浅谈物理实验的合理性

近来听一位物理老师上《物质的三态 温度的测量》一课，在讲解物质三种状态的形状和体积特点时，他这样设计了演示实验：1.出示一圆柱体铁块，改变其放置位置，问学生铁块的形状、体积有没有变化？固体有没有固定的形状？有没有一定的体积？2.手拿一瓶未使用过的矿泉水，轻轻地转动矿泉水瓶，引导学生注意观察瓶中水的形状是否变化.问学生瓶里的水是液体还是固体？它有没有固定的形状？它有没有一定的体积呢？3.出示一气球，用手捏使其变形，然后问学生气体有没有固定的形状.他是想通过气球的变形来说明里面气体没有固定的形状，所以在他让学生根据实验现象来回答得出什么结论时，大多数学生都回答气体没有固定的形状.但就在教师准备继续讲新课时，班上有一位同学提出了自己与别人不同的看法：固体也不一定都有固定的形状，比如橡皮泥、海绵，它们和气球一样用手一捏形状也会发生改变.面对突如其来的质疑，教者一时无法解释清楚，只好胡乱的搪塞一下就继续往下进行新课了.

那么，橡皮泥、海绵是不是固体，它们有没有固定的形状呢？这位老师的实验设计有没有欠妥的地方呢？

1 橡皮泥、海绵是固体

固体是物质存在的一种状态，与液体和气体相比，固体有比较固定的体积和形状.因为固体中，分子间距离为1×10-10 m～4×10-10 m，分子靠得很紧，分子间有强大作用力，固体分子间构成稳定的键，固体分子被紧紧吸引成一堆，有规律地排在一起，每个分子只能围绕某一点振动，不能随意移动位置，因此固体有比较固定的体积和形状.橡皮泥、海绵有一定的体积和形状，所以它们是固体.

2 区别形变与形状

形变是物体受到外力而发生的形状变化（伸长、缩短、弯曲等），形变有弹性形变和范性形变两种.而用手捏橡皮泥、海绵，它们的形状会发生改变这是形变，是由于它们受到了外力的作用，是力能使物体发生形变这一作用效果的体现，而不是说它们没有固定的形状.而之所以会造成学生理解上的偏颇，主要是由于教者在说明气体有没有固定的形状时设计的实验不妥，用手捏气球时气球发生了形变，这里主要体现了力能改变物体形状这一作用效果，而不能很好地说明气体是没有固定的形状的，这给学生的理解造成了错误的引导.

3 实验设计的思考

如何设计实验来说明气体没有固定的形状？很多人在认真思考后都觉得很难设计，往往都想到了扩散现象.生活中的扩散现象事例也很多，比如有人抽烟时，我们会看到从口里吐出烟气在空中不断散开，其形状、体积不断变化…….用气体扩散现象可以推想出气体无固定的形状和体积，但用来作为说明气体没有固定形状的实验还不够科学，因为扩散现象主要是用来解释分子在永不停息的做无规则运动的，从微观上分析是大量气体分子做无规则热运动时，分子之间发生相互碰撞的结果.由于不同空间区域的分子密度分布不均匀，分子发生碰撞的情况也不同.这种碰撞迫使密度大的区域的分子向密度小的区域转移，最后达到均匀的密度分布，因而扩散现象是气体分子的内迁移现象.

其实，只要你留心观察还是能发现说明气体没有固定形状的实验的.比如在说明液体没有固定的形状时，教者用了一瓶矿泉水，通过转动改变其倾斜角度，因为水具有流动性，水的形状在不断的变化，得出液体没有固定的形状.这时，你若以水面上方的气体作为观察对象，你就会发现这个实验还能说明气体没有固定的形状.

总之，我们在设计物理实验时一定要注意实验的合理性、科学性，做到目的性明确，实验操作简单，现象直观形象.