从“液体的表面张力实验”谈物理中演示实验

刘源

摘 要： 探究水的表面张力在高中物理教材中有所涉及，本文就水的表面张力的一些实验论述物理演示实验在物理教学中的作用，谈谈对更新演示实验的几点思考。

关键词： 表面张力 演示实验 物理教学

物理是一门以观察、实验为基础的科学，实验在物理教学中具有十分重要的作用[1]。尤其课堂中的演示实验更是课堂教学的重要组成部分，演示实验在实验中占的比重是非常大的。演示实验教学是教师利用课堂时间为学生演示，在操作的同时引导学生对实验进行观察、思考和分析的一种物理教学方式。好的演示实验不但能激发学生的学习兴趣，而且有利于帮助学生克服思维定势，开拓学生思维，激励学生敢于标新立异，提出富有新意的实验方案，以此激发学生的创新意识，演示实验是培养学生观察能力、思维能力和探索精神的有效办法。

液体的表面张力，是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。通常，由于环境不同，处于界面的分子与处于液体内部的分子所受力是不同的。在液体内部的分子受到周围液体分子的作用力的合力为零，但在液体表面的分子却不如此。因上层空间气体分子对它的吸引力弱于内部液体分子对它的吸引力，该分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。如图1所示是一张在特殊条件下拍摄得到的显示液体表面张力的图片。

1.演示实验在物理教学中的作用

在物理教学中运用演示实验，能起到创造环境、激发兴趣、加深理解、加强记忆、培养能力和良好科学态度、科学作风等作用，有助于提高教学质量。

1.1创造良好的物理环境，激发学生学习兴趣。

“兴趣是最好的老师”，在物理教学中，学生一旦对物理产生了兴趣，就会积极主动地学习，就能达到事半功倍的教学效果。许多科学家取得伟大成就的原因之一，就是对物理有浓厚兴趣和强烈的求知欲望。

在做液体表面张力的实验前，教师可以先向学生提问：“我们的硬币能不能浮在水上？”根据学生的前概念，硬币的密度比水的要大，肯定不会浮在水上，然后老师可以打一盆水，拿出一枚一角硬币，提醒学生仔细观察，慢慢将硬币放在水面上，如图2所示：

实验结果是硬币能浮在水面上，出乎学生意料，实验现象与学生头脑中原有认知发生冲突，学生会产生进一步探索的欲望，会积极主动地学习新知识。

1.2培养学生观察、分析和实践能力。

在物理教学过程中培养学生观察能力是一项重要任务，观察是获得感性认识的途径，是进行思维加工的素材，善于观察才能善于发现、善于探索，具有敏锐、准确、全面、深刻的观察能力是学生日后从事教学改革和科学研究不可缺少的素养[2]。以下面的实验为例进行说明：

（1）在空的杯子下方用铁钉钻3个小孔（孔与孔之间的距离大概在5毫米左右）；

（2）将杯内注满水，水是分为3股从3个孔中流出来的（图4）；

（3）用大拇指和食指将这些水流捻合在一起（图5）；

（4）手拿开后，3股水就会合成一股（图6）；

（5）如果我们用手再擦一下罐上的小孔，水就又会重新变成3股。

此实验用材简单，实验效果显著，学生易于观察，能一目了然地看出是水的张力使水流分合，能提高学生观察、分析的能力。

1.3加深对物理知识的理解。

教师在课堂教学中运用演示实验，能使学生建立生动直观的物理图像，从而形成深刻的感性认识，有利于加深学生对物理现象、物理概念、物理规律的理解。以一个锅巴肥皂实验和手推牙签实验为例说明。

（1）把牙签小心地放在水面上（图7）；

（2）把锅巴放入水盆中离牙签较远的地方（图8），牙签会向锅巴方向移动（图9）；

（3）换一盆水，把牙签小心地放在水面上，现在把肥皂放入水盆中离牙签较近的地方。牙签会远离肥皂（图10、图11、图12）。

当锅巴被放入水盆的中心时，锅巴会吸收一些水分，所以会有很小的水流往锅巴方向流，而牙签也跟着水流移动。但是，当我们把肥皂投入水盆中时，水盆边的表面张力比较强，所以会把牙签向外拉。学生在动手过程中对已经学过的物理理论知识慢慢领悟，逐渐巩固学过的知识。

用自己的手指不接触牙签，慢慢靠近牙签，牙签也会随着手的移动而移动，如下图13、图14、图15：

这是由于水的表面张力所致的，手推动水，由于水的张力推着牙签向前运动。这些实验学生平时在生活中可能有所接触，但是没有太过留心，如果在课堂上教师展现出来，就能使学生倍感亲切，对于教师论述的理论知识会非常感兴趣，能够更好地加深对所学物理知识的理解。

2.关于改进演示实验的几点思考

2.1改变演示实验原有的形式。

有些教师认为演示实验就是看别人做实验，其实这种观点是非常不全面的，学生在观看实验的过程中有可能不会投入过多思考，这样就达不到预期的效果。演示实验形式不仅是“教师演，学生看”，还可以是“教师导，学生演”。在教学中可以大胆放手让学生在讲台上做演示实验，这样对学生的发展是大有裨益的，如硬币放在水面的实验，大可以让学生上讲台演示，加深学生的感性认识。

2.2运用多媒体手段，强化实验效果。

一般的演示实验，可以在教室内或者实验室内在很短时间有效完成，但是有些实验在实验室内很难在较短时间内完成，如共振使玻璃杯震碎的实验，这个实验要经过多次调试，需要很长时间。我们可以通过多媒体放映已经调试好的实验的拍摄视频，让学生明白声音的频率与杯子的固有频率达到一致时能发生共振现象。利用多媒体等手段增强效果。在做演示实验时，有些实验现象学生看不清，在不同程度上阻碍学生发展。教师要想方设法增大演示实验的可见度。投影放大、自制可见度大的仪器进行演示等都是常用的方法。

2.3加强学生配合，培养学生创新能力。

演示实验时要注意不仅现象清楚，而且面向全体学生。充分调动每一个学生学习的积极性，使实验结论合情合理地被推导出来，让学生真正成为课堂的主体。教师要想方设法增大演示实验的可见度。在实验操作上让学生积极参与，如让学生上前读数或动一动手，让学生充分了解实验内容。演示实验在教师指导下让学生参与，加深理解和掌握物理概念和规律[2]。

参考文献：

[1]罗琴.浅谈初中物理演示实验[J].才智，2012（18）：98-99.

[2]王晨阳，杨广武，张存华.演示实验在物理教学中的地位与作用[J].蒲峪学刊，1999（1）：80-81.

[3]刘春红.演示实验在课堂教学中的作用[J].读与写（教育教学刊），2011（12）：128.