老發(fā)明新探究

1、    老發(fā)明新探究    周勇杰 吳利文摘要：初三復(fù)習(xí)課沉悶、枯燥，學(xué)生存在著興趣不足、倦怠的情況。在復(fù)習(xí)課上我們應(yīng)該留給學(xué)生更多的獨(dú)立思考的空間，讓學(xué)生學(xué)會(huì)自己獨(dú)立探索和認(rèn)知，更多地去自己尋求問題的答案。對(duì)于物理復(fù)習(xí)課，可以挑選幾個(gè)物理發(fā)展史上的古老發(fā)明并進(jìn)行加工，設(shè)計(jì)成一堂中考復(fù)習(xí)課，以增強(qiáng)知識(shí)性、內(nèi)容教學(xué)的趣味性，在活躍的課堂氛圍中，既有所學(xué)，又有所獲，掌握了科學(xué)的思維方式，又培養(yǎng)了自己獨(dú)立思考問題的能力。關(guān)鍵詞：老發(fā)明；新探究；伽利略空氣溫度計(jì)；伽利略液體溫度計(jì)；飲水鳥一、 科學(xué)中考復(fù)習(xí)課中的困惑反思過去的中考復(fù)習(xí)，或多或少存在著復(fù)習(xí)效率低下的

2、現(xiàn)象，教師將所教內(nèi)容按照先后順序壓縮后重新向?qū)W生灌輸一遍，然后是題海訓(xùn)練；各個(gè)科目都在進(jìn)行總復(fù)習(xí)，課內(nèi)課外的訓(xùn)練量都很大，都在擠時(shí)間，復(fù)習(xí)中留給學(xué)生自主思考、歸納、總結(jié)的時(shí)間太少等等。由于復(fù)習(xí)內(nèi)容多、知識(shí)廣、時(shí)間緊，如何在有限的時(shí)間內(nèi)，提高復(fù)習(xí)效率，讓學(xué)生輕松、自信地面對(duì)中考，取得理想的成績(jī)，是亟待我們解決的問題。二、 科學(xué)中考高效復(fù)習(xí)的新嘗試“2016寧波市初中科學(xué)考綱解讀會(huì)議”在我校舉行，借此東風(fēng)，我嘗試了一堂題目為老發(fā)明，新探究的科學(xué)中考復(fù)習(xí)課。引入新課：我將愛迪生在1897年10月發(fā)明的碳絲燈泡的仿制品帶到了課堂，并對(duì)它進(jìn)行了一系列的探究：1. 當(dāng)磁體的磁極靠近正常工作的碳絲燈泡時(shí)，燈

3、絲會(huì)發(fā)生怎樣的變化？2. 如何使燈絲向反方向運(yùn)動(dòng)？中考鏈接2015寧波中考卷第19題：1879年10月，經(jīng)過對(duì)1600多種材料進(jìn)行幾千次試驗(yàn)后，愛迪生制成了第一個(gè)可供實(shí)用的碳絲燈泡（燈絲由竹絲炭化后制成）。（1）如圖甲所示，當(dāng)磁體的磁極靠近正常工作的碳絲燈泡時(shí)，燈絲上端被磁體吸引，這是因?yàn)橥姾蟮臒艚z在磁場(chǎng)里受到了的作用。（安培力）（2）要從圖甲現(xiàn)象變?yōu)閳D乙中燈絲上端被排斥的現(xiàn)象，可以改變方向。（磁極或電流）（3）碳絲通電后產(chǎn)生高溫，在空氣中立即燒斷，這是因?yàn)椋ㄓ没瘜W(xué)反應(yīng)方程式表示），所以碳絲燈泡必須抽成真空。其實(shí)在科學(xué)的發(fā)展史上有許多類似碳絲燈泡一樣的有趣的古老發(fā)明，而這些發(fā)明中蘊(yùn)藏著許多有

4、趣的科學(xué)知識(shí)，課堂上我?guī)Я藥捉M老發(fā)明，分別是伽利略空氣溫度計(jì)、伽利略液體溫度計(jì)、飲水鳥。并針對(duì)這三個(gè)老發(fā)明設(shè)計(jì)了相應(yīng)的問題，讓學(xué)生一一探究。1. 伽利略空氣溫度計(jì)伽利略在1603年制作了空氣溫度計(jì)，其結(jié)構(gòu)如圖所示：一個(gè)有細(xì)長(zhǎng)頸的球形瓶倒插在盛滿紅色水的壺中，通過細(xì)管中的液面高度變化來顯示氣溫變化。（1）當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，伽利略空氣溫度計(jì)管中的液面將，因?yàn)?。?）在使用時(shí)，伽利略發(fā)現(xiàn)：即便在溫度相同的不同天氣里，管中的水位也會(huì)發(fā)生變化，為什么？（3）如果將玻璃球輕輕向上提但玻璃管下端不露出水面，管內(nèi)液柱（填“變長(zhǎng)”“變短”“不變”）；球內(nèi)氣體體積（填“變大”“變小”“不變”）。解析：（1）溫度升

