王道標(biāo) ●

南京市第十七中學(xué) (210032)

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如何提升測量性實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)效果

王道標(biāo) ●

南京市第十七中學(xué) (210032)

以實(shí)驗(yàn)證據(jù)為基礎(chǔ)，是物理學(xué)科的特色，也是物理學(xué)科的魅力所在.在測量型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，重在實(shí)驗(yàn)原理的科學(xué)性，實(shí)驗(yàn)過程設(shè)計(jì)的可操作性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性.

量筒；注射器；刻度尺；可操作性；準(zhǔn)確性

在液體密度測量的教學(xué)中，筆者曾讓學(xué)生自選器材(托盤天平、小燒杯、盛有牛奶的大燒杯、量筒、注射器(5ml))測量純牛奶的密度，以此發(fā)散學(xué)生思維.學(xué)生通過獨(dú)立思考，演示實(shí)驗(yàn)過程.有學(xué)生選擇的是盛有牛奶的大燒杯、托盤天平和注射器，實(shí)驗(yàn)過程如下：第一步是：通過注射器汲取5ml牛奶，利用托盤天平測量注射器和牛奶的總質(zhì)量m1；第二步是：再把其中的牛奶推出去1ml，最后利用托盤天平測量注射器和剩余牛奶的總質(zhì)量m2；第三步是計(jì)算牛奶的密度.

這種測量純牛奶密度的實(shí)驗(yàn)從測量的原理ρ=(m1-m2)/V來分析是可行的，他是以從注射器中推出去的牛奶為測量的對象，通過質(zhì)量的測量和已知的體積來計(jì)算牛奶的密度.但是，通過查閱相關(guān)資料，純牛奶的密度大約在(1-1.2)×103kg/m3,如果推出去1ml純牛奶，托盤天平兩次測量的質(zhì)量相差只有1g左右，微小的偏差都會帶來密度測量的較大誤差.雖然實(shí)驗(yàn)的過程也是可操作的，但是帶來的實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性并不高，因?yàn)?，測量型的實(shí)驗(yàn)不僅要考慮到實(shí)驗(yàn)原理的科學(xué)性，實(shí)驗(yàn)操作的可行性，還要注意實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性.學(xué)生學(xué)習(xí)的過程雖然出現(xiàn)了這樣的錯誤，但它卻流露出學(xué)生發(fā)散思維的痕跡：在蘇科版第十章，粗略測量大氣壓強(qiáng)的時候使用了注射器，學(xué)生只有在明確了注射器能夠測量液體的體積，且其分度值比量筒小的情況下才會選擇它，因此，即使實(shí)驗(yàn)測量的結(jié)果值得商榷，但是學(xué)生思維的開放性應(yīng)該大力表揚(yáng).有時候，測量型的實(shí)驗(yàn)我們還要注意到實(shí)驗(yàn)過程的可操作性. 至今，我仍然清晰地記得在課堂上的這樣一次討論活動，雖然，似乎很平淡，但我看到了學(xué)生躍動的思維.

我們在復(fù)習(xí)第六章測量液體的密度的實(shí)驗(yàn)，有這樣一道題：(2016年南京市中考指導(dǎo)書P50)

13．某同學(xué)為了測量“衛(wèi)崗”牌牛奶的密度，用天平、玻璃杯、量筒等器材，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案：

A．用天平測出玻璃杯的質(zhì)量m1

B．將適量牛奶倒人杯中

C．用天平測出玻璃杯和牛奶的總質(zhì)量m2.

D．將杯中牛奶倒入量筒中，測出牛奶的體積V

E．計(jì)算牛奶密度：ρ=(m2一m1)/V

(1)你認(rèn)為這個方案有什么缺點(diǎn)？

(2)請你提出改進(jìn)這個實(shí)驗(yàn)的辦法.

