【正文】 為什么在本實驗中△Ek／△Ep＜1？ 因為在本實驗中小車在斜面上運動所受的阻力不能忽略不計，其勢能減少量中的一部分消耗在克服阻力所做的功上，因此△Ek＜△Ep．本實驗的誤差約在8％以下．因此可以說，如果不計阻力的影響，小車維持機械能守恒．由上述數(shù)據(jù)可以大致估計小車所受阻力的大?。F(xiàn)以第4組數(shù)據(jù)為例．二、學(xué)生分組實驗的一般過程和教學(xué)要求學(xué)生分組實驗的過程，一般分為三個階段：準備、操作和總結(jié)階段．1．準備階段及其要求本階段的主要任務(wù)是使學(xué)生明確實驗?zāi)康?，理解實驗原理、方法，認識實驗儀器，做好操作與記錄的準備工作，其核心是理解實驗方案．這是調(diào)動學(xué)生實驗主動性的前提．如果對目的、原理不了解，依葫蘆畫瓢地做一陣子實驗，稀里糊涂地記了一批數(shù)據(jù)，這就很難說有什么好的收效．對科學(xué)的實驗研究來說，構(gòu)思階段非常重要．教師正是在實驗的準備階段中，讓學(xué)生學(xué)一點科學(xué)構(gòu)思的方法．因此，教師要充分重視準備階段的引導(dǎo)工作，如引導(dǎo)學(xué)生認真閱讀實驗教材，提出一些問題幫助學(xué)生思考和理解例如，在做“把電流表改裝成伏特表”的實驗以前，可布置如下幾個問題：（1）怎樣才能把電流表改裝成伏特表？在計算電表的附加電阻時，應(yīng)當(dāng)知道電流表的哪些參數(shù)？（2）在按圖7－20的電路測電流表內(nèi)阻時，為什么要滿足R遠大于R＇（例如R≥100R＇）的條件？怎樣才能滿足R》R＇的條件（怎樣選擇電路中的兩個可變電阻和電源輸出電壓）？（3）在校正伏特表時，應(yīng)按怎樣的電路測試？改變電壓應(yīng)選擇滑線變阻器的分壓器電路，還是限流器電路？此外也可以通過教師引導(dǎo)下的學(xué)生討論，共同設(shè)計和理解實驗方案，特別是對探索性的實驗，更應(yīng)注重這方面的引導(dǎo)． 學(xué)生理解了方案，還不能認為已完成了必要的準備工作，還必須考慮學(xué)生是否具備進行實驗的技能．只有事先為學(xué)生進行實驗基本鋪平了道路，才能使他們在有限的課堂時間內(nèi)，把精力集中在解決主要矛盾方面．例如，高一力學(xué)中有一組關(guān)于利用電磁打點器的實驗．對學(xué)生來說，這是一種新的實驗方法，它涉及到打點計時器的原理和使用，有關(guān)的實驗原理和操作要求，紙帶數(shù)據(jù)的處理方法等，因此是比較困難的．教材中分成幾個不同內(nèi)容的實驗，分散了教學(xué)的難點．教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)各次實驗的側(cè)重點引導(dǎo)學(xué)生做好預(yù)習(xí)工作．還。[實驗器材]平面小車，電磁打點計時器，學(xué)生用電源，支架，直尺。演示實驗在中學(xué)物理教學(xué)實驗中占有很大的比重，而且是一種深受學(xué)生歡迎的實驗形式．它是教師施展教學(xué)藝術(shù)的獨特手段，它能夠化枯燥為生動，化抽象為具體．演示實驗的內(nèi)容和方法有很大的靈活性．同一課題，教師可以用現(xiàn)成的儀器設(shè)備，也可以用自制教具進行演示．同一個演示儀器，教師可用于引入課題，也可用以鞏固新課．為更好地發(fā)揮其功能，必須深入研究演示實驗教學(xué)的基本要求．一、演示實驗教學(xué)的基本要求1．