5、高時(shí)，伽利略空氣溫度計(jì)管中的液面將下降，設(shè)球內(nèi)氣壓為p1、管內(nèi)液體壓強(qiáng)為p2、大氣壓為p0，則p1+p2=p0。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，球內(nèi)空氣受熱膨脹，壓強(qiáng)增大，而大氣壓不變，所以管內(nèi)液體壓強(qiáng)減小，液面下降。（2）因?yàn)樵摐囟扔?jì)還受大氣壓大小的影響。（3）本題屬于“動(dòng)態(tài)平衡遭破壞后再平衡的問題”，我們可以運(yùn)用假設(shè)法進(jìn)行分析：根據(jù)第1小題的分析：p1+p2=p0。將玻璃球輕輕向上提但玻璃管下端不露出水面：a. 假設(shè)管內(nèi)液柱不變，p2不變，由于玻璃球被輕輕上提，球內(nèi)空氣體積變大，p1變小，p1+p2< p>b. 假設(shè)管內(nèi)液柱變小，p2變小，由于玻璃球被輕輕上提，球內(nèi)空氣體積變大，p1變小，p

6、1+p2< p>所以，管內(nèi)液柱變長(zhǎng)，p2變大。因?yàn)閜0不變，所以p1將變小，球內(nèi)空氣體積變大。中考鏈接寧波市2016年科學(xué)提前招生第9題伽利略是偉大的科學(xué)家，他的一生中有許多發(fā)明和發(fā)現(xiàn)。（1）伽利略在1603年制作了空氣溫度計(jì)，其結(jié)構(gòu)如圖所示：一個(gè)有細(xì)長(zhǎng)頸的球形瓶倒插在盛滿紅色水的壺中，通過細(xì)管中的液面高度變化來顯示氣溫變化。如果將玻璃球輕輕向上提但玻璃管下端不露出水面，則下列說法正確的是（填序號(hào)）。a. 玻璃細(xì)管內(nèi)外的高度差不變，玻璃球內(nèi)封閉氣體體積變大b. 玻璃細(xì)管內(nèi)外的高度差變大，玻璃球內(nèi)封閉氣體體積變大c. 壺底受到水的壓力變大d. 壺底受到水的壓力變小解析：a和b選項(xiàng)的解

7、析如上所示，因?yàn)椴ＡЧ軆?nèi)液柱變長(zhǎng)，所以壺內(nèi)液面下降，壺底受到水的壓力變小。所以答案為bd。2. 伽利略液體溫度計(jì)伽利略液體溫度計(jì)在溫度越低的時(shí)候，浮起的小球越多，溫度越高的時(shí)候，下沉的小球越多。根據(jù)以上信息，思考下列問題：（1）為什么在外界溫度上升的時(shí)候，玻璃小球的狀態(tài)是下沉？（2）顏色不同的玻璃球雖然體積一樣，但是其重力不一樣。根據(jù)分析，最上方玻璃球和最下面玻璃球?qū)Ρ?，哪個(gè)的重力比較大？解析：（1）當(dāng)環(huán)境溫度升高的時(shí)候，透明液體在這種環(huán)境下會(huì)膨脹，液體的密度會(huì)減小，其浮力也會(huì)減小，若是重力比浮力大，那么其則會(huì)下沉。（2）每一個(gè)彩色玻璃球的體積都是一樣的，其在透明液體中時(shí)，受到的浮力是一樣的，

8、在外界溫度升高的時(shí)候，小球重力越大其則會(huì)最早下沉，所以，重力最大的玻璃球是最下面的。中考鏈接2015年溫州卷第32題如圖是一種簡(jiǎn)易溫度計(jì)，當(dāng)外界溫度升高時(shí)，液體體積膨脹，引起液體密度變化，導(dǎo)致小球受到的浮力變化而運(yùn)動(dòng)，小球運(yùn)動(dòng)會(huì)引起懸掛于下端的鏈條長(zhǎng)度發(fā)生變化，最終使小球重新懸浮液體的某一深度，指針指示溫度值。（小球體積變化可忽略）（1）該溫度計(jì)的刻度值自下而上變。（2）為使該溫度計(jì)更精確，請(qǐng)?zhí)岢鲆粭l改進(jìn)建議。解析：（1）在外界溫度升高的時(shí)候，液體體積會(huì)膨脹，這會(huì)導(dǎo)致液體的密度比較小，小球受到的浮力也會(huì)比較小，那么其鏈條拉力也會(huì)變小，小球也會(huì)下降，最后小球進(jìn)入到液體中去的深度也會(huì)更大，這個(gè)時(shí)候

