物理課程與教學論14疑難實驗

物理疑難實驗及課程資源開發(fā)一、疑難物理實驗一：驗電器的改進1.驗電器是常用的儀器,用久了，往往不能正常工作，怎么辦？1.1其原因大多在于：（1）金屬桿和金屬外殼之間的材料已經(jīng)在靜電下變成了導體（材料老化或者材料表面不夠清潔）。（2）指針或金屬箔片因摩擦力太大不能轉(zhuǎn)動。1.2靜電的特點和靜電下物體的導電性：（1）帶靜電的物體具有“電壓高（高達幾千伏甚至上萬伏）”、“帶電量少”等特點。（2）在靜電高電壓下，空氣都可能被擊穿變成導體，紙片、干木棍，甚至玻璃、塑料、橡膠等，也很可能都變成了導體。（3）帶靜電的物體因為帶電量少，所以很容易把帶的電漏光。1.3什么樣的材料在靜電高壓下還能保持良好的絕緣性呢？（1）塑料薄膜：（變成了導體）（2）紙片：（變成了導體）（3）干燥的木棍：（變成了導體）（4）石蠟（蠟燭）：（還是很好的絕緣體）（5）泡沫塑料：（還是很好的絕緣體）

靜電高壓下的物體，它是否具有絕緣性能，必須通過檢驗才能確定。1.4解決的方案：（1）采用表面清潔的石蠟或泡沫塑料把靜電驗電器的金屬桿和靜電驗電器的接地金屬殼隔開，靜電驗電器通常即可恢復到良好的工作狀態(tài)；（2）設(shè)法減小摩擦力力矩（使接觸表面變得光滑或者減小接觸面積）。提示：要展示較小作用力的傳動效果，均可以考慮采用點接觸來實現(xiàn)。思考：有人把能正常工作的靜電驗電器放在石蠟或泡沫塑料上，發(fā)現(xiàn)還是不能正常工作，問題可能出在哪里？1.5我們制作的靈敏驗電器就是一個例子。它的創(chuàng)新之處：（1）采用了高壓下的絕緣體；（2）利用點接觸減少了摩擦力。它的優(yōu)點：幾乎可以在一切常見的條件下成功演示相關(guān)的靜電實驗，而且現(xiàn)象明顯、制作簡單、成本低廉、操作方便、經(jīng)久耐用。疑難物理實驗——案例二：水透鏡的制作2、如何向?qū)W生展示透鏡焦距連續(xù)變化所產(chǎn)生的光學效應？（如人眼的成像和動態(tài)調(diào)整過程）2.1、水透鏡（1）實現(xiàn)從凸透鏡到平面鏡、再到凹透鏡的連續(xù)變焦。（知識目標）（2）模擬眼中晶狀體的改變，形象地模擬眼睛成像的過程，也能很好地模擬近視眼和遠視眼矯正的驗光配鏡過程。（知識目標）（3）訓練學員手腦并用的能力、科學探究的能力，并激發(fā)學員主動參與學習的積極性。（過程與情感目標）2.2水透鏡的構(gòu)造和示意圖：制作水透鏡的主要材料：（1）直徑4㎝的塑料水管；（2）透明彈性膜；（3）長約30㎝的用橡膠管；（4）容積10毫升的注射器；（5）自行車氣門芯等。2.3水透鏡的優(yōu)點：取材便利，制作簡單，成本低廉，操作方便，既可以逼真地模擬眼中晶狀體的改變，形象地模擬眼睛成像的過程，也能很好地模擬近視眼和遠視眼矯正的驗光配鏡過程，還可以十分方便地實現(xiàn)從凸透鏡到平面鏡、再到凹透鏡的連續(xù)變焦。水透鏡.MPG