要有明確的目的 演示實驗運用于課堂教學(xué)的不同環(huán)節(jié)，有不同的目的，因此有不同的要求．有無必要演示，選擇什么樣的演示，怎樣進行演示，都必須首先從具體的目的出發(fā)．例如，我們在學(xué)習(xí)習(xí)近平拋和斜拋的內(nèi)容時，可供選擇的演示實驗很多，拋出粉筆頭就是一個最簡單的演示，還有如圖75所示的“三球相碰”的演示，水流噴射的演示，以及利用閃光照相等等．顯然，在運用演示引入課題或鞏固所學(xué)知識時，教師總要力圖增加實驗的趣味性，以更好地調(diào)動思維積極性．拋粉筆頭的演示雖然簡單，但在引導(dǎo)學(xué)生通過觀察定性地描述平拋運動的特征這一點上卻很好，好就好在它稍縱即逝，活躍課堂氣氛，并可較好地訓(xùn)練學(xué)生的觀察能力．如果需要讓學(xué)生認識“平拋運動可以看成是水平勻速運動和自由落體運動的合成”，可用如圖7－5所示的“三球演示器”，并配合使用閃光照相圖片（或投影），效果就很好．原因就在于它們能夠清楚地顯示拋體運動的本質(zhì)特征．由上可知，我們不能離開演示的具體功能來評價演示的好壞，演示實驗只有和一定的教學(xué)過程結(jié)合起來，才能發(fā)揮它的作用．2．要明顯和直觀可以說，演示實驗的一切功能都離不開觀察，觀察者只能在演示者所給觀象的基礎(chǔ)上進行觀察，因此演示實驗的直觀是最起碼的要求．（1）演示的現(xiàn)象要明顯一人演示，眾人觀察，所以現(xiàn)象必須明顯．能否使每個學(xué)生都看到要演示的現(xiàn)象，是教師心目中有無學(xué)生的表現(xiàn)．為使現(xiàn)象明顯，儀器的尺寸要足夠大，測量儀表的刻度線要適當(dāng)粗些，聲、光及觀察物體與背景的對比度要強，過程中的變化要顯著．必要時，可以借助投影、機械放大、光杠桿、放大電路等手段增強現(xiàn)象的明顯性．其次要注意放置儀器的位置，有足夠的高度，不平攤在桌面上，運動體所在的平面應(yīng)與黑板面平行．必要時，可借助演示小桌、演示墊凳、演示板、演示支架和磁性黑板等．（2）儀器簡單，過程明瞭 我們力求演示儀器簡單，過程明瞭，其目的在于突出要觀察的物理現(xiàn)象和過程，降低無關(guān)因素的干擾，特別是在一些為建立、鞏固物理概念的定性演示中，沒有必要選擇精密復(fù)雜的實驗裝置．例如，用前面介紹的橢圓墨水瓶演示微小形變的現(xiàn)象，效果就比用復(fù)雜的光杠桿系統(tǒng)裝置好．又如，用如圖76所示的鐵絲軌道對比小球靜止和運動時對凸橋、凹橋橋面的壓力時，①把小球放在凸橋頂端，小球恰巧能從兩橋臂之間掉下去，但讓小球從斜面上滾下，再經(jīng)過凸橋頂端時，小球便不再從兩臂之間落下，而是沿橋面驚過．②把凹橋下方的搭鉤脫開，讓小球靜止地放在四橋的中心，顯示小球的壓力不足以將兩鐵絲橋臂擠開而下落，然后讓小球從斜軌上滾下，當(dāng)小球經(jīng)過凹橋底端時，小球即從兩軌道之間掉了下去．由上可見，這種凸橋、凹橋的裝置，可以說是簡單的出奇，然而演示說明的卻是學(xué)生平時將信將疑的一個難題．我們提倡用簡單的方法做演示，不僅有利于突出物理原理，而且易于引起學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造意識．（3）視聽感官并用有關(guān)資料表明：“在接受知識方面，單靠聽覺一般只能記住15％左右；單靠視覺，從圖象獲得知識，只能記住25％左右；如果兩者結(jié)合起來可記住65％”①．因此，調(diào)動學(xué)生各部分感官的協(xié)同作用，比用單一渠道要好．