概念的理解、规律的应用亦在演示实验

胡帅

高中阶段很多概念比较抽象，理解起来令学生晦涩难懂。用演示实验理解物理基本概念，既培养学生的动手能力，加深对概念的理解，又丰富课堂教学，启迪学生思维，陶冶学生情操，发挥学生的主观能动性。规律的发现往往是通过实验得出的，但是用实验理解、应用规律更直观有效。现列举几例说一下自制演示实验，加深理解抽象的概念和规律。

1 矢量演示尺

矢量、矢量的运算是高一学生很难接受的新概念，关于合力与分力的计算更难分析。矢量演示尺是用来研究当分力的大小不变时，合力随两分力夹角的变化而变化的一种仪器，它做法简单，演示直观，有利于矢量的概念及矢量的运算定则的掌握。

【仪器】木工用完的三合板木条宽4 cm、长60 cm的两根，长40 cm的两根，宽4 cm、长90 cm的一根，一字螺丝4个（半径大约为2 mm，长为2 cm）。

【做法】将其中最长的一根90 cm的木条在中间挖透一宽约1 cm左右的沟槽，槽的长度大约为75 cm，然后将一长60 cm和一长为40 cm的木条分别作为两分力，90 cm的木条为合力，将它们的一端用螺丝进行轴固定，40 cm木条的另一端与第二条60 cm的一端固定；60 cm的木条的另一端与第二条40 cm的一端固定，第二条40 cm与60 cm的另一端与长木条固定在槽里，即做成一个长60 cm，宽40 cm的长方形，90 cm长木条作为对角线出现。这样就构成一个对角线能沿槽移动可变的平行四边形。

【作用】可以帮助理解矢量的概念和运算法则，当两分力大小一定时，合力随夹角的增大而减小。这样变抽象概念为演示实验，收到良好的效果。

2 完全失重演示仪

完全失重，对于高一学生来说总是认为不受重力，无妨动一下脑筋，做一个简单的演示实验帮助学生理解。上课前布置学生每人找一只废旧透明的饮料瓶子，在侧壁的中下部竖直地打两个小孔，再用另一容器准备一些水。上课后师生共同实验：1）将带孔的塑料瓶子装满水，用手堵住小孔，盖紧盖子待用；2）静止不动时，松开堵住小孔的手指，观察到水流出；3）然后将带水的塑料瓶子向上抛出或自由落体时，观察到水不流出；4）解释为什么会出现上述两种现象（当塑料瓶子静止时，水在重力的作用下向外喷出；而当塑料瓶子作竖直上抛或自由落体时水不流出，是因为水的重力提供加速度去了，这就叫完全失重现象，并不是重力消失了。从而更有利地理解了完全失重的概念）。

3 “水流星”演示仪

【作用】用来演示竖直平面上圆周运动的临界条件。

【制作】用一个广口冰牛奶瓶，螺旋口上固定一圈细铁丝，关于瓶口圆心对称地固定两小圆环，用一根轻而不可伸长的细线通过两圆环将瓶吊起即可。

【实验】将瓶内装上多半瓶水，让其在竖直平面上做圆周运动，若速度较大时，则水不流出；若速度较小时，则水流出，从而总结出竖直平面上圆周运动的条件。

【效果】学生兴趣浓厚，规律掌握牢固，应用熟练，印象深刻。

4 单摆演示仪

【作用】研究与单摆周期有关的因素。

【制作】用质量不等的两个小球做成摆线等长的单摆，其中一个摆线上套上一个金属圆环，金属圆环上有一个手柄，一块工业用强磁铁。

【实验】1）研究周期与质量的关系：让两个单摆从同一高度同时释放，会发现两个单摆同步，总结出单摆的周期与质量无关。2）研究单摆的周期与重力加速度的关系：利用一个单摆，让其摆动起来，在其平衡位置下面放上强磁铁，观察摆球的摆动快慢会发现：摆球变慢，说明单摆的周期与重力加速度有关。3）研究单摆的周期与摆长的关系：将带金属环的单摆移到悬点处，让单摆摆动起来，然后将金属环缓慢向下移动，观察摆球的摆动快慢会发现摆球变快，说明单摆的周期与摆长有关。以上的演示实验加上学生的看书，能很快地掌握单摆的周期公式，起到事半功倍的功效。