9、，溫度計(jì)刻度值也會(huì)變大，也就是從下而上指針?biāo)@示的溫度值是變小的。（2）這種溫度計(jì)測(cè)量的時(shí)候，其原理是根據(jù)外界溫度對(duì)液體密度所產(chǎn)生的影響，從而導(dǎo)致小球的深度各不相同，然后對(duì)外界溫度進(jìn)行判斷；所以，為了讓小球懸浮液體深度變化更加的明顯，可以將熱脹冷縮更加明顯的液體運(yùn)用進(jìn)去，或者在金屬鏈條選擇的時(shí)候，選擇更細(xì)的。3. “不倦”的飲水鳥這是我國(guó)比較古老的一種玩具。其神奇在于：看上去并不存在外來動(dòng)力，卻能夠不停地點(diǎn)頭和喝水，其非常像永動(dòng)機(jī)，即便是愛因斯坦看到的時(shí)候，也感到非常的驚訝。在常溫的情況下，乙醚液體是非常容易揮發(fā)的，所以，液體上面的乙醚蒸氣非常多，在溫度比較低的時(shí)候，乙醚蒸氣是很容易液化的。鳥

10、頭的附近有一層布非常容易吸水，在水蒸發(fā)的時(shí)候，吸收熱量會(huì)導(dǎo)致溫度降低。平時(shí)鳥的身體前傾，在需要啟動(dòng)的時(shí)候，需要給鳥頭滴一些水。“低頭”分析：（1）隨著時(shí)間的推移，上球的乙醚液體逐漸（填“增多”“減少”“不變”，下同），下球的乙醚液體，導(dǎo)致飲水鳥的重心向頭部偏移，隨之出現(xiàn)了“飲水”現(xiàn)象。為什么乙醚液體會(huì)從下球推向上球？解析：由于上球表面吸水布水分蒸發(fā)吸熱，導(dǎo)致上球內(nèi)乙醚蒸氣遇冷液化，所以上球氣壓減小，乙醚液體逐漸增多，下球內(nèi)氣壓將液柱壓向上球，重心上移飲水鳥出現(xiàn)“飲水”現(xiàn)象。“抬頭”分析：（2）當(dāng)鳥嘴接觸液面時(shí)，上下球內(nèi)乙醚蒸氣剛好通過玻璃管連通，上下球的氣壓，上球內(nèi)的乙醚液體由于受到的作用倒流

11、回下球。飲水鳥的重心再次下移，于是漸漸直立起來，回到初始狀態(tài)。解析：在鳥的嘴接觸到液體表面的時(shí)候，上下球中的乙醚蒸氣通過玻璃管會(huì)連接在一起，這也導(dǎo)致了上下球中的氣壓是一樣的，由于受到重力的影響，上球中乙醚液體會(huì)倒流到下球中。飲水鳥的重心也會(huì)再次的下移，其也會(huì)慢慢地直立起來，然后回到之前狀態(tài)。（3）思考：飲水鳥飲水頻率會(huì)受到水蒸發(fā)速度的影響，若是水蒸發(fā)的速度越快，那么其飲水速度也會(huì)越快，想要讓其更加勤快，那么應(yīng)該選擇什么策略？解析：可以加快飲水鳥周圍空氣的流動(dòng)速度，也可以將飲水鳥放在室溫較高的環(huán)境中，將飲水鳥放在濕度較小的環(huán)境中，將水換成酒精等等。（4）它真的是永動(dòng)機(jī)嗎？解析：它是實(shí)際上是利用空氣內(nèi)能，并非永動(dòng)機(jī)。三、 老發(fā)明，新探究新嘗試的意義在課堂中還可以穿插一些物理學(xué)史的內(nèi)容，比如課堂中，介紹伽利略空氣溫度計(jì)和伽利略液體溫度計(jì)時(shí)就可以介紹溫度計(jì)是怎樣一步步完善到我們生活中使用的溫度計(jì)的。新課改以來，各種版本的新教材都不同程度地把物理學(xué)史編入到教材中。在進(jìn)行教學(xué)的時(shí)候，有意識(shí)的選擇一些物理學(xué)史的講授，能夠幫