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演示牛顿管实验的操作技巧
  作者:李健华   发布者:学科专家   来源:《物理教学探讨》  发布时间:2011-12-20

    “自由落体运动”是高中物理力学教学中重要的演示实验,本节教学的重点和关键在于说明不同物体在真空中下落快慢都是一样的。但学生由于受日常经验的影响,对重的物体落得快,轻的物体落得慢印象很深,所以教师做好该演示实验十分重要。教师通常演示实验步骤如下:实验装置如图1所示,在一根长约1.5cm的玻璃管中,放入一些形状和重力均不同的小物体,如羽毛、小铁片等,演示实验步骤为:

(1)不抽出玻璃管中的空气,首先竖直管身,使两物体置于管底,将玻璃管在竖直平面内迅速倒转过来,使管身竖直,两物体置于管内顶部,这时观察两物体在大气中下落情形;

(2)抽去玻璃管中部分空气,重复步骤1中的操作,观察两物体在稀薄空气中下落情形;

(3)继续抽取玻璃管中空气,使其逐渐接近真空,再重复步骤1操作,再观察物体在接近真空时下落情形;

(4)接着教师让学生讨论:从该实验中,同学们看到什么现象,这些现象说明了什么问题?最后学生得出结论是在接近真空时,小铁片()与羽毛()下落快慢相同。实验的这种操作法,存在两个明显的缺陷:一是,迅速使管身竖直,目的是使小铁片与羽毛同时下落,由于这个过程变化太快,学生不易观察,怎么能使学生相信,小铁片和羽毛是同时下落的呢?二是,实验操作中需要逐步抽出管内空气,由于抽取空气要耽误时间,就会影响课堂的教学效率。同时,停下来用一段时间抽取空气,再让学生来观察两物体在不同密度的空气里下落情形,这样观察就不连续,不利于学生进行差异比较,妨碍了学生正确得出结论。针对这些不足,我在上课时的实验演示改进为如下操作:

(1)在课前,事先将牛顿管内的空气抽取到接近真空,首先晃动玻璃管,使小铁片压住羽毛,再用一个小磁铁吸住铁片,再慢慢地倒立过来,如图2所示,由于磁铁的吸引作用,羽毛被小铁片牢牢地压在管顶,接着再让学生倒数数“321,这时,教师松开小磁铁,羽毛和铁片同时下落,学生观察两物体下落情形,如图3所示;

      

    (2)轻开阀门,放入少许空气(提醒学生保持安静注意听,会听到“嗤嗤”的空气进入管内的声音),重复步骤1,观察两物体下落情形;

    (3)打开阀门,使其与外部相通,这样管内充满空气,再重复上述步骤,再观察两物体下落情形;

    (4)这时,教师引导学生分析所观察到的现象,管内空气密度越大,两物体下落差别就越大。如果逆向思维,管内空气越来越少,结果肯定是两物体下落的快慢越来越接近,最后,管内如果为真空时,两物体下落快慢自然就相同了,从而得出所期望的结论。

    演示实验的功能是为了揭示现象的本质,提高学生学习的兴趣。我启发学生采用逆向思维的方式,演示实验并不是不断地抽出玻璃管中的空气,而是首先就做“真空”情况下,再不断地放入空气,再来观察物体下落的情况;这样每次演示实验间隔时间不长,连续性好,也节省了实验时间,提高了课堂教学效率。同时,开始时利用磁铁吸住压住的羽毛的小铁片,改进了实验效果。教师演示时如果不拘小节,站在凳子或讲台桌上来演示,这样能够使全体学生都能轻易地观察到实验现象,演示效果更佳。

 
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