還應(yīng)考慮學(xué)生對各種感覺信息的分辨本領(lǐng)，以強化有用刺激．例如，用下面的方法幫助學(xué)生理解加速度的概念：在一輛沿斜面滾下的小車后面，拖一條長約2米的磁帶，磁帶上錄有一段不變的樂音（如風(fēng)琴的c調(diào)），把錄音機的放音磁頭用導(dǎo)線接出來，裝在斜面的一定位置上，用貼有細氈的薄彈性金屬片將磁帶輕輕壓在磁頭上．當(dāng)小車沿斜面向下運動時，小車拖著磁帶運動，使錄音機發(fā)聲．這樣就可以使學(xué)生用視覺觀察到的速度變化為聽覺感受到的音高變化，用音高來理解速度，用音高變化的快慢來理解速度變化的快慢，即加速度的大?。捎谌硕鷮σ舾叩母惺莒`敏，而且對“變”的感受，比視覺更直接，因而對變化率的概念比較容易建立①．3．要安全、可靠課堂上的教學(xué)時間是極其寶貴的．如果教師在演示中出現(xiàn)失誤和差錯，不僅會貽誤時間，而且會引起學(xué)生對所得結(jié)論的懷疑，因此，教師在課堂上的演示實驗必須確保成功．（1）做好充分的準備工作這是確保演示成功的關(guān)鍵．教師在課前要選擇好所需的儀器和材料，仔細地進行檢查，并按照課堂上的實際程序預(yù)做一遍（甚至數(shù)遍），熟悉儀器的使用性能，了解實驗的準確程度，估計實驗的時間，觀察教室里即將演示的環(huán)境等等．并在教案中寫明演示所需的每一件物品，以免課堂上演示失敗或失去良機．（2）課堂演示時必須確保安全演示時，教師必須按照安全操作規(guī)程去做，認真仔細，確保人身安全和儀器設(shè)備的保全．可能存在不安全因素的實驗，一定不要讓學(xué)生上臺來操作．例如需要用到220V或380V市電的實驗，或者用高壓感應(yīng)圈、水銀的實驗，應(yīng)當(dāng)由教師自己操作，并做到萬無一失．（3）正確對待課堂演示中的失誤，切忌弄虛作假 備課中做好充分準備，可以提高演示的成功率，但不能保證課堂上一定不出問題．出了問題怎么辦？一是要鎮(zhèn)靜，切忌手忙腳亂，應(yīng)認真思考和分析，盡可能及時找出原因，迅速排除故障；二是要實事求是．萬一不能及時排除故障，也不可用“儀器不行”來搪塞過去，更不可編造數(shù)據(jù)，弄虛作假．應(yīng)當(dāng)向?qū)W生如實說明實驗失敗的原因，并聲明在下節(jié)課重做．這樣的負責(zé)精神和科學(xué)態(tài)度，必將對學(xué)生產(chǎn)生良好的影響．4．要有啟發(fā)性演示實驗?zāi)軌蛱峁┴S富的感性材料，變抽象為形象，但它的最終目的是要通過觀察啟發(fā)思維，使學(xué)生更好地認識客觀規(guī)律，發(fā)展能力，培養(yǎng)興趣．因此，在設(shè)計和編制演示程序時，必須在啟發(fā)性上下功夫．演示中的啟發(fā)性，首先在于以趣激疑．當(dāng)生動的演示現(xiàn)象出乎學(xué)生意外之時，認知的矛盾將轉(zhuǎn)化為思維的動力．例如，在“彈性碰撞”教學(xué)開始時，讓學(xué)生觀察用兩個等質(zhì)量的玻璃小球做成的兩個雙線擺：如圖7－7，先將左邊的擺球拉開，右邊的球靜止于平衡位置，再釋放左邊的小球，兩球相碰后，左球靜止，而右球彈起；當(dāng)右邊的球返回碰撞后，右球又靜止，而左球彈起．如此兩球反復(fù)碰撞，圖7－7在碰撞聲中，動靜交替．面對這一有趣的情景，問題油然而生．運用演示引發(fā)問題，只是啟發(fā)思維的起點，雖然它是學(xué)生開展積極思維的突破口，但要推進思維活動的展開，仍須有教師不斷的引導(dǎo)．