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[图文]浅谈高中物理演示实验器材的改进
 
作者:刘林    文章来源:本站原创    点击数:206    更新时间:2017/12/27
 
浅谈高中物理演示实验器材的改进

——以《生活中的振动》演示实验器材为例

福建省南平第一中学  刘林

联系电话:13960683097

摘要:随着新课程理念的不断深入,物理教学机遇与挑战并存。信息技术的飞跃发展,极大地丰富了我们的教学资源和教具。在实际的物理教学过程中,教具会帮助学生更好的理解物理现象以及物理原理,但是有的教具还是不能很好反映出想要的物理现象,故在教学过程中可以对已有的教具进行改进,并利用教具充分调动学生思维的主动性和积极性,提高物理教学的效果。                                  

关键词:物理实验   实验教具   实验器材改进 论文

物理是一门以生活和实验为基础的学科,其理论也是在实验的基础上建立的。正因为物理学科的特点,故在物理教学中,物理理论的得到也应建立在实验的基础上,那就要求物理教师在进行教学时必须进行适当的实验演示或分组实验。同时《高中物理课程新标准》也提出:实验是物理课程改革的重要环节,是落实物理课程目标、全面提高学生科学素养的重要途径,也是物理课程改革的重要资源。对于目前高中的实验教学我有以下几点看法:

一、高中物理实验教学现状

虽然近年来实验教学已在高中物理教学中取得很大的发展,但仍或多或少存在着一些问题,对于实验的教学,教师只重视对知识的灌输,而忽略对实验方法和思维的讲解。在教学过程中,老师注重对实验步骤的讲述,动手操作较少;重视结论的总结,对于实验过程过于轻视;在实验操作过程中,只是重复机械化的训练,而不注重让学生进行实质体验。由于信息技术的飞速发展造成多媒体教学的不断深化,有些教师把实验做成课件,进行多媒体演示,这样虽然使教师授课变得简单,但学生却无法亲身经历,没有对实验现象的直观认识,这就造成对一些物理知识和规律的理解只限于表面,不利于学生探究精神的培养以及物理知识的正确理解,甚至不利于学生的记忆。

有的老师更是把实验教学简化为一种程序,将实验目的、器材、步骤、注意事项和实验结果告诉学生,学生只要按照老师提供的资料进行机械化的实验,就能取得预期效果,使得实验教学只是拘于形式,而无法取得实际的教学效果。更有甚者,有的老师不让学生做实验,只是看flash课件,再通过让学生进行习题训练,使学生死记硬背,以达到通过实验方能取得的结论。这些现象都在不同程度上阻碍着实验教学的开展,对学生科学探究精神的培养和正确学习方式的培养都是无益的。[1]

二、高中物理演示实验的地位

物理是实验科学,物理教学就是要通过实验得到物理规律,但是大部分学校由于实验条件和课程的限制导致大部分课程没法进行分组实验,而改为演示实验,这样就使演示实验在物理课堂教学中占据重要地位。那么对于演示器材的实验现象要求就要更加精确,这样学生就能得到相应的结论。但有时一些现成的演示器材现象不够明显,为了更好的体现物理规律,就可以对现成的实验器材进行改进。

三、物理演示实验仪器有效的微小改进

下面我就以鲁科版高中物理选修3-4中第一章第四节《生活中的振动》为例,说说对实验演示器材的简单改进。

在《生活中的振动》一节中,主要讲述的是阻尼振动和受迫振动两种振动,并要得到两种振动的振动特点。其中阻尼振动是振幅不断减少的振动,这个现象可以通过简单的振动得到,并且该现象也与生活中实际振动的现象吻合。对于这种与生活实际符合的物理知识,学生是较容易理解的,可以很容易总结出阻尼振动的物理规律。但是另一种受迫振动就不容易接受了。为了解决在该课教学过程中会出现的问题,使学生得到较好的直观感受,就要让实验进入课堂。

在受迫振动的教学中,我是采用问题式的教学方法。通过对教学内容的分解,得到三个探究:

探究①:同一物体分别做自由振动和受迫振动时的振动周期有何关系?

