学生实验的开放与控制(一)

人的个性和创造性才能的发展只有在自由的氛围中才会开花结果。物理实验应当为学生提供一个教学平等民主的自由空间。每个学生可以自由平等地观察现象,可以凭借自己的直觉或生活经验来分析判断实验的结果,每个人都可以亲自动手进行实验探索和实验验证。每个人都可以独立发表自己的见解、可以自由地和同学开展讨论,可以和同学一起共同完成实验任务。这样,学生的思维不会受到压抑和束缚,创造性才会发生。可是目前的学生实验往往是在教师的严格要求下进行的,这种教学方式对学生基本的动作技能的形成是有必要。但实验教学不能忽视学生创造能力的培养,这就需要我们给学生有一定开放性的活动空间,这种开放是有控的开放。我们可以在学生实验时多给学生一些时间,教师少讲一点。改变过去老师边讲解学生边操作的实验教学模式,留足学生实验的操作、思考的时间。老师通过一定的方式对学生的操作与思考进行有限的控制。

一、学生实验预习的“问与答”

为给学生在实验课上有更多的时间可以自由支配,有必要让学生在课前做好充分的预习。我们以为,教师通过课前控制学生对实验的预习,可以更加有利于开放学生实验操作。如何才能有效控制学生预习呢?经过实践,我们编写了学生实验的“问与答”,利用“问与答”可以很好地控制学生预习。“问与答”是针对一个学生实验中学生可能存在的问题做全面的考虑,以指导学生对这一实验作全面的认识。

1这是“验证玻意耳定律”实验“问与答”:①

问:实验研究对象是什么?

答:封闭在注射器内的空气柱。

问:实验要控制的条件是什么?

答:气体的质量不变,温度不变。

问:实验前,为什么要在注射器的活塞上涂上适量的润滑油,并来回推拉几次?

答:这样可使油在摩擦面上分布均匀,减少内外筒间的摩擦和防止筒间漏气。

问:怎样检查注射器是否漏气?

答:按课本图安装好装置后,封入一定质量的气体,用手拉着活塞架上的钩环将活塞向上拉出(或向下压入)一些,使气体的体积增大(或减小),然后撤消外力,看活塞能否回到原来的位置,如果发现不能回到原来的位置,则注射器已漏气了。

问:封闭的空气柱体积大些好还是小些好?

答:从误差角度考虑是大些好,因为体积大些测量体积的相对误差ΔV/V比较小。但空气柱体积大些就意味着空气柱长度比较长,用弹簧秤钩住框架上的钩竖起直向上拉时,空气体积变化范围就比较小。所以综合起来考虑,封入注射器中的气体体积约占注射器容积一半为宜。

问:怎样实现等温变化?

答:为了实现等温变化应注意掌握下述操作要点:

(1)实验过程中要注意保持实验环境稳定,力求维持恒定的环境温度。

(2)实验过程中不要手握注射器,防止气体温度升高,破坏实验条件。

(3)当改变气体压强时,气体的体积也发生变化,将通过做功发生机械能和内能的转化,为了使注射器内的气体和外界有足够时间发生热传递而保持与环境等温,应注意使气体状态变化缓慢地进行,当活塞到达新的位置后,应稍等一会,确保气体跟环境等温的新的平衡,再进行有关的读数。

问:在活塞上施加压力和拉力时,要注意什么?

答:首先安装注射器时就必须做到竖直安装。其次施加压力或拉力,都要沿活塞中轴线施力,当采用悬挂钩码施加压力时,在活塞架上两边悬挂的钩码重一定要对称,若不对称,将使活塞歪斜产生侧向压力,从而增大摩擦力,降低实验效果。若用弹簧秤对活塞施加拉力,拉力的方向应竖直向上,并通过活塞的中轴线,如果拉力方向倾斜,也将导致侧向压力增大而引起摩擦增大,影响实验效果。

问:在实验中如何求得空气内气体压强?

答:从气压计读出当时的大气压P0;刻度尺量出注射器全部刻度之长,然后用这个长度去除它的容积,得到活塞的横截面积S;用天平测出活塞及框架的质量,进一步算出它的重力G1(也可用弹簧秤直接测量),则在活塞两侧挂上钩码总重为G2时,所封气体压强为P=P0+(G1+G2)/S,用弹簧秤以力F拉活塞时,气体压强为P=P0+(G1-F)/S。

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