若干个探究实验的改进

演示实验不同于一般实验,它有自身独特的要求:既要做到科学性、直观性,又要在较短时间里产生好的效果,而且还要结合实验操作进行启发讲解,引导学生进行积极的思维。要达到这个目标,不仅取决于熟练规范的操作,还渗透着教学艺术的水平,具有其他教学手段不能相比的独特魅力。本人结合多年的教学经验,对教材中的部分演示实验加以改进和更新,组织学生进行实验探索起到了更良好的效果。

一、水是热的不良导体实验的改进

为了验证水是热的不良导体的结论,以前我们都习惯在一个试管内装水,用手握住试管底部,使酒精灯火焰在试管上部(水面处)加热致沸腾时,“下面的水还不烫”的演示实验,表明水是不善于传热。

但这实验是不能直接说明问题的实质,因为实验对象是水,而感觉器官――手直接接触的是玻璃,玻璃又不善于传热,致使许多学生会误认为“不烫水”是玻璃不善于传热之故,该演示实验起不到应有的效果。为了使实验能直接说明问题,我们作了如下改进:(如图1所示)

在试管内盛上水,将一块冰和石子(或金属块)扎牢沉入试管底,手斜握试管,让酒精灯火焰在试管上部(水面处)加热,致水沸腾时,试管底部冰块融化并不明显(夏天取冷饮冰块,冬天可取河水冰块),说明水不善于传热。

二、对焦耳定律实验的改进

焦耳定律的演示实验是初中电学中一个重要实验。我们发现用两个灯泡(规格分别为“220V 40W”;

(“220V150W”)来代替原实验中的两个烧瓶、煤油以及两只阻值不同的电阻丝来实验,不仅达到原实验的各种效果,还有如下优点:

1.在验证电流、通电时间相同,电热跟电阻的关系时,将两灯串联起来接入电路中,此时看到

“220V 40W”的灯泡很亮,而且“220V150W”的灯泡的灯丝只是微微红,无论前面还是后面的同学都看得清清楚楚。原实验是让两烧瓶中的煤油体积膨胀以后在玻璃管中上升高度的高低来显示生热的多少的;因而后面的同学不离开座位就无法看明白。

2.可以轻而易举地让学生明白两个公式的内涵:P=I2R与P=U2/R。即电功率在什么条件下与电阻成正比,在什么条件下与电阻成反比。两灯串联时,电流相同,发现电阻R大的,灯泡亮些。说明了电功率P与电阻R成正比的条件是:电流相同;两灯并联时,电压相同,发现电阻R小的亮些,说明了电功率P与电阻R成反比的条件是:电压相同。

三、对“分子热运动”实验的改进

关于气体分子的扩散,教科书上常用能看得见的棕色二氧化氮气体的扩散进行探究,可视范围大,效果好。但是二氧化氮毒性较强,从制取到使用均存在危害因素,不宜人人做此探究实验。如果用废青霉素小瓶和典做类似实验,可人人动手,效果甚好。

打开事前清洗擦干的小瓶瓶盖,把宽度约1厘米浸湿了米汤(其他淀粉稀粥也可)的白色卫生纸条,贴附于瓶的内壁一侧;然后用镊子夹取一小粒碘,小心投放瓶底,勿使接触或靠近纸条,再盖上瓶盖进行观察。约1～2分钟后,即见约条由下向上显现蓝色,4～5分钟后,整个纸条均变为深蓝色。

学生对此兴趣盎然,既明白了“纸条”变蓝是固态碘升华后形成的气态碘的扩散结果,也验证了生物课中学过的淀粉遇到碘会呈现蓝色的事实。

四、沸点随气压改变实验的改进

初中科学(华师大版)中,图3.3.4实验,表明气压减小时水的沸点降低。但是这个实验不能直接演示气压减小时水的沸点降低了多少。如果利用图2观察水沸腾的实验装置,既可以直接演示气压减小时水的沸点降低,又可以直接演示气压增大时水的沸点升高。

把热水倒在烧杯里,按照图2那样,把烧杯放在铁架台的石棉网上,杯上盖上中心有孔的纸板,把温度计紧穿过纸板孔插入水中。用酒精灯给盛了热水的烧杯加热,观察水沸腾时的温度。

继续用酒精灯加热,把纸板向上移动,离开杯口,气压减小,观察水沸腾时的温度,此时温度下降了约2℃,实验表明气压减小时水的沸点降低。然后把纸板向下移动,盖上杯口,再观察水沸腾时的温度,此时温度上升约2℃,表明气压增大时水的沸点升高。

在图2中,如果用大试管代替烧杯直接加热做这个实验,效果会更好。

五、对《阿基米德原理》实验的改进

根据新课程标准要求和初中生的学习特点,要得到这个阿基米德原理的结论,不难发现,学生在思维上存在着下面两方面的困难:一方面要想到浮力为什么会与排出液体的重量有关系;另一方面浮力在数值上的大小和排出液体的重量相等的。

为了解决上述困难问题,可以采用一个改进后的实验来完成,可以用此实验来进行探究教学。改进后的实验装置如图3所示。探究实验可以分下面三部分进行:

实验①:弹簧秤的读数为什么减小?

用图4的装置做实验,将物体挂在弹簧秤上,慢慢向下移动弹簧秤,使物体逐渐浸入水中,弹簧秤的读数逐渐减小,说明物体受到浮力,而且浮力的大小等于弹簧秤减小的读数。

实验②:弹簧秤的读数为什么增加?

用图5的装置,弹簧秤下挂接水杯,将水倒入接水杯中,可以看到弹簧秤的读数变大,弹簧秤的读数就是这些水的重力。

实验③:弹簧秤的读数为什么不变?

将实验装置连接成如图6所示,把物体挂在一边,接水杯挂在另一边,将弹簧秤慢慢向下移动,可以看到物体逐渐浸入水中,把一部分水排出进入接水杯中,可以观察到物体浸入水中受到了浮力,接水杯内的水也增加了,而弹簧秤的读数始终保持不变。说明物体受到的浮力数值上等于物体排出水的重力。

通过上面的实验探究可以排除学生思维上的困难,让学生很容易理解实验的原理,也很容易得出实验的结论。

作者单位:浙江省宁波东钱湖中学