初中物理实验教学自制教具例析
时间：2022-11-05 19:55:03 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
王晴晴 高 立 戈 妍
(1.合肥市第四十五中学 2.合肥市第五十五中学 安徽合肥 230001)
物理是一门以实验为基础的学科，实验探究既是初中物理教学的基础，也是课本知识的延伸。一直以来，国家大力鼓励教师自制教具来提高实验教学的效果和锻炼学生的实验探究能力。
初中物理实验教学自制教具的创新应该满足以下几个要求：1.在原有的实验设计基础上，改进实验教具，提高实验成功率；
2.教具取材简单，贴近生活，易于制作；
3.教具设计原理不能复杂，脱离初中生的知识范畴，鼓励学生自己动手制作；
4.将化学、生物等多学科知识融合应用于教具设计中。笔者以全国中小学实验说课比赛一等奖课例“认识浮力”的实验教具改进为例，具体分析如何自制教具来突破实验教学的重难点。
沪科版八年级全一册“认识浮力”这一节中有两个实验：探究液体浮力和探究气体浮力，现在分别对教材中两个实验的不足进行分析。
(一)“探究液体浮力”实验的不足
实验时，教师使用弹簧测力计对不规则石块进行两次称重，第一次将石块静止悬挂在空中，第二次将石块浸没在水中。
这个实验的不足之处在于：
1.作为课堂上的一个演示实验，弹簧测力计的示数变化不够明显，教室中只有部分座位靠前的学生能观察到清晰详细的实验现象，大部分学生对液体浮力的感受不够直观。
2.实验中手持弹簧测力计进行操作不够稳定。悬挂在弹簧测力计下的石块容易晃动，这导致弹簧测力计指针晃动，读数不够准确。
(二)“探究气体浮力”实验的不足
教材中的实验方法是在杠杆一端悬挂充满气体的篮球和未充气的气球，篮球的气阀与气球相连接，另一端悬挂钩码使杠杆处于平衡状态，如图1所示。实验时，打开气阀让篮球内的气体充入气球，篮球体积大小基本不变，而气球的体积明显增大，气球受到的浮力增大，左侧整体升高，右侧下降。实验现象说明气球在空气中受到浮力。
图1 “探究气体浮力”实验
这个实验的不足之处在于实验的成功率低，主要原因是篮球向气球中充的气体少，气球的体积变化不够大。气球所受浮力太小，不足以克服杠杆转动时受到的摩擦力，所以实验失败率较高。
在明确教材中传统实验设计和实验器材的不足后，笔者分别针对两个实验的问题，自制教具改进实验。
(一)改进“探究液体浮力”实验
如图2所示，改进后的自制教具具有以下优点：1.用体积更大的立方体替代石块，其在水中受到的浮力大小为3.5N，为原来石块所受浮力的三倍左右，实验现象更加明显。规则的立方体相比于不规则的石块，能够让学生在实验过程中感受到物体在水中所受浮力大小与物体浸入水中的体积有关系。2.先用铁架台固定弹簧测力计，避免实验受主观操作的影响。然后将水槽改装成连通器，利用连通器原理，从左侧加水，可以让右侧水位稳定缓慢地上升，这样避免了直接加水导致装置晃动。整个装置的稳定性提高，弹簧测力计读数更加准确。3.该装置下方添加了一个出水口，实验中教师将出水口打开，水位下降，学生能观察到立方体浸入水中的体积减小，弹簧测力计示数逐渐变大，立方体受到的浮力减小。
图2 “探究液体浮力”实验的自制教具
(二)改进“探究气体浮力”实验
如图4所示，通过自制教具改进实验。
1.使用VC泡腾片和水替代篮球和气球。VC泡腾片放入水中，会溶解成酒石酸溶液和碳酸氢钠溶液。二者发生化学反应生成大量的二氧化碳气体。
图3 “探究气体浮力”实验的自制教具
根据质量守恒定律，杠杆左侧装置是密闭的，所以内部发生化学反应以后不改变左侧装置的总质量，不影响杠杆平衡。一般在实验过程中，需要10片左右的VC泡腾片和250 mL的水，发生化学反应后产生的二氧化碳可以使气球的体积增大到1000 cm左右。由此数据计算气球在空气中所受浮力大小：
=
=1.293 kg/m×1000×10m×9.8 N/kg
≈0.0127 N。
经过实际测量，杠杆左侧悬挂的装置总质量为3 N，气球所受浮力与总质量相比增大了千分之四。气球在空气中所受浮力更大，实验的成功率提高。
2.实验中，为了保证杠杆左侧的质量始终不变，VC泡腾片和水要同时挂在左侧调节平衡。如何在实验前隔离VC泡腾片，在实验中快速将VC泡腾片浸入水中，成为教具设计的难点。笔者选用身边常见的透明塑料瓶、金属茶漏、吸铁石解决了这个问题。用玻璃胶将吸铁石固定在金属茶漏上，将VC泡腾片提前放入金属茶漏，然后一起放在装有水的塑料瓶中。在瓶外用另一个吸铁石固定金属茶漏的位置，避免其与瓶中的水接触。实验时，将瓶外的吸铁石向下移动就可以让VC泡腾片与水充分接触。自制教具取材简单，组装方便，可以反复使用。
“探究液体浮力”实验的自制教具符合实验教具创新的两个要求：1.提高实验的稳定性；
2.使实验现象更加明显。“探究气体浮力”实验的自制教具符合实验教具创新的两个要求：1.提高实验的成功率；
2.选用简单易得的生活用品改进实验。创新、改进后的实验教具，在课堂中的使用效果达到了新课程标准“通过实验，认识浮力”的要求。
不足之处在于改进后的实验教具依然是教师演示，学生在课堂中没有动手制作和操作的机会，没有体现出对学生的锻炼。
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