2.4

用水透鏡演示凸透鏡和凹透鏡的成像規(guī)律和光學性質(zhì)。二、自制教具

內(nèi)涵：它是利用學生生活中十分熟悉的物品，通過制作加工成為演示物理現(xiàn)象或者探究物理規(guī)律的教學器具，具有通常具有親切可信、結(jié)構(gòu)簡單、現(xiàn)象明顯、操作方便等特點。優(yōu)點：利用自制教具進行教學的優(yōu)點（對學生）（1）便于學生學習抽象的物理知識，讓學生感到學得容易、學得親切、學得有用。（2）容易激發(fā)學生學習物理的熱情和培養(yǎng)學生學習物理的興趣。1.潛水艇模型（1）潛水艇模型的構(gòu)造和示意圖：（2）制作潛水艇模型的材料和工具：（i）一次性使用的20ml注射器1個；（ii）600ml左右的礦泉水瓶1個（密閉效果好，且能放入一個20ml注射器）；（iii）水；（iv）銅絲。（3）潛水艇模型的優(yōu)點：取材便利、制作簡單、成本低廉、操作方便、現(xiàn)象明顯和經(jīng)久耐用等優(yōu)點，它可以逼真地模擬潛水艇的下沉、上浮和懸浮過程，可以讓學生體驗潛水艇的工作過程、揣摩潛水艇的制作原理。2.浮力方向演示器物體在液體中受到浮力的方向始終豎直向上。3.功夫魔盒：四兩可以撥千斤一個質(zhì)量較小的物體居然可以吊起質(zhì)量較大的物體。4.流動的空氣對周圍物體施加橫向吸引力模擬飛機機翼的升力結(jié)論：流速越快的地方，壓強越小，吸引力越大5.滑動摩擦和滾動摩擦一體化演示儀6.光的反射定律演示器平面鏡可旋轉(zhuǎn)的刻度盤7.彈性勢能與動能相互轉(zhuǎn)化演示器8.簡易脫水機9.圓錐自動爬坡實驗的改進10.發(fā)電機模型三.一物多用和挖掘?qū)嶒灊摿?.針筒在物理實驗中的應用醫(yī)用針筒有以下特點可應用于物理實驗:(i)作為有刻度的透明容器，易于觀察和測量。(ii)能打氣（壓水）和抽氣（抽水），可作氣泵和水泵使用，而且易于操作。(iii)

密閉性好，能隨意封閉一定質(zhì)量的氣體和水進行實驗。三.一物多用和挖掘?qū)嶒灊摿?.針筒在物理實驗中的應用1.1用于演示大氣壓的存在（1）蓋?。萌ィ┫鹌っ?，厚紙片被吸住（落下）。（2）向上抽動活塞，大氣壓使水隨活塞上升。（3）用另一針筒將圖中針筒內(nèi)的空氣抽出一定數(shù)量后，就可以握住針筒將下面的木塊提起。三.一物多用和挖掘?qū)嶒灊摿?.針筒在物理實驗中的應用（4）演示大氣壓的存在：用針筒抽氣，氣球逐漸增大。（5）粗測大氣壓強的大?。簩⑨樛蚕瘸樗髩撼鏊?，再用橡皮帽封住口。根據(jù)剛好能拉動活塞的夠媽的重力和針筒的橫截面積，粗測大氣壓強的大小。三.一物多用和挖掘?qū)嶒灊摿?.針筒在物理實驗中的應用（6）演示噴泉1（大氣壓的作用）：隨著針筒抽氣，彩色水像噴泉一樣噴入瓶中。（7）演示噴泉2（見圖中甲和乙）：在甲圖中用針筒抽氣，在乙圖中彩色水像噴泉一樣噴入瓶中。三.一物多用和挖掘?qū)嶒灊摿?.針筒在物理實驗中的應用（8）演示壓縮式噴霧器的工作原理：隨著活塞推動，即可看到有噴霧噴出。（9）演示壓縮空氣做功：隨著針筒B壓氣，針筒A的活塞可以將砝碼舉起。三.一物多用和挖掘?qū)嶒灊摿?.針筒在物理實驗中的應用（10）演示大氣壓強的應用：隨著活塞推動，即可看到磚塊被頂起。（11）演示帕斯卡定律：液體可以向各個方向大小不變地傳遞外加的壓強。三.一物多用和挖掘?qū)嶒灊摿?.針筒在物理實驗中的應用（12）演示液體對容器底部的壓強：裝滿水封好橡皮膜，倒立后橡皮膜由水平變?yōu)橥蛊?；還可以將帶橡皮膜的針筒插入水中，可以觀察橡皮膜的形變和橡皮膜在水中深度的關(guān)系，讓學生感受液體內(nèi)部的壓強。（13）演示液體內(nèi)部有壓強。三.一物多用和挖掘?qū)嶒灊摿?.針筒在物理實驗中的應用（14）演示連通器原理。（15）演示液壓機的工作原理。（16）演示液體內(nèi)部的壓強僅與自由液面的高度有關(guān)。

三.一物多用和挖掘?qū)嶒灊摿?.針筒在物理實驗中的應用（17）演示潛水艇的工作原理。（18）演示液體的擴散。用針筒吸入硫酸銅溶液，并通過針頭將硫酸銅溶液注入水的底部。三.一物多用和挖掘?qū)嶒灊摿?.針筒在物理實驗中的應用（19）演示液體沸點與壓強的關(guān)系：待水沸騰時接上針筒，用針筒向燒瓶內(nèi)壓氣，可見水立即停止沸騰；待水沸騰后，移去酒精燈，接上針筒并抽氣，即可見水又重新沸騰。（20）演示液體的絕熱膨脹可以制冷。在瓶內(nèi)注入少量酒精，用針筒向