例谈高中物理实验的改进

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高中物理很多知识是通过实验得出的，因此，利用好实验教学是学好物理的法宝。教材上很多实验是很难完成的，经过教师的精心设计和改进，能收到很好的演示效果。

新课标背景下的物理课堂要体现学生的自主性学习，其奥秘在于“师生角色的转换”，变学生的被动学为学生课堂上的主动参与。让学生亲身去经历知识的形成过程，在欢快的课堂氛围中学会学习，学以致用。物理本身是一门以实验为基础的学科，物理的很多定理或定律来源于实验，一个物理实验就是一个物理情景。

在平时的物理教学中，把知识还原成生活之中的小实验，在生活中体会物理知识。在实验的过程当中，我们要让学生自己探索知识的形成过程，利用贴近生活的实验来激活学生的出现思维，激发学生的创造力。在实验设置的过程中，如何让学生亲身参与？根据几年的教学实践，笔者在实验改进上进行了大胆的尝试，收到了很好的效果。它不仅能激发学生学习物理的兴趣，充分调动学生的积极性，而且能帮助我们突破一些教学中的重、难点，从而实现学生对知识的真正掌握，并且灵活应用。

1 超重与失重

在讲“超重与失重”一节中，对于完全失重的处理，笔者对原有实验进行了改进，全新设计一个小实验。主要器材有一个空矿泉水瓶（底端带洞）、一桶水。实验过程如下：

1）把矿泉水瓶中装满水，然后让水瓶正立在空中，观察水流动情况。仍然把矿泉水瓶装满水，下面放上水桶，让水瓶正立在空中自由下落。在做实验之前先让学生猜测实验现象，学生发挥想象力，答案五花八门。在学生猜测之后，由学生代表站在板凳上亲自演示实验。

2）通过实验让学生提出问题与讨论：当瓶中装满水，瓶静立在空中时，为什么水会流出？当瓶中装满水在空中自由下落时，瓶和水处于什么运动状态？这种状态下物体的加速度是多大？根据物体的运动，请分析瓶的受力情况？水和瓶之间还有挤压吗？

学生通过讨论进行小结：当物体向下的加速度为g时，且物体与接触面的压力为零时，这种现象属于完全失重。

教师质疑随后质疑：怎样验证你们的结论呢？

3）学生讨论并展示成果：学生利用上述实验器材分别把水瓶上抛和平抛。

本知识环节的讲授采用改进实验进行教学，把一个抽象的物理概念用一个简单的物理小实验进行探究，最终学生得出科学的结论。这种方式教学首先让学生先产生兴趣，造成悬念，积极探索，使学生始终处于一种兴奋状态。进而研究“完全失重”的形成过程。这样教学，学生对于完全失重的概念的理解达到记忆并强化的过程。

2 电磁式等势线描绘器描绘等势线

2.1 实验原理

直接描绘静电场的等势线比较困难，利用恒定电流的电场模拟静电场通过电磁手段用描迹法画出电场中平面上的等势线。

2.2 创新点

1）引入可控电磁探针和画板，受幼儿画板的启发，用画写板取代白纸复写纸来呈现等势点，可控电磁探针用来寻找等势点，可控电磁探针主要有两部分构成，连接红色粗线的铁芯也就是探针和连接红蓝细线带触点开关的线圈构成。线圈接直流电源，铁芯连线接灵敏电流计，找到等势点后接通触点开关，电磁探针产生磁场在画写板上留下一点即对应模拟静电场中的等势点，接下来断开电磁探针电源，继续寻找下一等势点，重复前面操作。

2）引入弹压式接线柱，提高器材安全度和降低实验准备难度。原装置是柱状接线柱，每做完一次需拆卸一次，配件很小易失，器材易损。实验所需三种纸都需打孔套到接线柱上，打孔时孔间距和孔的大小都需认真处理否则影响实验效果，造成实验前准备工作难度大。弹压式接线柱是在竖直镙杆上套一弹簧，实验中调节螺帽就可以改变接触点位置和接触紧密程度，实验完毕旋松螺帽弹簧将接触片轻松弹起就能取下实验结果，这样省去了拆卸环节避免了零配件的丢失保障器材安全，并且实验用纸或其它材料也不必再打孔处理，降低了实验准备难度。