這樣，演示才能成為推進思維的向?qū)В虼搜菔窘虒W(xué)的啟發(fā)性應(yīng)體現(xiàn)在演示程序的精心設(shè)計之中．例如，在高中學(xué)生學(xué)過氣體定律之后，教師用如圖78所示的浮沉子演示來訓(xùn)練學(xué)生的思維．（1）用手壓容器上方的薄膜，原來浮在液面上的浮沉子開始下沉，當(dāng)下沉到某一深度時松開壓膜的手指，浮沉子上升[圖7－8（a）（b）]，試解釋這一現(xiàn)象． 這是許多初中學(xué)生曾經(jīng)見到過的實驗，當(dāng)時對這個現(xiàn)象的解釋是很粗略的，只需要說明，壓膜時水進入浮沉子內(nèi)，重力增大，浮力小于重力，于是浮沉子就下沉，松膜時，水從浮沉子內(nèi)排出，重力減小，浮沉子就上?。?）繼續(xù)壓膜使浮沉子下沉到更深的位置放手，見到浮沉子仍可上升．似乎上面的解釋還是完善的．（3）繼續(xù)壓膜，使浮沉子達到比上一步更深的某一位置松開，出現(xiàn)了浮沉子不再上升的現(xiàn)象，并且一直沉到容器的底部[圖7－8（C）（d）］，這突然出現(xiàn)的現(xiàn)象，使學(xué)生感到意外，于是不得不重新審查以往解釋的不足之處．看來浮沉子中氣體的體積，不僅與容器上方氣體的壓強有關(guān)（這是由帕斯卡定律所決定的），而且還與浮沉子所處的深度有關(guān)．（4）打開容器上方的橡皮膜，使液體上方的氣壓不變，用一根棒把浮沉子逐漸下壓至不同的深度，觀察浮沉子中氣體體積的變化，說明浮沉子所以在一定的深度不再上浮，是由于在下降過程中液體內(nèi)部壓強這個因素造成的．（5）在浮沉子沉至容器底部以后，打開容器下的出水閥門，或用虹吸管使水緩緩流出．可以看到，當(dāng)液面下降到一定深度時，浮沉子就從底部浮了起來［圖7－8（e）]．從上述的程序設(shè)計可以反映出教師對學(xué)生思維的引導(dǎo)作用，它既調(diào)動了學(xué)生的積極性，又使觀察和思維緊密結(jié)合起來，從而使學(xué)生的認識由表及里逐步深化．二、演示實驗教學(xué)中的觀察指導(dǎo)在演示方案確定以后，要想達到演示的目的，關(guān)鍵在對學(xué)生的觀察進行指導(dǎo)．同時，對演示觀察的指導(dǎo)又是培養(yǎng)學(xué)生觀察能力的一個重要途徑．因此，在演示教學(xué)中應(yīng)十分重視觀察指導(dǎo)．這里所說的觀察指導(dǎo)，有兩層含義：一是演示本身應(yīng)能吸引學(xué)生的觀察注意；二是教師在演示過程中及時指導(dǎo)，教給觀察方法．所謂指導(dǎo)，絕對不是說教師指到哪里，學(xué)生就看到哪里．1．明確觀察目的，做好觀察的思想準備 草率從事是新教師在演示教學(xué)中常犯的毛病當(dāng)學(xué)生還沒有思想準備時，演示已經(jīng)結(jié)束，因而達不到演示目的．在演示之前，一定要讓學(xué)生明確為什么要做這個實驗，以及打算怎樣進行；出示的儀器應(yīng)當(dāng)有所交待，例如，在演示液體內(nèi)部壓強規(guī)律時，應(yīng)當(dāng)使學(xué)生帶著兩個問題進行觀察：一是液體內(nèi)部壓強與深度的關(guān)系；二是液體內(nèi)部在各方向是否都有壓強（特別是向上的壓強）及它們的關(guān)系；同時還應(yīng)使學(xué)生在認識U形管壓強計的構(gòu)造及功能的基礎(chǔ)上進行觀察．