精心预设精彩生成初中物理实验准备工作的注意事项

江苏省南京市育英第二外国语学校（210044）沈孝兵

物理是一门以实验为基础的科学，实验教学是初中物理教学的重要组成部分，它不仅是建立物理概念和规律、理解和掌握物理知识不可缺少的环节，还能培养学生的动手能力、观察能力、思维能力及探索精神，是变应试教育为素质教育，提高学生科学素质的重要手段。

但是教师在实验教学中仍存在一些问题，主要表现为实验不成功、实验现象不明显、 测出的数据不够理想、不能很好地反映物理规律，笔者认为这主要是教师没有认真准备实验造成的。如何使实验现象更明显、使所测量的数据更具说服力，笔者认为在备课过程中也要备实验，在准备实验时要对实验条件进行精心预设。

1精心预设使定性对比更明显

绝大部分物理规律可以用物理公式来表示各个物理量之间的定量关系，但有些规律对初中学生只作一些定性探究，比如： “探究滑动摩擦力与压力及接触面粗糙程度的关系”、“探究浮力与液体密度及排开液体体积的关系”、“探究液体压强与液体密度及深度的关系”，等等。在这些实验中，如果实验条件设定不合理，将出现数据定性对比不明显的情况。

1.1探究液体压强与液体深度的关系

在“探究液体压强与液体密度及深度的关系”的实验中，

通过将液体压强计的金属盒放在两个深度的水中和浓盐水中，

记录压强计U型管中两侧液面的高度差来探究液体压强与液体密度及深度的关系。

实验中发现，探究液体压强与深度的关系时，U型管中两侧液面的高度差h随金属盒所放深度H的改变有明显变化，如图1所示。学生很容易得出“在液体密度一定时，液体压强随深度的的增加而增加”这一结论。

1.2探究液体压强与液体密度的关系

在探究液体压强与液体密度的关系时，发现把液体压强计的金属盒放在同一深度（H=5 cm）的水中与浓盐水中时，压强计U型管中两侧液面的高度差h的变化Δh不够明显。分析原因可知，U型管中装的是水，两次实验金属盒处的压强差ΔP与两次实验U型管两侧液面的高度差的差值Δh之间的关系为：

ΔP=ρ水gΔh,而同一深度H处的水与盐水中的压强差ΔP=P盐水－P水=ρ盐水gH－ρ水gH=ΔρgH。

Δh=Δρρ水H由于饱和浓盐水的密度约为1.12 g/cm3,所以，Δh≈H10。要使Δh=1 cm，H至少要为10 cm。因此，当选择H1=10 cm，H2=15 cm进行实验时，在水中和在浓盐水中，压强计U型管中两侧液面的高度差h的变化Δh的定性对比就非常明显，如图2所示。

学生很快就得出“在深度一定时，液体压强随液体密度的增加而增加”的结论。

1.3探究液体浮力与液体密度的关系

在“探究浮力与液体密度的关系”时，也存在同样的问题。用同一石块分别浸没在水中和饱和浓盐水中，两次所测得的浮力差为两次弹簧测力计示数之差，如图3所示。即ΔF浮=ΔF示=F示－F′示=Δρ液gV排。因为Δρ液≈0.12 g/cm3，若V排＜100 cm3，则ΔF浮＜0.1 N，即小于弹簧测力计的最小分度值，所以应选择体积为150 ~300 cm3（重力约为3.5～5 N）的石块做实验。从而便于学生得出“在排开液体体积一定时，浮力随液体密度的增加而增加”这一结论。

1.4探究滑动摩擦力与压力及接触面粗糙程度的关系

在“探究滑动摩擦力与压力及接触面粗糙程度的关系”时，控制接触面粗糙程度一定，改变压力探究滑动摩擦力与压力的关系，如图4所示。两次实验中摩擦力的变化ΔF摩（ΔF摩=F2-F1）与两次压力差ΔF压（ΔF压=G砝码）之间的关系为：ΔF摩=μΔF压。由于木块与木板之间的滑动摩擦系数μ≈0.3，所以当ΔF压＜0.65 N时，ΔF摩＜0.2 N，滑动摩擦力的定性变化随压力的改变不明显，所以在通过加砝码改变压力时，相邻两次所加砝码的质量不宜过小（不宜小于65 g）。

