“充水玻璃管中气泡的运动规律”实验的改进

李正华

“充水玻璃管中气泡的运动规律”是苏科版物理教材八年级上册《直线运动》中的一个学生实验.此实验是这节课的重中之重，可以这么说，这个实验的成败直接决定这节物理课的成败.那么如何对这个实验进行适当的改进，使其效果更明显、直观性更强、得到的数据更精确，本文结合教学实际谈谈笔者的实验设计.

1关于实验器材的改进

教材选用了一个两端开口的，内径约1 cm，长约60～100 cm的玻璃管.在玻璃管中注满水，管内留一个小气泡.用塞子将两端管口塞住，然后将玻璃管翻转后竖直（或倾斜）放置，观察管内小气泡的运动情况.学生可以清楚地看到气泡运动的轨迹是一条直线，气泡运动的速度是怎样变化的.这里采用的方法是：测出小气泡通过相等的路程（比如10 cm）所用的时间，然后利用公式v=s/t算出气泡通过各段路程的速度，由此总结出气泡的速度变化规律.实验证明，由于水的粘滞度较小，所以管中气泡的运动速度很快，再加上所用的玻璃管不是很长的话，会导致气泡从玻璃管底端运动到顶端的时间较短，气泡的运动情况很难观察，这样不利于学生感知匀速直线运动；另外，学生也来不及记录数据；最后由于实验误差太大而导致实验失败.鉴于以上问题，笔者对实验做了以下改进.

1.1玻璃管的选择

在实际教学中，选择一端开口的玻璃管，其内径约1 cm、长为80 cm.为了便于对路程和时间进行读数，在玻璃管的下端（离管底稍远一点的地方）用红色橡皮筋做标记作为零刻度，向上每隔10 cm用红色橡皮筋各做一个标记，共有5个标记，这5个标记依次命名为：0位置、1位置、2位置、3位置、4位置.

1.2管内液体的选择

往水中注入适量的洗衣液，让水和洗衣液充分混合，以增加水的粘滞度，使玻璃管中气泡的运动速度变慢，这样学生就很容易观察气泡的运动情况，有利于感知匀速直线运动.因为玻璃管的内径很小，所以将混合液注入玻璃管时要缓慢注入，防止混合液从管中溢出.注入完毕后将玻璃管外壁用干抹布擦拭干净，防止手滑摔碎玻璃管，造成安全事故.

2关于实验方案的改进

2.1合理分组、明确分工

学生分组实验最容易形成涣散局面.最常见的情况就是有的人干，有的人不干，有的人坐在那儿看.如果教师管理不善的话还会形成乱哄哄的局面.“管而不死、活而不乱”的课堂形成也就是既能调动学生的积极性、主动性，又让学生动脑动手，有条不紊地进行实验，最大限度地减少“旁观者”.合理分组、明确分工就至关重要了.根据笔者的经验以及与一些优秀的前辈老师的交流，对实验方案进行了改进：根据强弱组合、以强带弱的原则，全班学生分成若干小组，每组6人.这6人充当的角色依次为指挥员、1号计时员、2号计时员、3号计时员、4号计时员与记录员.指挥员的任务：将玻璃管翻转后竖直（或倾斜）放置，并报数“0、1、2、3、4”；1号计时员的任务：听到报“0”时按下秒表，听到报“1”时停止计时，读出示数；2号计时员的任务：听到报“0”时按下秒表，听到报“2”时停止计时，读出示数；3号计时员的任务：听到报“0”时按下秒表，听到报“3”时停止计时，读出示数；4号计时员的任务：听到报“0”时按下秒表，听到报“4”时停止计时，读出示数；记录员的任务：负责记录四个计时员测出的时间.这样明确分工、责任到人之后，实验中纪律不乱，每个学生得到机会均等的练习，全员参与，学生积极性高，因此收到了良好的教学效果.

2.2进行实验、收集数据

学生做实验的时候，教师要注意巡视，全面观察学生的操作情况，发现学生实验操作中存在的困难和错误要及时指出和纠正.要告诉学生将实验中观察到的现象，测得的数据及时记录下来，要教育学生记录的原始数据不能随意改动，以培养他们实事求是的科学态度.另外，做实验之前，教师要提醒学生需要注意的细节问题.利用教室的多媒体投影时要注意以下几点：

（1）为了减小测量误差，一律以气泡上端到达相应标记作为按表的时机.

（2）秒表测时间之前，让管中气泡运动几次，对其运动快慢情况有一定了解，以便有的放矢地测量运动时间.

（3）多测几组数据，选择一组最佳的填入表格中.

3关于实验数据的处理

如何处理这些实验数据，不少基础薄弱的学生犯了难，无从下手.本着启发式教学的宗旨，对于这一环节，笔者是这样改进的：先播放这个实验的演示动画（气泡从玻璃管底部开始运动，当气泡运动到0位置时计时开始，运动到1位置时，所用时间为T1；运动到2位置时，所用时间为T2；运动到3位置时，所用时间为T3；运动到4位置时，所用时间为T4），这样可以重现一下整个实验的过程，然后向学生提问.

师：为了研究问题的方便，我们把气泡运动的路程等分成4个区间，气泡通过各区间的时间分别为多少？

生1：气泡通过0～10 cm区间所用时间为T1.

生2：气泡通过10～20 cm区间所用时间为T2-T1.

生3：气泡通过20～30 cm区间所用时间为T3-T2.

生4：气泡通过30～40 cm区间所用时间为T4-T3.

师：如何计算气泡通过各区间的速度？

生5：用各区间的路程除以气泡通过各区间的时间，这样就可以求得气泡通过各区间的速度.

实验数据处理完毕之后，教师要引导学生以路程s为纵坐标、时间t为横坐标，在图中画出气泡运动的s-t图像.首先，根据表1中的数据，在平面直角坐标系中描出五个相应的点，再用一条光滑的线将这五个点连起来，这样就形成了气泡运动的路程-时间图像.从图像中我们可以看出，这近似是一条过原点的直线.由此学生可以归纳出气泡的运动规律：气泡向上运动一段路程后，通过的路程和所用的时间近似成正比，气泡运动的速度可以看成是固定不变的，从而引入匀速直线运动的概念.

实验的任何改进，都是进步.在新课程理念的指导下，教师要利用现代化的实验教学设备， 转变传统的教学理念和教学方法，还要想方设法改进与创新物理实验教学，提高实验教学的质量.在实验教学中，教师要努力激发学生的学习兴趣，提高教学效率，全面提升学生的科学素养.诚然，随着新课改的不断深入，初中物理实验教学必将会遇到越来越多的问题.教师要不断地学习，不断地研究，努力提高自身的专业素养，克服教学实践中的盲目性和片面性，多花些精力在培养学生上面，定能在教学工作中取得丰硕的成果.