老发明新探究

周勇杰 吴利文

摘要：初三复习课沉闷、枯燥，学生存在着兴趣不足、倦怠的情况。在复习课上我们应该留给学生更多的独立思考的空间，让学生学会自己独立探索和认知，更多地去自己寻求问题的答案。对于物理复习课，可以挑选几个物理发展史上的古老发明并进行加工，设计成一堂中考复习课，以增强知识性、内容教学的趣味性，在活跃的课堂氛围中，既有所学，又有所获，掌握了科学的思维方式，又培养了自己独立思考问题的能力。

关键词：老发明；新探究；伽利略空气温度计；伽利略液体温度计；饮水鸟

一、 科学中考复习课中的困惑

反思过去的中考复习，或多或少存在着复习效率低下的现象，教师将所教内容按照先后顺序压缩后重新向学生灌输一遍，然后是题海训练；各个科目都在进行总复习，课内课外的训练量都很大，都在挤时间，复习中留给学生自主思考、归纳、总结的时间太少等等。由于复习内容多、知识广、时间紧，如何在有限的时间内，提高复习效率，让学生轻松、自信地面对中考，取得理想的成绩，是亟待我们解决的问题。

二、 科学中考高效复习的新尝试

“2016宁波市初中科学考纲解读会议”在我校举行，借此东风，我尝试了一堂题目为《老发明，新探究》的科学中考复习课。

引入新课：我将爱迪生在1897年10月发明的碳丝灯泡的仿制品带到了课堂，并对它进行了一系列的探究：

1. 当磁体的磁极靠近正常工作的碳丝灯泡时，灯丝会发生怎样的变化？

2. 如何使灯丝向反方向运动？

中考链接——2015宁波中考卷第19题：

1879年10月，经过对1600多种材料进行几千次试验后，爱迪生制成了第一个可供实用的碳丝灯泡（灯丝由竹丝炭化后制成）。

（1）如图甲所示，当磁体的磁极靠近正常工作的碳丝灯泡时，灯丝上端被磁体吸引，这是因为通电后的灯丝在磁场里受到了的作用。（安培力）

（2）要从图甲现象变为图乙中灯丝上端被排斥的现象，可以改变方向。（磁极或电流）

（3）碳丝通电后产生高温，在空气中立即烧断，这是因为（用化学反应方程式表示），所以碳丝灯泡必须抽成真空。

其实在科学的发展史上有许多类似碳丝灯泡一样的有趣的古老发明，而这些发明中蕴藏着许多有趣的科学知识，课堂上我带了几组老发明，分别是伽利略空气温度计、伽利略液体温度计、饮水鸟。并针对这三个老发明设计了相应的问题，让学生一一探究。

1. 伽利略空气温度计

伽利略在1603年制作了空气温度计，其结构如图所示：一个有细长颈的球形瓶倒插在盛满红色水的壶中，通过细管中的液面高度变化来显示气温变化。

（1）当环境温度升高时，伽利略空气温度计管中的液面将，因为。

（2）在使用时，伽利略发现：即便在温度相同的不同天气里，管中的水位也会发生变化，为什么？

（3）如果将玻璃球轻轻向上提但玻璃管下端不露出水面，管内液柱（填“变长”“变短”“不变”）；球内气体体积（填“变大”“变小”“不变”）。

解析：（1）温度升高时，伽利略空气温度计管中的液面将下降，设球内气压为p1、管内液体压强为p2、大气压为p0，则p1+p2=p0。当环境温度升高时，球内空气受热膨胀，压强增大，而大气压不变，所以管内液体压强减小，液面下降。

（2）因为该温度计还受大气压大小的影响。（3）本题属于“动态平衡遭破坏后再平衡的问题”，我们可以运用假设法进行分析：根据第1小题的分析：p1+p2=p0。将玻璃球轻轻向上提但玻璃管下端不露出水面：

a. 假设管内液柱不变，p2不变，由于玻璃球被轻轻上提，球内空气体积变大，p1变小，p1+p2

b. 假设管内液柱变小，p2变小，由于玻璃球被轻轻上提，球内空气体积变大，p1变小，p1+p2

所以，管内液柱变长，p2变大。因为p0不变，所以p1将变小，球内空气体积变大。

中考链接——宁波市2016年科学提前招生第9题

伽利略是伟大的科学家，他的一生中有许多发明和发现。

（1）伽利略在1603年制作了空气温度计，其结构如图所示：一个有细长颈的球形瓶倒插在盛满红色水的壶中，通过细管中的液面高度变化来显示气温变化。如果将玻璃球轻轻向上提但玻璃管下端不露出水面，则下列说法正确的是（填序号）。

