作图法在初中物理实验教学中的应用

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作图法在初中物理实验教学中的应用
舟山南海实验初中王海平 316000
初中物理实验教学主要是实验观察法,是在人为控制条件下,有目的有计划地观察物理教学现象及其变化过程,并揭示相关因果关系的研究方法。

通过实验激发学生兴趣,帮助学生获取知识,理解概念,掌握规律,发展能力。

然而实验观察法存在不足,导致实验教学的低效甚至无效。

1.实验仪器的限制。

初中物理实验中仪器设备不可能像科学家研究那样十分精密,如用天平、弹簧测力计等仪器来区分小石块在水和盐水中受到浮力的不同,显然达不到。

初中物理实验是以验证为主,不能盲目扩大实验功能,不能将物理的概念原理都用实验来推导。

2.学生观察的片面。

初中学生刚接触实验法,通过实验观察到的不一定是真实的。

如平面镜成像原理告诉大家,在平面镜里成的像与实物一样大,但是学生通过平面镜观察自己的脸,靠近与远离平面镜,观察到像与实物不一样大,因为人存在视觉差。

3.无关因素的干扰。

实验是人为地使现象重复发生,需要控制实验条件,实验变量包括自变量、应变量及无关变量,无关变量往往干扰实验的正确观察。

实验要揭示的是一个物理现象,但是实际生活中往往有许多物理现象并存。

如通过拉动小车,观察到车上的小木块向后倾倒,说明小木块具有惯性。

但仅是小木块有惯性,小木块应该是静止不动。

实际观察到小木块向后倾倒,小木块还同时受到摩擦力和重力的作用,要解释清楚需要综合考虑。

为了解决实验教学中出现的问题,笔者尝试作图法来解决,取得一定效果。

以下通过几个实例来解释。

一、作图弥补教学不足
【问题】浙教版科学七年级下第一章第3节关于凸透镜成像的教学。

原来教学设计是通过实验得出结论。

但是实际教学下来,学生普遍感到学习困难。

原因除了数学基础不够,更重要的是通过实验观察在光屏上成像要清晰,学生难理解或难观察到最清晰的像是什么,这样就无法清楚像距在哪里?
物距像的特点像距
U 放大、等大、缩小倒立、正立实像、虚象 v u>2f 缩小倒立实像f<v<2f
u=2f 等大倒立实像 v=2f F<u<2f 放大倒立实像v>2f U=f 不成任何像/
u<f 放大正立虚象/
【对策】弥补实验观察的不严密,克服无关变量的干扰。

单靠实验不一定能得出精确结论,凸透镜成像实验,需要观察到在光屏上出现清晰的像,什么是清晰的像,师生的观察只能是一个大概,这样要学生得出物距与像距关系的规律,肯定存在误差。

因此,课堂设计靠实验得出物距与像距关系是不妥,初中物理实验还是以验证为主。

即要得到如表的结论,
笔者指导学生进行如图一的作图分析,从甲、乙、丙、丁、戊五种情形分析烛焰AB 分别成像的结果,然后再实验,学生才会有的放矢。

而对程度好的同学,可以让学生在一张图(图二)中得出结论。

另外,通过图3还可以解释用放大镜观察物体时,在一倍焦距以内,放大镜离物体远近所成像大小不同,越远(如图三中1)所成的像(图三中1')大,通过图一目了然,解决学生的疑难。

二、作图解释模糊现象
【问题】使用量筒时,俯视的读数大于实际值吗?
浙教版科学七年级上第一章第3节《体积的测量》中,量筒读数的教学是个难点。

书本的图中出现俯视与仰视的错误读法,但没有告诉俯视与仰视读数是偏大还是偏小。

许多教师在教学中给学生的往往是背诵结果,学生感到很迷茫,不知道所以然。

【对策】建议通过两道例题作图分析来对比解释。

图一
图二 图三
1.一装有30毫升水的量筒,如果用俯视方法去读,则读数大于还是小于实际值?分析:正确的方法(如图甲):视线与液体凹液面的最低处保持水平,即眼睛a 点与液体凹液面的最低处b点水平连线,a点与b点连线与刻度面相交于c点,为正确的读数30毫升,即为实际值;
如果用错误的俯视方法(如图乙):a点与b点连线与刻度面相交于c点,则为错误的读数大于30毫升。

因此得出结论:用俯视方法去读,则读数大于实际值。

2.用俯视方法去量取30毫升的水,则所得的实际值大于还是小于读数?
分析:正确的方法(如图丙):眼睛(a点)平视刻度线上的b点,用手将水倒入量筒中,当ab延长线到液体凹液面的最低处c点,即得到实际需要的值(30毫升);
如果用俯视方法去量取,眼睛(a点)俯视刻度线上的b点,当ab延长线到液体凹液面的最低处c点,此时即得到实际需要的值小于30毫升。

因此得出结论:用俯视方法去量取液体,则实际值小于读数。

从上面两个例子归纳出:前一道是读数问题,后一道是体积问题,尽管两者问题角度不同,但是结果是同样:俯视时读数大于实际值。

三、作图解决实际疑难
【问题】测电笔测零线氖管会发光吗?
浙教版科学八年级下第四章第6节《家庭用电》中介绍用测电笔判断家用火线和零线。

家庭电路在开关闭合后,测电笔测火线氖管会发光,测零线不会发光;而当零线断开后,测电笔测火线氖管会发光,测零线会发光。

学生对此很奇怪?
【对策】通过等效图的作法,解决学生疑惑。

通过作图,让学生明白电路图图1是正常的家用电路图,图2是零线断的家用电路图。

开关闭合后,当测电笔测正常家用电路(图1)的零线时,电路图为图3,测电笔被零线短路而氖管不会发光;测电笔测火线时,电路图可为图4,测电笔与电灯并联,因此氖管会发光。

而当零线断路时,测电笔测火线,电路图为图5,火线上的电流通过火线—测电笔—人体—大地形成闭合回路,故电笔氖管发光,此时灯不亮;测电笔测零线,电路图为图6,火线上的电流通过灯—零线—测电笔—人体—大地形成闭合回路,故电笔氖管发光,此时由于测电笔电阻大而灯不亮。

这样,通过对等效图的作法,清晰地比较,学生容易明白实验的基本原理。

作图法是初中物理教学的一大方法,在物体受力分析、电路图的解释等应用很广,而在初中物理实验教学中运用作图法,可以帮助学生把模糊的概念清晰化,突出实验中的主要变量,达到突出问题,解释疑惑,弥补缺陷,从而提高实验教学的有效性。

【参考文献】浙教版科学教材。

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