初中物理实验改进常用技法初探

广东外语外贸大学附设番禺外国语学校(511400) 刘万庆

现有物理实验器材、实验方法不能完全满足物理实验教学的要求，为增强实验教学效果，减小实验误差，培养学生探究、观察、思维、创新等能力。笔者对初中物理实验的改进做了一些探索，总结出了一些常用的方法，自制了部分实验仪器，对增强物理实验效果，提升物理教学质量起到了一定的促进作用。

物理学是一门以实验为基础的学科，物理概念的建立，物理规律的总结等都需要通过实验探究才能得出科学结论。《初中物理新课程标准》对培养初中学生的实验能力提出了如下要求：能明确实验目的，理解实验原理和方法，会控制实验条件，会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，得出结论，并对结论进行分析和评价；能发现问题、提出问题，并制定解决方案；能运用已学过的物理概念、规律、实验方法处理问题，包括设计实验及对设计的实验进行评估。《初中物理新课程标准》对学生实验探究能力的要求较高，但教材上的部分实验，实验方法陈旧，实验效果不佳，有的变量难以控制，实验误差较大。为了增强物理实验探究效果，提高物理教学质量，笔者对初中物理实验的改进做了一些探索与实践，总结了以下一些常用的基本技法。

1 效果增强法

1.1 改进目的

增强演示实验效果，方便学生观察现象，总结规律。

1.2 基本原理

运用转换法的基本思想，利用“转换元件”把演示实验的效果通过“显示装置”进行放大，方便学生观察。

1.3 应用示例——自制电动式滑轮组机械效率演示器

1.3.1 设计思想

实验室没有现成的演示实验器材，每次演示实验都要用铁架台、滑轮等进行组装，而且不能直观看到钩码上升高度与绳子移动距离的关系，实验操作繁琐，效果不佳。为改变这种现状，弥补演示实验器材的不足，笔者自制了一种电动式滑轮组机械效率演示器。

1.3.2 工作原理

(1)在背景板上画上多条水平直线，并在测力计、动滑轮上做观察标记，方便学生观察物体上升高度与绳子移动距离的关系。

(2)演示板与升降座连接，方便调节演示板的高度。

(3)用低速(正、反转可调)直流电动机带动绳子提升物体，确保物体匀速提升(下降)。

(4)改变钩码个数(动滑轮种类)，可以多次试验，探究影响滑轮组机械效率的因素。

运用自制的电动式滑轮组机械效率演示器实验时，能方便教师操作，容易做到匀速提升物体，直观显示物体上升高度与绳子自由端移动距离的关系。

1.3.3 原理图及实物图

电动式滑轮组机械效率演示器原理图见图1，实物图见图2。

2 位置改变法

2.1 改进目的

将通常情况下在水平台面上做的实验改变到竖直平面上来做，让更多的学生能够观看到实验现象。

2.2 基本原理

将实验器材上事先安装上小磁片(制成带磁性底座的器材)，实验时将实验器材吸附在磁性演示板(或金属黑板)上，把原来在水平台面上做的实验改在竖直的演示板(或金属黑板)上做，避免了前排学生对后排学生的遮挡，便于全班学生观察实验现象。

2.3 应用示例——自制新型电动磁压式摩擦力演示器

2.3.1 设计思想

现有初中物理摩擦力探究演示实验器材都是在水平台面上进行操作，采用增加物体重力的方法增大压力，从而得出当粗糙程度一定时，压力越大，摩擦力越大的结论；采用压力一定时，改变接触面粗糙程度，得出压力一定时，接触面越粗糙，摩擦力越大的结论。

原演示实验装置存在以下三方面的不足：①因原演示实验装置是在水平台面进行实验，学生的观察范围有限，坐在教室靠后的学生无法观看；②通过改变物体重力来改变压力，容易使学生认为“粗糙程度一定时，物体越重摩擦力越大”的不当结论；③用弹簧测力计拉着物体运动时无法保证物体做匀速直线运动，实验误差较大。