A. 玻璃细管内外的高度差不变，玻璃球内封闭气体体积变大

B. 玻璃细管内外的高度差变大，玻璃球内封闭气体体积变大

C. 壶底受到水的压力变大

D. 壶底受到水的压力变小

解析：A和B选项的解析如上所示，因为玻璃管内液柱变长，所以壶内液面下降，壶底受到水的压力变小。所以答案为BD。

2. 伽利略液体温度计

伽利略液体溫度计在温度越低的时候，浮起的小球越多，温度越高的时候，下沉的小球越多。根据以上信息，思考下列问题：

（1）为什么在外界温度上升的时候，玻璃小球的状态是下沉？

（2）颜色不同的玻璃球虽然体积一样，但是其重力不一样。根据分析，最上方玻璃球和最下面玻璃球对比，哪个的重力比较大？

解析：（1）当环境温度升高的时候，透明液体在这种环境下会膨胀，液体的密度会减小，其浮力也会减小，若是重力比浮力大，那么其则会下沉。

（2）每一个彩色玻璃球的体积都是一样的，其在透明液体中时，受到的浮力是一样的，在外界温度升高的时候，小球重力越大其则会最早下沉，所以，重力最大的玻璃球是最下面的。

中考链接——2015年温州卷第32题

如图是一种简易温度计，当外界温度升高时，液体体积膨胀，引起液体密度变化，导致小球受到的浮力变化而运动，小球运动会引起悬挂于下端的链条长度发生变化，最终使小球重新悬浮液体的某一深度，指针指示溫度值。（小球体积变化可忽略）

（1）该温度计的刻度值自下而上变。

（2）为使该温度计更精确，请提出一条改进建议。

解析：（1）在外界温度升高的时候，液体体积会膨胀，这会导致液体的密度比较小，小球受到的浮力也会比较小，那么其链条拉力也会变小，小球也会下降，最后小球进入到液体中去的深度也会更大，这个时候，温度计刻度值也会变大，也就是从下而上指针所显示的温度值是变小的。（2）这种温度计测量的时候，其原理是根据外界温度对液体密度所产生的影响，从而导致小球的深度各不相同，然后对外界温度进行判断；所以，为了让小球悬浮液体深度变化更加的明显，可以将热胀冷缩更加明显的液体运用进去，或者在金属链条选择的时候，选择更细的。

3. “不倦”的饮水鸟

这是我国比较古老的一种玩具。其神奇在于：看上去并不存在外来动力，却能够不停地点头和喝水，其非常像永动机，即便是爱因斯坦看到的时候，也感到非常的惊讶。

在常温的情况下，乙醚液体是非常容易挥发的，所以，液体上面的乙醚蒸气非常多，在温度比较低的时候，乙醚蒸气是很容易液化的。鸟头的附近有一层布非常容易吸水，在水蒸发的时候，吸收热量会导致温度降低。平时鸟的身体前倾，在需要启动的时候，需要给鸟头滴一些水。

“低头”分析：

（1）随着时间的推移，上球的乙醚液体逐渐（填“增多”“减少”“不变”，下同），下球的乙醚液体，导致饮水鸟的重心向头部偏移，随之出现了“饮水”现象。为什么乙醚液体会从下球推向上球？

解析：由于上球表面吸水布水分蒸发吸热，导致上球内乙醚蒸气遇冷液化，所以上球气压减小，乙醚液体逐渐增多，下球内气压将液柱压向上球，重心上移饮水鸟出现“饮水”现象。

“抬头”分析：

（2）当鸟嘴接触液面时，上下球内乙醚蒸气刚好通过玻璃管连通，上下球的气压，上球内的乙醚液体由于受到的作用倒流回下球。饮水鸟的重心再次下移，于是渐渐直立起来，回到初始状态。

解析：在鸟的嘴接触到液体表面的时候，上下球中的乙醚蒸气通过玻璃管会连接在一起，这也导致了上下球中的气压是一样的，由于受到重力的影响，上球中乙醚液体会倒流到下球中。饮水鸟的重心也会再次的下移，其也会慢慢地直立起来，然后回到之前状态。

（3）思考：饮水鸟饮水频率会受到水蒸发速度的影响，若是水蒸发的速度越快，那么其饮水速度也会越快，想要让其更加勤快，那么应该选择什么策略？

解析：可以加快饮水鸟周围空气的流动速度，也可以将饮水鸟放在室温较高的环境中，将饮水鸟放在湿度较小的环境中，将水换成酒精等等。

（4）它真的是永动机吗？

解析：它是实际上是利用空气内能，并非永动机。

三、 《老发明，新探究》新尝试的意义

在课堂中还可以穿插一些物理学史的内容，比如课堂中，介绍伽利略空气温度计和伽利略液体温度计时就可以介绍温度计是怎样一步步完善到我们生活中使用的温度计的。新课改以来，各种版本的新教材都不同程度地把物理学史编入到教材中。在进行教学的时候，有意识的选择一些物理学史的讲授，能够帮助学生提高其科学素养，帮助学生了解科学的思想以及方法，努力提升自我修养和独立自主的学习能力，树立科学的逻辑思维，探索更多有趣、有意义的问题。

参考文献：

[1]浅谈物理学史在中学物理教学的作用.

[2]提高科学中考复习有效性的几点做法[J].中学物理，2015（12）.

[3]挖掘物理发展史培养学生探究过程中的创新思维[J].中学物理，2009（10）：25-27.

作者简介：周勇杰，浙江省宁波市，宁波市江北区新城外国语学校；

吴利文，浙江省宁波市，宁波市孔浦中学。