【高中物理演示实验的创新与实践】高中物理的十二个实验

　　中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2012）24-0161-02　　实验是物理教学的灵魂，其中演示实验更是揭示物理规律、激发学生兴趣的有效手段。如何让演示实验的效果更好，绝对是一门值得我们研究的学问。笔者备课时向来重视物理演示实验的创新改进，多年实践下来也有了一些经验，现把一些体会总结如下，以期能有抛砖引玉之效。
　　一、让课堂演示实验趣味化和玩具化
　　对高中生这一个年轻好动的群体，在玩乐中学习可能是学习效果最佳的学习方式，故中学物理演示实验很多时候也可以抛弃严肃的面具。让演示实验趣味化、玩具化，以更好地吸引学生的注意力和兴趣，从而激发他们的探究欲望。
　　1.把安培力演示实验改成“电子秋千”。在“磁场对电流的作用力”章节教学中有一个典型演示实验，就是用悬挂在支架上的方形线圈套在马蹄形磁铁上，通电后就受力摆动。为了增强趣味性，笔者在线圈上串联了一个干簧管，马上就变成了一个可自动来回摆动的“电子秋千”。甚至还能利用同样的原理设计一个会自动跳动的小兔子玩具，如图1所示：
　　当线圈下摆到距离磁铁较近时，线圈上串联的干簧管被磁化而闭合，线圈有电流通过受安培力而向外摆动，摆动到距离磁铁较远时干簧管失去磁性而断开，于是线圈失去安培力并在重力作用下摆回，回到磁铁附近干簧管又被磁化闭合…….。这样线圈就不停地来回摆动，马上让学生产生了强烈的好奇心和探究欲望，然后再开始进行安培力教学，课堂气氛非常活跃。同时也让学生了解了干簧管的工作原理，以后在传感器章节教学中遇见干簧管就有“似曾相识”之感了。
　　小跳兔玩具的原理完全类似电子秋千。贴有卡通小兔头像的吸管下固定一个微型铷磁铁，试管下方绕有线圈，线圈同样串联一个干簧管。当吸管落到底部时，磁铁使得干簧管闭合而让线圈通电，于是线圈对磁铁产生安培力而让吸管跳起，跳离后线圈上干簧管又断开使得吸管可以下落……，于是小兔就不停地上下跳动。
　　2.用可乐瓶做“气体对外做功内能减少”。学校实验室里有压缩引火仪和其它一些演示气体做功会改变内能的器材，虽效果较好但趣味性不足。有感于学生上午早读后第一课和下午第一课常常昏昏欲睡，笔者备课时借鉴水火箭原理设计了一个可乐瓶气体做功实验，不仅实验效果出色，而且声音响亮如爆竹，祛除瞌睡虫效果也相当不错。
　　如图2，在一个大号可乐瓶的瓶盖上钻孔，安装一个自行车轮胎上拆下的气门芯。再用剪刀在瓶盖四周剪开6到8个裂口确保瓶内气压较高时瓶盖可以脱离。把瓶盖拧紧到可乐瓶上，用气筒对可乐瓶里面充气，当达到较大的内部气压时，只听到一声巨大的“砰”后，瓶盖和瓶子脱离（瓶盖和气门芯因连接在气筒上故不会飞出伤人），然后瓶子内部马上由于压缩气体迅速对外膨胀做功造成急剧降温，而产生大量白雾，让前排学生用手触摸可乐瓶外壁可发现有明显的降温。由于声音响亮，效果出色，一下子调动了几乎全体学生的学习热情，少数昏昏欲睡的学生也立马精神抖擞了。其实爆米花锅炉的原理也是这样。
　　二、让课堂演示实验生活化
　　物理教学不能脱离生活，否则就如高山流水，曲高和寡。同样，物理演示实验如果能和学生实际生活相联系，教学效果才能更上层楼。
　　为什么打撞球老是输呢？ 在选修3-5的动量守恒教学中，笔者设计了这样一个娱乐性演示实验。在讲台上放上一块方木板，放上两个象棋，一个很大，一个很小，如图3所示。然后请一个学生上来和老师对抗赛，笔者用大号象棋，他用小号象棋，依次用轻杆击打己方象棋去撞击对方象棋，先把对方象棋击落下木板者胜。以上全程用教室的视频展示台传输到投影屏幕上直播。表演开始了，只见该学生使劲用小号象棋撞击大号象棋，但大号象棋几乎纹丝不动，而他的小号象棋却明显反弹以至于直接落下木板。而当用大号象棋缓慢撞击小号象棋也能轻易击落对方。换了其他几位自告奋勇的学生，个个以失败告终，课堂气氛马上被强烈调动起来。这时适时提问：“为什么选小号象棋老是输呢？”，在学生充分讨论后，再结合生活中小型汽车和大型汽车的碰撞图片开始动量守恒知识教学，效果非常出色。
　　笔者还尝试了其它一些演示动量守恒定律的演示实验，同样如图3所示，教学效果也非常明显。
　　三、巧用数码产品做演示实验
　　目前数码产品已经普及，教材上也有利用数码相机的连拍功能代替闪光照相的实验介绍。除此以外，笔者还进行了其它的尝试，发现有些高中演示实验用现成的数码产品来做不仅简单方便，效果也相当出色。
　　1.“用手机做音频信号发生器”。声音的频率范围，频率和音调的关系，以往此类实验需要笨重的音频信号发生器和功率放大器以及音箱，非常笨重，也不利于学生动手探究。笔者发现在百度MP3搜索中竟然可以搜索到大量专业的已知频率的正弦波音频。比如输入“1000hz”就能查询到好几个1000hz的正弦波音频MP3文件，复制到手机中去，直接播放，学生就能听到标准的1000hz音频！其他常见的频率音频文件百度中也都能查询到！如图4所示：
　　笔者甚至还输入“20-20000hz”，竟然也发现了多个音频文件能从20hz开始播放并逐渐使频率升高到20000hz，复制到手机播放后学生可以直观感受频率高低和音调的关系。当然100hz以下的音频手机几乎播放不出，15000hz以上的高频人耳一般也听不到，但声音从沉闷逐渐变尖锐最后甚至非常刺耳，能让学生有强烈地物理体验。
　　演示多普勒效应时，可下载500hz音频MP3文件，再把手机放在一个小手提包中，然后举起在头顶用力甩动做水平面内的圆周运动，这样手机距离学生忽近忽远，学生就能明显感觉到声音频率在发生变化。
　　1.利用示波器软件让电脑变成一个多功能示波器。进入百度搜索“虚拟示波器”可发现多款软件具有上述功能。以笔者下载的“虚拟示波器“为例，该软件安装后，利用电脑声卡配合麦克风进行高精度的数字化音频信号采集，再经过软件处理，可以实时计算出对应频率和波形，还能进行放大和各种参数的调整，功能比实验室内的示波器还要多。该软件界面截屏如图5所示：