高一物理失重演示实验的处理

胡海元

摘要： 物理学是一门以实验为基础的自然科学，实验在物理教学中更是占有举足轻重的地位。加强实验教学，提高物理教学效率和开发学生创造能力，在加强素质教育的今天，显得更加重要。创新是当今社会最珍视的品质，在新的高中课程改革的实践教学中，作者不断摸索、研究，同时，侧重高一教材的分析，对原有的实验手段大胆创新与拓展。在此就对高一物理新课程失重瓶实验提出改进方案。

“物理学是以实验为本的科学。”［１］这一精辟论述出自诺贝尔物理学奖获奖者、理论物理学家杨振宁教授的一则题词，它表达了物理学界的共同见解，抓住了物理学的根本特征。高一物理课程改革已经进入全面的实验阶段，我校物理组的教师从新课程教学理念出发，积极联系实际，从课堂演示实验入手开始探索，比较传统教法和新教材的差距，在领会如何教的同时，努力从学生学习心理的角度想问题，不断完善自己的教学手段。

1.案例背景

在高一物理新课程中，关于超重与失重的教学是改动较大的一处。以往的教法是从实验现象入手，对物体进行受力分析，进而引出超重和失重的定义。新教材推翻了这种演绎式的教法，直接以感性的生活素材衔接学生，从体重计上的起立下蹲动作引起指针的摆动谈起，突出了“生活中的物理，物理来自生活”的主题。在领会了这个主旨的前提下，我们开始了多次失重演示实验的尝试。

2.研究意图

由于超重和失重现象比较抽象，因此实验教学在这部分课堂处理上有相当重要的作用。在提出了失重概念以后，组织这堂课教学的关键，也就集中到如何选取和改进失重演示实验这一点上，这将决定整个教学目标的实现。在众多的失重演示实验当中，又以完全失重实验的演示为课堂教学的小高潮。

（1）压力消失现象［2］

在一个平底吊盘上放一个重物m，把一薄纸条A的一端压在重物m和吊盘之间，如上图所示，纸条尽量窄且不很结实。当抽动一端时，纸条轻易地被拉断。实验时，一只手把纸条的另一端固定，另一只手提着盘的吊线B。先提着盘和重物慢慢下降，则纸条先被拉紧，接着就断裂了。

这是因为纸条被重物压着的一端存在静摩擦力的作用。第二次换一张同样的纸条，把纸条的一端压在重物和盘之间，另一端固定，但是提吊线B的手突然放开，使盘和重物同时自由下落，可以看到纸条没有被拉断，完好如初。

这是因为自由下落过程中重物完全失重，不受盘的支持力，其反作用力——重物对盘的压力也就消失了，使静摩擦力不复存在。因此，可以从容地拉出纸条。

（2）失重瓶实验

以前经常采取的一个经典实验就是本文要进一步讨论的失重瓶实验。如果这个实验能够使学生印象深刻、跃跃欲试，并且可以使他们认识到理论联系实际的重要性，那么就达到了最佳的教学效果。具体的实验方案是将一个开口矿泉水瓶瓶底开一小孔，瓶中装适量水，瓶子静止不动时有水流出；当瓶子自由下落时，则没有水流出，说明此时瓶内的水对瓶底没有压力，处于完全失重状态。在实际教学中，这样的实验虽然很直观形象，但是我发现这个演示实验如果在此戛然而止，必然会对以后遇到的变化埋下隐患。原因在于实验是在瓶子做自由落体运动下成功的，无形中会给学生这样一个暗示：完全失重状态必须在自由落体运动情况下才能出现，而遇到瓶子做竖直上抛运动时，情况会怎样，学生往往会得出错误的结论。所以，针对以上的情况我尝试了改进，实验时干脆将各种运动情况都演示出来，并且用层层递进的追问方式把这一问题圆满解决了，收到了良好的教学效果。

3.教学过程

以下对有特色的部分片段进行简单介绍。

师：前面我们总结了什么是超重，什么是失重。下面我们再来观察一个小实验，请大家找出这种现象是超重还是失重？

演示自由落体的失重瓶实验。

师：下落前和下落过程中，你看到瓶内的水有没有流出来？

生：下落前，水流了出来；下落过程中，水没有流出来。

师：这是什么原因呢？（学生讨论）

师生共同总结：水能流出，是由于水对瓶壁有压力。当水和瓶一起做自由落体运动时，压力消失了，这时，瓶中的水只受到重力作用。我们就把这种只受到重力作用的物体所处的状态称为完全失重状态。

（板书完全失重状态的运动情况：1.自由落体）

师：刚才瓶子是下落状态，如果瓶子竖直上抛，会有水流出吗？（引发讨论，调动情绪）

演示竖直上抛的失重瓶实验。

师：如何解释这种现象呢？

生：说明瓶子在竖直上抛时还是处于完全失重状态。

（板书：2.竖直上抛运动）

师：如果将瓶子改成斜抛，情况还和前面一样吗？

选择一名同意情况一样的学生到讲台上自己动手演示。

（板书：3.斜抛运动）

师生共同总结：可见，物体是否处于完全失重状态，并不是决定于运动形式，而是决定于受力情况，只要是仅受重力（加着重号）作用下运动的物体都是处于完全重状态。

（板书：完全失重的本质）

4.教学反思

其实新教材改革是给枯燥乏味的课堂说教增添趣味的探索，增加学生主动的学习机会，从而完成符合人的学习心理，易于被人接受的教学形式。［3］根据这样的理念上的转变，在物理教学中，注重实验的改良和探索实验过程的革新是相当重要的。所以，我在教学实践中，尤其注意如何利用实验、做好实验、改良原有的实验和积极反思做完实验中的优缺点，逐步丰富和完善高中物理实验教学在新教材改革中发挥的作用。上面的这个例子也正是在原有的传统实验的基础上，稍加拓宽和提高，并且注意到了学生的接受能力和过渡手段，用追问的方式将单个实验拓展成组合实验，力争做到由浅入深、步步为营，让不同层次的学生都能参与到学习过程中去，得到不同的体验。应该注意到类似这种实验器材比较简单和常见的实验对学生是一种提醒和震撼——原来只要动脑，在我们身边可以有各种各样的从书本中走出来，联系实际，联系生活的有趣的实验，并且是一般人都能完成的，从而获得探究的成就感，满足进一步探究的台阶式的心理体验。

总之，开展物理创新教育，对课堂演示实验进行优化，培养创新人才，是素质教育的要求，是当前课改的目的，是建立创新型国家的需要。

参考文献：

［1］赵凯华，罗蔚茵.新概念物理教程（力学）.高等教育出版社，1986，2.

［2］实验天地.失重现象演示四例.

［3］郭奕玲.对物理实验的几点看法.