活跃。通过感官的刺激,活跃了学生的思维,激发了学生的学习兴趣和求知欲。

用注射器做“空气推动手指时内能减小”的实验,也可以像课本用大口的厚玻璃瓶做“空气推动塞子时内能减小”的实验,那样在注射器筒内装少许水。但这样做,没有不装水只是湿润筒壁那样便于控制实验。因为装了水减小了筒内空间,空气的压缩程度如果太大,松开左手拇指后可能会喷出水雾(并不是水蒸气液化而成的小水珠)或水柱,而不是管口缓慢上飘的“白烟”,造成实验失败。

同时注射器筒内不装水做实验时也应该注意:右手用力压缩至约20ml后,放松左手拇指的同时,右手应不再用力往上推。若是这样,此时管口出现枭枭“白烟”,再用右手慢慢推推筒会从管口不断吐出“白烟”。若不是这样,管口也有“白烟”出现,但由于松开拇指后,右手再用力推推筒,空气的快速流动冲散了“白烟”,使现象不那么明显,且持续时间短。有的学生可能没观察到。如果出现这种情况,可以重做,直到满意为止。

因为改进后的实验又极易重复进行,且耗时短,所以笔者在教学实践中使用改进后的实验,效果非常好,若重复做二、三次效果更佳,课堂气氛活跃,学生情绪高涨。

作者单位:山西省平陆县西街中学