张金良

(滕州市第一中学 山东 枣庄 277500)

在新课程理念的催生下，教学内容的生活化、教学方式的灵活化、教学过程的情境化，越来越多地出现在物理课堂教学中.如果在物理习题教学中融入丰富多彩的实验，增强感性认识，理解习题情境，实现知识的应用和升华，不但能够培养学生利用实验解决问题的能力，而且还可进一步树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学价值观.近年来的习题实验教学实践，让笔者受益匪浅.

1 演示实验驱动问题生成

问题是思维的发动机.运用演示实验可为学生提供一个模拟实际的情境，增强“刺激的新异性和变化性”，进而驱动问题生成.

【例1】(2011年高考广东卷)图1为静电除尘器除尘机理的示意图.尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘的目的.下列表述正确的是

A．到达集尘极的尘埃带正电荷

B．电场方向由集尘极指向放电极

C．带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同

D．同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大

图1

图2

上课伊始教师可用饮料瓶、细铜丝、粗铜丝、高压发生器等制作静电除尘演示仪，模拟静电除尘的过程.如图2所示，饮料瓶外侧绕上细铜丝，绕好后在外侧粘上一层透明胶.粗铜丝插在瓶中间，将粗铜丝与细铜丝分别接高压发生器的两极.操作时,下方点燃多段蚊香以产生白烟；接通高压开关后白烟便可立即消失；在近处还可观察到烟尘消失瞬间的运动情况.简单的实验情境，直观的实验现象，学生的注意力自然聚集到一个思维点：静电除尘器为何能够除尘？从而引发探究问题的生成.

2 探究实验寻找解题入口

心理学研究表明：学生对动手操作过或描述过的能记住90%.因此在物理教学中应尽可能地创造条件，让学生动手操作，在亲身体验中领悟物理道理.

【例2】(2004年高考全国卷)如图3所示，ad,bd,cd是竖直面内三根固定的光滑细杆，a,b,c,d位于同一圆周上，a点为圆周的最高点，d点为最低点.每根杆上都套着一个小滑环(图中未画出)，三个滑环分别从a,b,c处释放(初速为零)，用t1,t2,t3依次表示滑环到达d所用的时间，则

A．t1t2>t3

C．t3>t1>t2D．t1=t2=t3

图3 图4

解题前可先让学生在“课外小实验”活动室中完成如下实验.如图4(a)，用自行车圈作圆周，用光滑细铁丝作弦，三个小球穿在铁丝上，将三个小球同时从顶点A处由静止释放，发现三个小球同时到达圆周最低点(可同时听到撞击声).学生对观察结果感到惊讶：位移大的为什么会和位移小的下滑时间相同呢？加速度大小差别与什么有关？位移大小与什么有关？推断均与弦的倾斜程度α有关，则导出S=2Rcosα，a=gcosα.学生还会自觉将装置倒放,如图4(b)，使三球逆向运动;发现三个小球仍然同时到达圆周最低点.于是,学生得出结论:物体沿着位于同一竖直圆上的所有光滑弦由静止下滑，到达圆周最低点的时间相等(这样的竖直圆简称为“等时圆”).

学习任何东西的最好途径是自己去发现(数学家波利亚).通过探究实验可让学生“从做中学”，感悟物理模型，注重知识的“动态构建”，体验成功的喜悦并转化为进一步学习的动力.

3 设计实验深化问题认识

【例3】 (2010年高考浙江卷)如图5所示，A，B两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛(不计空气阻力).下列说法正确的是

图5

A. 在上升和下降过程中物体A对物体B的压力一定为零

B.上升过程中物体A对物体B的压力大于物体A受到的重力

C.下降过程中物体A对物体B的压力大于物体A受到的重力

D.在上升和下降过程中物体A对物体B的压力等于物体A受到的重力

本题涉及物理学的“相异框架”思维问题.学生对生活中的经验加以推广，导致了对问题理解的偏差.因为将物体抛出的过程，人只能感受到物体在离手之前的作用，离手之后的情况，则需要去推测、想象.在课堂上笔者并没有发表观点，而是向学生提出要求，即设计一个实验，验证自己的推测.

课后几个课题小组认真研究、设计，最终提出了实验方案并成功演示，从而深化了对抛体运动过程中不存在压力的认识.

方案1 磁体吸拢实验

如图6所示，把两个圆形磁体套在一根塑料棒上，异名磁极相对并尽量靠近，直至要发生吸拢为止.实验时让塑料棒从约2 m的高处由静止开始竖直向下运动，就会发现两块磁体吸拢，并发生“咔哒”的撞击声.然后在做斜向下方运动、竖直向上运动等实验过程,磁体均发生吸拢现象，原因是运动过程中磁体与棒间的弹力消失，使静摩擦力不复存在.

图6

方案2 音乐卡片实验

在一个平底吊盘上放一个重物m，把生日音乐卡片A压在重物m和吊盘之间，如图7所示.外露发光二极管.卡上设置的开关处于自然状态时开关闭合，二极管随着音乐节奏发出炫目的光.当有重物放在它上面时开关断开，卡片“偃旗息鼓”.这样卡片的开关直接受重物m的压力控制.在吊盘C正下方放一块海绵来接收、缓冲.实验时用手提着盘的吊线B慢慢下降时“风平浪静”，说明重物m受到支持力.一旦松手,重物和盘做自由落体运动，音乐卡随即热闹起来，直到刚一接触海绵立刻“无声无息”，说明重物m又恢复受支持力的作用.

图7

陆游诗云：“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”.让学生扮演“工程师”角色，在教师引导下，自觉投入到实验的设计、分析、验证和改进的研究中，从而使学生将学到的知识得以巩固、扩散与升华，实践能力得以提高.并且通过最富创意方案的评选，激发学生的创新意识与参与热情.

