提高中学物理实验课教学成功率的尝试

姚光龙

【摘要】笔者根据教学实践和教学经验,组织学生进行全新的物理实验教学改革尝试,提高了实验的成功率,激发了学生学习物理课程的兴趣,提高了学生的动手能力。本文总结了在实验前的准备工作和实验过程中需要特别注意的若干问题。

【关键词】中学物理 实验教学 实验成功率

中学物理实验的教学大多枯燥乏味,学生不感兴趣,严重影响了实验的成功率,制约了物理实验教学质量的提高。为了加强中学物理实验教学,激发学生的学习兴趣,提高学生的实际动手能力,笔者通过充分准备,精心安排,积极引导,成功地组织了物理实验课教学,收到了良好的教学效果。现以“用油膜法估测分子的大小”的实验为例,总结实验前的准备工作和实验全过程。

在中学物理分子动理论的教学中,用油膜法估测分子的大小实验有着重要的地位和作用。它可以提高学生对微观世界的认识,学会用宏观的方法解决微观问题。由于实验的精度要求较高,在实验前的准备工作和实验过程中一步不慎将前功尽弃。笔者经过多次反复实验,觉得实验前的准备工作和实验过程对于提高该实验的成功率特别重要。

一、积极引导,充分做好课前准备工作

1.动员学生查阅资料,提前理解实验过程中各细节的原理。在实验预习中,教师打印相关参考资料发给学生,或引导学生通过网络或图书查阅有关资料,让学生提前了解实验知识。

(1)让学生了解油酸分子的构成和化学与物理性质:油酸分子(C17H33COOH)可看作两部分组成,一部分是强羧基-COOH,与水有很强的亲和力而被水吸引;另一部分是-C17H33COOH与水没有亲和力要冒出水面。一滴油酸滴在水面上,它会在水面形成薄膜,分子一个挨一个排列,直立在水面上,所以可称为单分子层油膜,单分子层油膜的厚度即可代表油酸分子的直径。

(2)让学生了解酒精的物理性质:酒精是有机溶剂,油酸能均匀地溶解于酒精,酒精易溶于水且易挥发。故油酸酒精溶液滴入水中后,开始在水面形成的液膜面积比单纯的油膜面积要大,随着酒精在水中的溶解和在空气中的挥发,最后显示出的油膜面积会缩小。

(3)让学生了解水与油酸的表面张力系数的大小:水的表面张力系数大于油酸的表面张力系数,油酸所在处的表面张力小于油酸未到处的表面张力,滑石粉在周围水的表面张力的作用下迅速聚集成一条轮廓线,中间便是单分子层油膜。

2.油酸酒精溶液的配置。使用分析纯油酸和分析纯酒精,这样能使油酸与酒精的体积比浓度更精确且溶液浓度均匀。在配置过程中,先将1ml油酸加入19ml无水酒精中,充分混合成20ml油酸酒精溶液,再加入到480ml的无水酒精中,配置成1 ∶ 500的油酸酒精溶液。再分装到60ml带塞子的细口玻璃瓶中,供学生分组实验使用。

二、精心安排,加强实验过程中的教学指导

1.测定一滴油酸酒精溶液的体积V。用量5ml医用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液1.3ml,使针头向上,吸入3ml左右的空气。再倒转针头,变活塞推液体为空气推,测出1ml油酸酒精溶液的总滴数,测3～5次,再取其平均值。

2.施撒痱子粉。取优质、干燥的痱子粉,装到几个干净、干燥的小口塑料瓶中,瓶口蒙上一层纱布并用橡皮筋扎紧。等水面平静后,塑料瓶口朝下,将瓶底轻轻拍2～3下,痱子粉便在水面上形成一薄层。这样既方便操作,又不浪费痱子粉,同时减轻了实验室里粉尘污染的问题。教师要及时提醒学生:痱子粉不能撒得太多,否则,粉太厚,油膜扩散时推不开,面积很小,只是形成一个小窟窿或几条裂缝,导致实验完全失败。同时,实验开始时,关电风扇,闭门窗,创造一个风定水静的环境;痱子粉必须撒在盘的中央,方法是用手拈少许痱子粉,手在盘中央的正上方20cm左右处轻轻地撒下就行,不能到处都撒,痱子粉自己会散开。

3.滴加油酸酒精溶液。用注射器再次吸入1.3ml油酸酒精溶液,使针头向上,吸入三倍液体左右的空气。再倒转针头,保持针管竖直,让液体自由下滴,在慢慢停止自由下滴时,将针头移至粉界中央,距水面1cm处滴入一滴。为了防止第二滴再滴入水中,可用左手预先拿一小纸片,当第一滴液体滴入水后,马上用纸片挡住针头后移走注射器,将余液推入细口玻璃瓶中。要提醒学生,实验时若针头过高,初速太大,液体坠入水中再浮上水面,违背了实验原理,不能形成单分子层油膜。如果针尖过低,在液体尚未离开针管就接触水面,管中油酸会因液滴扩展而流入水面,导致油酸体积不准,测量误差较大。

4.注意掌握水的深度和温度。水的深度要适宜,太深倒进去的水不能很快静止,痱子粉撒上后,扩散后的油膜形状不稳定,也不规则,导致测量误差太大;如果水太浅,痱子粉又撒不开,影响测定效果。适宜的深度应在1～2cm之间。水的温度也很重要,一般应低于30℃。水温太高,撒下的痱子粉不稳定,油膜扩散后的形状也不稳定,导致面积不规则,不容易测量,且测量误差较大,容易失败。

5.实验前后的清洁工作。每次实验前或重做实验时,应用清洁液把水盘、注射器及量筒洗干净,再用清水漂净。特别要清洗水盘侧棱与低部的结合处,防止残余油酸影响实验。如果残留的油酸不洗干净,后来形成的油膜不仅形状不规则,而且也不准确。如果能用热水清洗或者用脱脂棉蘸少量酒精擦拭后再冲洗效果更佳。实验结束后也应清洗。

通过课前的认真预习和充分准备,通过实验中的精心操作和严格要求,实验成功了,学生高兴了,教师满意了,从而调动了学生做实验的积极性。每次实验前,学生都能认真预习,并做好预习笔记。实验时,动手的学生多了,操作的积极性也高了,实验纪律也加强了,实验报告也规范了,实验教学的质量也就大大地提高了。