5 热学演示仪

【作用】用来演示当气体绝热膨胀气体对外做功，内能减少的规律。

【器材】大可乐瓶一个，橡皮塞一个，玻璃管一个，橡皮管、打气筒各一支，酒精少许。

【实验】将少许酒精倒入可乐瓶内，用带有玻璃管的橡皮塞塞紧，然后通过橡皮管与大气筒相连；用力往瓶内打气约20次左右；然后迅速拔掉橡皮塞，注意不要对着任何人。

【现象】可乐瓶内出现白雾状，手感觉可乐瓶壁比较凉。

【解释现象】打气筒往瓶内打气后，瓶内的大气压大于外界大气压，迅速拔掉橡胶塞后，瓶内气体突然膨胀对外做功，内能减少，此时气体来不及通过热传递来改变气体的内能。温度降低，酒精蒸汽液化变成小液滴附着在内壁上，所以看起来呈现白雾状；此时由于气体与外界有温度差，当手握住瓶子时从手上吸热，所以手感觉可乐瓶壁比较凉。很好地验证了热力学第一定律，更有利于规律的掌握。

6 电阻大小的影响因素演示仪

探究“电阻大小的影响因素”的实验是物理学中一个重要实验。由于实验器材有限，学生分组实验不能做，只能演示实验探究。实验室中的演示器材用的是镍镉合金丝、锰铜丝等，导线较细不易观察，而且导线还要接入电路中，线路比较乱，学生看起来也很乱。为此笔者制作一个教具——“电阻大小影响因素演示仪”，如图1所示。

【试验方法】触点a-n中的任一个与电键A-B（实质上是一个单刀多掷开关）连接，电路就构成一个通路，同时小灯泡发光。因为接入的电阻丝不同，对应的电阻值不同，所以小灯泡的亮度不同。可以根据小灯泡的亮度来比较所接入的电阻的电阻值的大小。

如探究电阻与导体的横截面积的关系，实验操作是将电键A-B分别与a、b、c三个触点连接，会看到依次接入a、b、c时的小灯泡的亮度依次由亮变暗。这说明导体的电阻随横截面积的减小而增大（因为其他因素是相同）。它的好处是操作简便，现象明显直观，同时因触点是可插拔的，又可满足自主探究的要求，且不受其他因素干扰。如要进行定量的实验，只需把电流表、电压表在触点处接入即可。

同样方法电键连接c-f即可进行导体电阻与导体材料的关系的实验；电键连接g-n并依次变化即可探究电阻大小与电阻丝长度的关系。从而可知影响导体电阻值大小的本身因素有导体的材料、长度和横截面的大小。

以上实验均由灯泡的亮度变化即可得出电阻值决定因素。实验操作简便，现象明显直观，不易被其他因素干扰。且各因素影响现象明显。它很好地避免了在课堂教学中用几根确定长度、横截面积和材料的金属丝和悬挂式的电教板作为器材连接电路时，既费时线路又乱的缺点。

此装置还可以进行一些其他实验及演示。当电键连接g-n并依次变化时，电阻丝连入的长度逐渐变长，此时小灯泡的亮度逐渐变暗，这一过程可以作为滑动变阻器的原理分析的演示。

各种情况下，触点可插拔操作，方便简单，小灯泡的亮度变化明显，现象直观，不易被其他因素干扰，是教师演示实验的良好实验用具。由于电阻丝的接入可插拔，所以也可用于学生的探究实验。

这些随堂的自制演示实验做起来简单，对抽象概念的理解直观，规律的推导应用方便，不仅可以充分发挥教师的主导作用，而且也发挥了学生的主体作用，大大提高了学生的学习兴趣，收获颇大。

（作者单位：河北省迁安市赵店子高中）