而当控制压力一定，改变接触面粗糙程度探究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系，如图5所示。两次实验中摩擦力的变化ΔF摩（ΔF摩=F4-F3）与两次滑动摩擦系数之差Δμ之间的关系为：ΔF摩=ΔμF压，由于木块与棉布及毛巾之间的滑动摩擦系数差Δμ≈0.13，当F压＜1.5 N时，ΔF摩＜0.2 N，滑动摩擦力的定性变化随接触面粗糙程度的改变不明显，所以不宜用质量小于150 g的木块做实验。笔者用质量为250 g的木块做此实验，取得了较明显的实验效果。

因此，在做类似定性探究实验时，要使所测数据的定性对比明显，就要分析影响数据大小的因素，精心预设，增大定性对比度。

2精心预设使定量关系更精确

当要求对某一规律通过测量作定量分析得出定量关系（如成正比，成反比）时，所测数据要精确，巧妙、使定量关系更明显。

2.1探究电流与电压和电阻的关系

在“探究电流与电压和电阻的关系”时，控制电压不变，探究电流与电阻的关系，选了R1=5 Ω、R2=10 Ω、R3=15 Ω的3个电阻做实验，若控制电阻两端的电压U=2 V不变，则I1=0.4 A、I2=0.2 A、I3=0.133 A，反比关系不够明显，见表1。若将电阻两端的电压改为3 V，则I1=0.6 A、I2=0.3 A、I3=0.2 A，反比关系则非常明显，见表2。

2.2探究滑轮组的作用

在“探究滑轮组的作用”时，研究一定一动滑轮组的两种绕法（n=2和n=3）的省力情况时，如图6所示，应选择物与动滑轮的总重为2与3的公倍数，比如G总=2.4 N，则可测出F1=1.2 N，F2=0?8 N，从而顺利得出F=G总n这一规律。

因此，在验证定量关系时，要充分考虑测量仪器的分度值及所探究规律的定量关系，精心预设数据，使所测物理量之间的定量关系更明显、准确，从而更具说服力。

3精心预设使实验时间更合理

有几个初中物理实验涉及到时间的测量，比如“观察水的沸腾”实验，看温度随时间的变化情况，“研究充水玻璃管中气泡的运动规律”等。如果实验条件控制得不好，有可能造成实验时间过长（浪费时间）或实验时间过短（测量误差增大）的情况。

3.1观察水的沸腾实验

笔者第一次讲“观察水的沸腾”，让学生自己烧开水，结果有的学生烧了近25 min水都没开，浪费了很多时间。课后笔者分析，认为造成实验时间过长的原因有3点：①实验室所用烧杯过大（容积为500 ml），学生所装水量过多；②实验时水的初温偏低；③实验室所用的酒精纯度不高（热值小）。因此在做此实验前教师应做好充分的准备，实验时应先用小烧杯倒入约150 ml课前已烧开的开水（刚烧开的水倒入烧杯中初温约85 ℃），用酒精纯度较高（酒精纯度＞95%）的酒精灯来加热，这样就能保证在5～10 min内完成实验。

此实验中水量也不能过少。笔者曾在课堂上用大试管装40 ml的水做实验，发现水温上升很快，1 min内由

30 ℃上升到90 ℃，几乎是1 s上升1 ℃，但是，当试管中的水沸腾时，温度计的示数才91 ℃，且还在不断上升，从而不能得出“水沸腾时温度保持不变”这一结论。原

因很简单：使用温度计测量水的温度必须等其示数

稳定以后再读数，当温度计的示数快速上升时，温度计里的测温液体与被测的水没有达到热平衡，

所以当水刚开始沸腾时,虽然水的温度已经达到沸点，温度不再变化，但由于温度计里的测温液体的温度还没有达到水的沸点,还会继续吸热使示数继续上升。因此，本实验所用的水量也不宜过少以免导致实验时间过短。

3.2探究影响电流热效应的因素

在“探究影响电流热效应的因素”时，笔者发现教材上的装置是将电阻浸没在用锥形瓶装的煤油里，如果按教材上的装置做实验，在电流一定时，电阻阻值大的锥形瓶中的煤油每分钟只能上升1 ℃；而电阻阻值较小的锥形瓶中煤油的温度几乎不上升。这样做实验会浪费很多时间，且现象不明显。如果将锥形瓶改为试管，如图8所示，则所装的煤油将变少。在同样的条件下，在电流一定时，电阻阻值大的试管中通电1 min，煤油温度可升高5 ℃左右，这样做实验现象非常明显，还能节约时间。

4结束语

由此可见，教师在备课过程中要加强对实验的准备工作，提高自己的实验技能，注意实验的操作细节，合理地设定实验条件。在规范操作的基础上，使所测得的数据更准确、更合理，从而更好地为物理教学服务。

收稿日期：2014-05-21