4 验证实验求证习题答案

著名物理学家朱正元曾说：“说一千，道一万，不如实验看一看.”物理习题教学时还可通过实验验证习题答案.

【例4】 (2010年高考全国Ⅱ卷)小球A和B的质量分别为mA和mB，且mA>mB.在某高度处将A和B先后从静止释放.小球A与水平面碰撞后向上弹回，在释放处下方与释放处距离为h的地方恰好与正在下落的小球B发生正碰.设所有碰撞都是弹性的，碰撞时间极短.求小球A,B碰撞后B上升的最大高度.

学生根据小球A,B组成的系统动量守恒和机械能守恒可求得小球A,B碰撞后B上升的最大高度

显然当mA≫mB时，H=9h.

学生武断地认为小球反跳的高度不可能超过原释放的高度，否则会违反能量守恒.此时完全可以用简单的实验进行检验.如图8所示，一弹性小球置于一弹性大球之上(小球的质量m与大球的质量M相比可以忽略)，于离地高h处释放.

图8

实验器材

乒乓球，硬质橡胶球，网球,轻质橡胶弹力球(又名“跳跳球”)

实验步骤

(1)把一只乒乓球从10 cm处(过高很难实现对心碰撞，因为乒乓球受空气阻力的影响较大)的高度释放，落到事先放在讲台上的坚硬的玻璃上.发现第一次反弹后可以达到接近释放时的高度，但无论如何不会超过这个高度(在这一高度上平放一板挡着).

(2)取弹力球，从相同高度释放，反弹后的高度比乒乓球的反弹高度略低.

(3)把乒乓球放在弹力球上面，让它们从原来高度落下，落地反弹以后，令人吃惊的是乒乓球比单独下落跳得更高(能碰到20 cm处的板).

(4)参照上述做法，选用橡胶球和弹力球组合，将两者由1 m处释放，发现弹力球反弹后跳得更高，最高能碰到3.5 m的天花板.

众目睽睽之下,学生见证奇迹的发生——小球反弹的高度大大超出自由下落的高度！“信其道，亲其师”，笔者还清晰地记得当时做实验时学生的兴奋之情，可谓溢于言表.

5 拓展实验质疑习题情境

思考问题时，如果没有考虑清楚实际的物理情境，往往会得出错误的结论，即使在高考命题或各地调研试题中，这种情况也会出现.此时物理实验就成为解决问题的最好利器.

【例5】 (2010年上海市某区高考调研试题)装饰用的彩灯，串成一串，接在220 V电源上，观察灯的结构发现，每个灯的灯丝(R1)引线上方绕有金属电阻丝(R2)，如图9所示.即使R1断了，R2仍能导电.根据工作特性，R1应该______R2(填“大于”、“等于”或“小于”)，当其中一个或几个灯的灯丝断了，其余的灯将______(填“变亮”、“变暗”或“完全熄灭”).

图9

题目提供的答案为：R1应该小于R2；当其中一个或几个灯的灯丝断了，其余的灯将变暗.事实果真如此吗？有些学生对题目情境提出了质疑.为此,笔者利用如图10所示的节日彩灯引导学生观察闪烁的彩灯熄灭几只后，其余彩灯的亮度及闪烁频率的变化.

图10

实验表明：其中一个小彩灯的灯丝断裂后，其余的小彩灯还能继续发光并且比原来更亮，闪烁的更快.显然题目创设的情境是错误的.

笔者寻找错误背后隐含的教育价值，引领学生从错中求知，从错中探究.问题的奥妙源自小彩灯的特殊构造.图11是一款规格为“2.5 V，0.25 A”小彩灯的“解剖图”.在灯丝导电支架上除了有灯丝和起固定作用的小玻璃珠外，还绕有约4圈细金属丝.灯丝电阻冷时约为2.5 Ω，热时约为15 Ω.细金属丝的电阻为1 Ω，正常(低压)情况下，由于支架表面有一层氧化铜涂层的缘故，它与灯丝支架是不导通的.若加上较高的电压(如220 V)时氧化层可被击穿，细金属丝与灯丝支架导通.当某个小彩灯的灯丝烧毁时，形成断路，220V电压就直接加到细金属丝与灯丝导电支架之间，瞬间击穿那段细金属丝的氧化铜涂层，细金属丝与灯丝导电支架导通.这样其他小彩灯就能继续工作.但由于细金属丝的电阻较小，剩余灯泡两端各自分担的电压就多了，所以比原来更亮.当然烧毁的小彩灯太多时，其余小彩灯也会因为电压过高而全部烧毁.

图11 图12

彩灯能够闪烁完全归功于如图12(a)所示的与众不同的 “跳泡”.在常温下跳泡中间竖立的双金属片和旁边的倒L形引线相接触，电流通过灯丝时，灯丝发热发光，右侧的双金属片受热膨胀向右弯曲，如图12(b)所示，使电路断开，整串彩灯都不发光.断电后，右侧双金属片受冷收缩后又向左侧弯曲，使电路变成通路，整串彩灯发光.当其中一个或几个灯的灯丝断了，整个电路电阻变小，电流变大.根据焦耳定律，灯丝产生的热量增大，可以更快的使双金属片受热弯曲，双金属片受热形变频率加快导致跳泡通断的频率加快;所以其他彩灯闪烁的更快.

英国科学家波意耳说：“知识应该从实验中来;实验是最好的老师”.作为一位物理教师，如果能够给学生提供丰富多彩的课程资源，创设人性化的学习环境，跳出题目和公式的藩篱，让学生在“自然”的“原始”的条件下学习，才能享受到学习的乐趣，领略物理的魅力与美丽.