因為此時學(xué)生還不理解U形管壓強計的原理，所以應(yīng)當(dāng)用直覺的方法，如在橡皮膜上用手或重物壓，使學(xué)生了解U形管兩側(cè)液面高差越大，表示壓強差越大．又如，在自感現(xiàn)象的教學(xué)中，觀察接通電路的自感現(xiàn)象，首先必須帶著“如果線圈自身的電流發(fā)生變化，那么線圈自身是否也會產(chǎn)生感生電動勢？”的問題，并認清演示電路的特點，才能把觀察的注意力集中到接通電路瞬間所發(fā)生的現(xiàn)象上．我們曾經(jīng)對20名高一的學(xué)生和高二的學(xué)生分別進行演示．由于高一的學(xué)生還沒有學(xué)過法拉第電磁感應(yīng)定律，正確記錄觀察現(xiàn)象只有75％，而高二學(xué)生剛學(xué)過電磁感應(yīng)定律，正確記錄觀察現(xiàn)象的達到了95％，可見，觀察的目的性對于觀察效果起了很重要的作用． 2．突出觀察重點，排除無關(guān)因素的干擾例如，通常教材中介紹斷路時自感現(xiàn)象的電路裝置，都選用一只燈泡與電感線圈并聯(lián)的電路．設(shè)想按這一裝置進行演示時，學(xué)生會看到開關(guān)斷開后燈泡并不立即熄滅．但由于時間常數(shù)L/R太小，這種延時現(xiàn)象無法看到．而燈泡突然一閃的現(xiàn)象卻十分明顯，它給學(xué)生建立自感的概念帶來困難．如果在開始演示時只給出一個簡單的電感線圈、燈泡、開關(guān)與電源的串聯(lián)電路（圖7－9），提出“在斷開開關(guān)的瞬間線圈中是否有感生電動勢產(chǎn)生”的問題，然后與學(xué)生共同設(shè)計實驗電路來驗證感生電動勢的存在．一種簡單的方案就是觀察開關(guān)拉斷時閘刀與閘刀座之間的火花放電現(xiàn)象證明感生電動勢的存在；另一種方案就是將示波器或者是高內(nèi)阻的電壓表并聯(lián)在電感線圈兩端，觀察其電壓的變化；還有第三種方案就是將一只氖泡并聯(lián)在線圈兩端，開關(guān)接通時氖泡不導(dǎo)通，其電阻為無窮大，可視為它對電路沒有影響，切斷開關(guān)時，線圈中的電流迅速減小，原串聯(lián)的燈泡熄滅，而并聯(lián)在線圈兩端的氖泡起輝了，它的起輝電壓比電池電壓要高許多，由此說明感生電動勢的存在．這個實驗還可以在后面的教學(xué)中說明日光燈的起輝原理．3．從整體到局部，再從局部到整體，培養(yǎng)觀察思路觀察的全面性是客觀反映事物屬性的前提，應(yīng)當(dāng)利用演示實驗培養(yǎng)學(xué)生正確的觀察思路．例如，教師常用“圓錐上滾”的實驗來訓(xùn)練學(xué)生的觀察力．首先把傾斜軌道展示在學(xué)生跟前，傾斜軌道的表面特征給學(xué)生造成假象．把雙錐旋轉(zhuǎn)體放在軌道的中部，學(xué)生幾乎毫不例外地預(yù)感到旋轉(zhuǎn)體將沿斜面滾下，然而見到的卻是意料之外的現(xiàn)象（如圖7－10所示）．在學(xué)生渴望得到解答之際，讓他們從各個方面對儀器觀察，并注意圓錐體與軌道之間的聯(lián)系，最終發(fā)現(xiàn)圓錐體在軌道低端的重心位置最高．于是學(xué)生在恍然大悟中獲得了觀察方法的啟示．4．縱、橫對比，把握事物特征觀察的深刻性在于透過表面現(xiàn)象抓住象物的本質(zhì)，利用對比觀察是使思維向縱深發(fā)展的很好的方法．在演示實驗中，要引導(dǎo)學(xué)生善于察覺條件的差異及產(chǎn)生結(jié)果差異的聯(lián)系．通常可以采用縱向?qū)Ρ?、橫向?qū)Ρ取?