在新课程理念的催生下,教学内容的生活化、教学方式的活动化、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,可以增强学生的感性认识,有助于理解习题情境,实现知识的应用和升华,能够培养学生利用实验来解决问题的能力.

一、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.

案例1如图1所示,质量为肘的框架放在水平地面上,一轻弹簧上端固定在框架上,下端固定一个质量为m的小球,小球上下振动时,框架始终没有跳起,当框架对地面压力为零瞬间,小球的加速度大小为

上课伊始老师可用木条和弹簧制作一个框架装置进行演示,由于木框架质量不大,当所挂球的质量及弹簧形变量达到一定程度时,框架会在地面上“跳跃”起来,形象地展示对地面压力为零的可能,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:框架何时对地面压力为零,从而引发探究问题的生成。

二、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,在亲身体验中去领悟物理道理.

案例2如图2所示,晾晒衣服的绳子轻且光滑,悬挂衣服的衣架的挂钩也是光滑的,轻绳两端分别固定在两根竖直杆上的A、B两点,衣服处于静止状态.如果保持绳子A端位置不变,将B端分别移动到不同的位置.下列判断正确的是

A.杆不动B端上移到Bi位置时,绳子张力变大

B.杆不动B端上移到B2位置时,绳子张力变小

C.B端在杆上位置不动,将杆移动到虚线位置时,绳子张力变大

D.B端在杆上位置不动,将杆移动到虚线位置时,绳子张力变小

本题研究挂钩作用下的细线张力问题,教学过程中可把原题改变成一个实验研究的课题(如图3所示).当细线固定在A、B两端时处于松软状态,现在细线上悬挂砝码,研究下列问题:(1)通过测量,计算出细线受到的张力;(2)若保持B点不动,移动A的高低时,滑轮如何运动?此时细线与水平方向夹角是否改变?在实验研究过程中,还适时地提出了一些阶段性的研究问题:(1)若A、B等高,滑轮停在哪里?若A、B不等高,则滑轮停在哪里?小滑轮停的位置有何规律?(2)细线水平方向夹角如何测量?通过上述实验研究学生找到了答案,也真正找到了解决这类问题的切入口。

案例3(2004年全国高考卷)如图4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0),用t1、t2、t3依次表示滑环到达d所用的时间,则

A.t1t3B.t1t3

C.t3t2D.t1=t2=t3

解题前可先让学生在“课外小实验”活动室中完成如下实验:图5中用自行车圈作圆周,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(可听到同时撞击声).学生对观察结果感到惊讶,推动思考: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?学生还会自觉将装置倒放,使三球逆向运动,发现三个小球同样同时到达圆周最低点.于是学生便会得到结论: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(波利亚语),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。

三、设计实验,深化问题认识

案例4(2010年浙江高考理综卷)如图6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

A.在上升和下降过程中A对B的压力一定为零

B.上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力

C.下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力

D.在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力

本题涉及一个物理学的“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.因为在将物体抛出的过程,人只能感受到物体在离手之前的作用,离开手之后的情况,则需要去推测、想象.在课堂上笔者并没有发表自己的观点,而是向学生提出要求:你能否设计一个实验,验证你的推测。

课后几个课题小组认真研究与设计,提出了他们的实验方案并成功演示,从而深化了对抛体运动过程中压力不存在的认识,

方案1:磁体吸拢实验

如图7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2m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,然后在斜向下方运动、竖直向上运动等等实验过程中磁体均发生吸拢现象,原因就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。

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8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“偃旗息鼓”,这样卡的开关直接受重物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慢慢下降时“风平浪静”,说明重物m受到支持力.一旦松手释放重物和盘一起做自由落体运动,音乐卡随即热闹起来,有声有色;直到刚一接触海绵立刻“无声无息”,说明重物m又恢复受支持力作用。

“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。

四、验证实验,求证习题答案

着名物理学家朱正元教授曾说:“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.

案例5(2010年全国高考卷Ⅱ)小球A和B的质量分别为mA和mB,且I1ZAm8.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碰撞后日上升的最大高度。

选择组合:

分析可知,除了弹性要好以外,下面的球质量要大一些,经多次实验,最终确定的两个组合:乒乓球和弹力球;橡胶球和弹力球。

实验步骤:

(1)把一只乒乓球从10cm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的更高(能碰到20cm处的板,甚至更高)。

(4)叁照上述做法,选用橡胶球和弹力球组合,将两者由1m处的释放,会发现弹力球反弹后会跳的更高,最高能碰到3.5m的天花板。

众目睽睽之下学生见证奇迹发生——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。

五、拓展实验.质疑习题情景

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.下面这则案例中对于习题情境的质疑物理实验就成为最好的解决利器。

案例6装饰用的彩灯,串成一串串,接在220V电源上,观察灯的结构发现,每个灯的灯丝(Ri)引线上方绕有金属电阻丝(R2),如图10所示,即使R1断了,R2仍能导电.根据工作特性,Rt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”)。

该题是2010年上海市某区高考调研试题,题目提供的答案为:Ri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.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11所示的节日彩灯引导学生观察闪烁的彩灯熄灭几只后,其余彩灯的亮度及其闪烁频率的变化?

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会比原来更亮,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.如图12所示是一款规格为“2.5V.0.25A”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以外,还绕有约4圈细金属丝.灯丝电阻冷时约为2.5Ω,热时约为15Ω,细金属丝的电阻为1Ω,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220V)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,其间形成断路,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,所以会比原来更亮.

彩灯能

够闪烁完全归功于如图13甲所示的与众不同的“跳泡”,在常温下跳泡中间竖立的双金属片和旁边的倒L形引线接触在一起,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13乙所示,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后整个电路电阻变小,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,所以其他彩灯闪烁得更快。

英国科学家波义耳说:“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,才能真正享受到学习的乐趣,领略物理的魅力与美丽