为弥补原来摩擦力演示实验的不足，笔者设计制作出了一款“新型电动磁压式摩擦力演示器”。

2.3.2 工作原理

(1)通过磁铁产生压力，可以消除重力、压力混淆造成的不良影响，且通过增加磁片个数来增大压力，放入的磁片越多，压力越大，操作简便。

(2)将原来放在水平台面做的演示实验，变为在竖直方向进行演示实验，避免了前排学生对后面学生的遮挡，方便全体学生观察，使前后排学生都能够清楚地观察实验现象。

(3)通过将小滑块翻转改变接触面的粗糙程度，确保控制单一变量进行演示实验。

(4)采用低速直流电动机带动磁性长滑带运动，减小了用弹簧测力计拉物体运动时难以保持物体做匀速直线运动产生的误差，弹簧测力计示数稳定，操控方便，容易控制变量进行多次实验，从而得到科学结论。

2.3.3 原理图及实物

新型电动磁压式摩擦力演示器原理图见图3，实物图见图4。

3 实物投影法

3.1 改进目的

将实验器材放在实物投影仪上，把整个实验装置进行放大，让全体学生能在屏幕上较清楚的观察实验现象。

3.2 基本原理

对某些示数变化在远距离难看清的测量仪器(温度计)，通过光学放大后投射到屏幕上，让学生能清楚地看到测量仪器的示数变化，通过观察实验现象，总结出科学结论。

3.3 应用示例——自制投影式比热容演示器

3.3.1 设计思想

为探究不同物质吸热能力的大小，节约探究实验时间，方便全体学生观察实验数据，将教材上工作电压为220 V电加热器改为24 V低压加热棒，演示实验整体改装成实物投影式演示实验，实验操作在实物投影仪上进行。

3.3.2 工作原理

在两试管中分别装入适量初温相同、质量相同的水和煤油，同时对加热棒通电一段时间，观察两试管中温度计的示数变化，引导学生推导，若让两种液体升高相同的温度，哪种液体吸收的热量更多，让学生理解质量相同的不同物质，升高相同温度时吸收的热量是不同的，进而理解比热容的物理意义。

3.3.3 原理图及实物图

投影式比热容演示器原理图见图5，实物图见图6。

4 器材补充法

4.1 改进目的

搜集一些可用于物理实验的精密仪器，将其应用于物理实验探究，增强实验灵敏度，减小实验误差，帮助学生理解、掌握物理知识。

4.2 基本原理

购置某些传感器、测试仪等与实验室现有实验器材配合使用，完成教材上的演示实验，增强实验效果，方便学生总结出科学结论。

4.3 应用示例——新型通电螺线管磁性强弱演示器

4.3.1 设计思想

现行教材对通电螺线管磁性强弱的因素探究，是通过让学生观察通电螺线管吸引大头钉的数目多少来判断其磁性强弱的，演示实验时，若不加铁芯时，通电螺线管磁性弱，不能吸引大头钉，不能反映出通电螺线管磁性的强弱，实验效果不理想，为弥补现行探究实验的不足，能较准确地把通电螺线管的磁性强弱显现出来，笔者用 “特斯拉计”作为磁性强弱的显示器，用“霍尔探头”作为螺线管磁性强弱的传感器，与螺线管、电源、带开关的电位器等组成实验电路，制成了一种新型通电螺线管磁性强弱演示器。

4.3.2 工作原理

在通电螺线管一端附近安装一个“霍尔探头”，用“特斯拉计”作为磁场强弱显示仪表，当改变通电螺线管线圈中的电流、通电螺线管线圈的匝数或加入(去掉)铁芯引起螺线管的磁性强弱变化时，“霍尔探头”能较准确的感知通电螺线管附近磁场强弱的变化，然后通过“特斯拉计”示数变化直观地反映磁场强弱的变化，让学生能通过实验探究，了解影响通电螺线管磁性强弱(磁极)的各种因素。

4.3.3 原理图及实物图

新型通电螺线管磁性强弱演示器原理图见图7，实物图见图8。

5 小结

以上是笔者近几年在初中物理实验改进上所做的一些探索与尝试，随着人工智能、软件编程等知识的普及，物理实验的改进与创新还大有可为，希望有更多的教师参与实验改进工作中来，共同为提高初中物理教学质量助力。