探究②:物体做受迫振动时振幅A会与哪些因素有关?

探究③:做受迫振动的物体振幅A与频率f(1/T)的定性关系

这三个探究就是本堂课的核心内容,而利用实验解决这三个问题可以让学生直观的看到实验现象,在脑海中储存有受迫振动的实验结论,可以帮助其解决记忆问题。

探究①中我运用受迫振动演示仪如图1所示,通过该实验装置分别来探究自由振动和受迫振动的周期。而为了让学生能更明显的观察实验现象,在装置的后面订上一白色泡沫板,并在振子静止的地方做上一平衡线。这样在实验过程中就能以该线作为参考点观察振动的快慢。通过这样小小的添加,在做实验时学生就更清楚的知道要观察什么,之后能得到什么结论。

探究②中我运用机械共振演示仪如图2所示,通过该实验装置来探究物体做受迫振动时振幅A与驱动力f是有关的,并得到定性关系,该实验器材得到的实验现象很明显,故没进行改进。

 

 

 

 

 

 

 

探究③中我运用多单摆演示仪如图3所示,通过该实验装置来探究做受迫振动的物体振幅A与频率f(1/T)的定性关系。为了能够得到受迫振动物体的A-f图像,对实验器材进行改进,改进后的装置如图3所示,而原有的实验装置是图4所示。两个装置的区别就在于不同摆长的单摆位置,原有装置的摆球是随意放置的,改进后的装置单摆放置是具有规律性的。其改进的具体操作是选取6个单摆,其中两个单摆摆长相同,其余4个单摆摆长各不相同,并按照图5进行摆放,得到实物图图3。

改进原因:由于原有装置只能得到摆长与驱动球相同的单摆振幅A最大,摆长与驱动球摆长相差越多振幅A最小,而不能够通过该实验得到A-f图像。

改进原理:由于探究②实验中的频率是从最小值开始调到最大值,是连续的值,为了得到具体的关系采用抽样调查的方法从中取出部分的频率值进行探究,来反映整体的情况。为了得到三个区域的频率,将6个小球按摆长从小到大依次标号1-5,其中驱动球标为0。

这六个单摆,根据单摆的固有周期,得到以下信息。

摆长:L1﹥L2﹥L3=L0﹥L4﹥L5

固有周期:T1﹥T2﹥T3=T0﹥T4﹥T5

固有频率:f1﹤f2﹤f3=f0﹤f4﹤f5

这样1和2号单摆就代表固有f小于驱动力f的所有单摆,3号单摆代表固有f等于驱动力f的单摆,4和5号单摆就代表固有f大于驱动力f的所有单摆。

(在实验的过程中,在泡沫板上标记出各个摆球的振幅所在位置。)让学生通过观察实验中得到的各单摆振幅位置,总结规律,并将各点用光滑的曲线连起来,从而得到图6。

通过适当的理论分析,将图6拓展为一个物体在不同驱动力频率f作用下的振幅A的规律,从而得到受迫振动的A-f图像。如图7所示。

    改进结果:通过对仪器的改进,直接得到图6,经过分析拓展,得到图7。学生对于A-f图像有了直观的认识,理解的更深刻,掌握的更好。

四、物理演示实验仪器改进的好处

对高中物理教学而言,在前几代物理界教师的努力下,实验器材家族的兄弟已经非常多了。现今,要在教学之余创造出有效的实验仪器是有困难的,但是我们可以根据在实际教学中遇到的问题和积累的教学经验对已有的教学仪器进行小小的改进,以便实验效果更加清晰。而对于我们物理教师的专业提升也有莫大的益处。

我通过对《生活中的振动》一课的打磨,在打磨的过程中发现实验器材在通过改进后更加的合理有效。故将这一点心得体会与大家分享。在今后的教学中会再接再厉,对一些器材进行深入研究。 

参考文献:

[1] 宁波市鄞州高中物理教学论文《高中物理的实验教学探索》

[2] 鲁科版高中物理课本选修3-4