3）打破原实验材料限制，能利用日常生活中常见材料完成实验，激发学生实验兴趣。原有实验必须用碳粉导电纸，它对学生来说很是陌生的一种材料，对实验易产生的畏惧心理，不利于激发学生探究兴趣，这种纸不易买到价格也相对较贵。改用画写板后，利用画写板耐湿的特点可用浸过苏打液的潮湿状态的棉布或厚牛皮纸等替代导电纸，学生用平时看得见摸得着的材料自制导电纸，增加实验的趣味性，激发学生学习兴趣。

4）低成本无污染。原有实验每做一次要耗费白纸一张，导电纸最多用两三次就不能再用，复写纸比导电纸稍耐用一些，但也需要频繁更换，如做学生实验耗材量很大，累积起来实验成本较高，产生的实验废物多而且大多只能被焚烧处理产生有害气体污染大气。利用画写板和电磁探针作图，可反复使用，投入低，不会产生实验垃圾，符合低碳环保的理念。

5）可描绘多种情况等势线分布。原器材因接线柱限制只能描绘等量异种点电荷等势线分布，改进后的器材可描绘带电平行板间的电场，或非匀强场等。

2.3 使用方法：以描绘正负点电荷静电场等势线分布为例

1）将画写板和浸过苏打液的导电布铺好连接电路，电压直流10 v—14 v，闭合开关产生模拟静电场。普通探针和电磁探针上粗导线连接灵敏电流计，电磁探针尾端红蓝导线接学生电源，本探针经试验直流 6 v效果最佳，在导电纸上取五个基准点，用电磁探针依次描出基准点位置，普通探针对准第一个基准点电磁探针在导电纸上轻轻移动在基准点附近寻找等势点，找到后将电磁探针开关闭合产生磁场在画写板上留下点迹，按此方法依次寻找等势点完成实验。

2）将弹压式接线柱旋松，释放弹片，取下画写板，将等势点用画写笔用平滑曲线连接，正负点电荷静电场等势线分布就完成了。

3）观察完毕后，用画写板上的磁条扫过画写板清除实验痕迹，整理器材实验完毕。

2.4 实验器的优点

1）电磁式等势线描绘器材料易寻、成本低廉、制作简单，易于操作，实验现象明显，不会产生实验废物。

2）冲破原实验的局限性，可描绘多种电场，既可用于教师示教，也可让学生自制上探究性实验课，激发学生制作和研究兴趣。

3 验证动量守恒实验的改进

验证动量守恒定律实验是高中物理课程的重要实验，按照教科书物理第二册的实验装置进行实验，把斜槽固定在桌子边缘，在地面铺上白纸复写纸，小球从斜槽上端滚下落到复写纸上，在白纸上留下落点痕迹，然后对落点及相关数据进行处理，验证碰撞前后动量是否守恒。用此装置在实际操作时，有以下缺点：斜槽装置不稳易滑动，不能确保入射小球从同一高度滚下及碰撞前后两小球做平抛运动；小球从斜槽滚下落到地面上满地跑，有时落到桌斗里，学生到处找球，浪费大量的时间；白纸直接放在地面上容易错位；小球落点分散，用圆规找落点误差大，精度低；整个实验耗时较长。为此我们对原装置加以改进。

1）实验时用凹槽接小球。避免做实验时，学生到处找球，节省了大量的时间。

2）斜槽安装支架，保证了斜槽的稳定性，一次调整，多次使用，斜槽上端附电磁铁，保证了入射小球从同一高度无初速度释放。末端镶嵌水平仪，保证了碰撞前后小球做平抛运动。

3）用带中孔的透明同心圆片找圆心比圆规方便快捷，且提高了精度。

4）不用刻度尺测长度，而用B4纸，在上面画出的刻度直接读出水平抛出距离并形成报告单，使实验测量与实验报告一体化。

通过上面的实例表明：经改进后的实验装置使用时快捷、方便、直观，误差小、精度高，提高实验的可操作性，大大优化了实验教学环节，提高了教学效率。

（作者单位：河北省迁安市第二中学）