第一個問題很多學(xué)生都會回答，對于第二個問題，有學(xué)生發(fā)表了自己的觀點(diǎn)：“老師，這個實(shí)驗(yàn)我們可以先用天平稱量量筒的質(zhì)量m1，再直接把牛奶倒進(jìn)量筒中測量他的體積V，然后用天平測量量筒和牛奶的總質(zhì)量m2，最后再利用公式ρ=(m2一m1)/V計(jì)算，密度不是很快測量出來了嗎？而且這樣做實(shí)驗(yàn)不僅誤差比剛才小，比其他方法更簡單.”學(xué)生不僅準(zhǔn)確的表達(dá)了自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的思路，而且與其他學(xué)生的改進(jìn)方案做了一個對比，體現(xiàn)了他所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)的優(yōu)越性.

這是學(xué)生自己獨(dú)立思考之后發(fā)表的很有見解的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，對于這樣的思路也引起了一部分平時學(xué)習(xí)善于動腦筋思考的學(xué)生共鳴.

師：用天平測量量筒和牛奶的總質(zhì)量有什么不利的因素呢？生：天平上的托盤不穩(wěn)定，而且量筒很高，重心也高，放在天平上可能會晃動，這樣做實(shí)驗(yàn)會不安全.在進(jìn)行物理教學(xué)的同時，不忘對學(xué)生的安全教育.緊接著，教室里安靜了片刻，緊接著，又有學(xué)生急吼吼的喊道：那就用量杯，量杯矮一點(diǎn).師：量杯是什么形狀的？生：上粗下細(xì).師：這樣的物體穩(wěn)定性如何？生：也不穩(wěn)定.

通過這樣的設(shè)問，學(xué)生明白了在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程中還要注意到實(shí)驗(yàn)過程的可操作性，不能使得實(shí)驗(yàn)的過程不利于整個實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，甚至給實(shí)驗(yàn)過程帶來危險.不僅對于液體密度的測量存在實(shí)驗(yàn)過程的可操作性問題，對于固體密度的測量也存在同樣的問題.

筆者也曾讓學(xué)生自選器材(托盤天平、刻度尺、三角板、量筒)測量硬幣的密度，有學(xué)生選擇的是托盤天平和刻度尺，實(shí)驗(yàn)過程如下：第一步是：利用托盤天平測量5枚硬幣的質(zhì)量m；第二步是：利用刻度尺測量5枚硬幣的厚度h，用三角板和刻度尺測量硬幣的直徑d；第三步是計(jì)算硬幣的密度.

這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，從原理來看沒有問題，但是實(shí)驗(yàn)操作的可行性和結(jié)果的準(zhǔn)確性會大打折扣.因?yàn)橛矌烹m然是圓形，但并不能看成規(guī)則的圓柱體，硬幣正面和反面凹凸不平，直接利用刻度尺和三角板測量硬幣的體積會造成很大的誤差，體積的測量值偏低，硬幣的密度偏小，對測量型實(shí)驗(yàn)的結(jié)果影響較大.因此：

師：硬幣是什么形狀的幾何體？生：圓柱體.師：果真如此？生：硬幣的正面和背面有凹凸不平的圖案，不是規(guī)則的圓柱體.師：用刻度尺測量硬幣的直徑和厚度，計(jì)算硬幣的體積，結(jié)果如何？生：體積的誤差很大.

因此，在測量型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，一般首先要明確實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容和要求；認(rèn)真研究實(shí)驗(yàn)原理；確定實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵；對實(shí)驗(yàn)裝置、器材和實(shí)驗(yàn)條件提出要求并進(jìn)行選擇；明確操作要點(diǎn)和注意事項(xiàng).要注重實(shí)驗(yàn)原理的科學(xué)性和可行性，有些設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案從原理上講并沒有錯誤，但在實(shí)施過程中受到裝置、器材、實(shí)驗(yàn)條件等限制，而無法實(shí)施或?qū)嵤┻^程中的誤差太大，如本文中測量硬幣的密度，對于硬幣體積的測量可操作性不高，根本是由于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的原理導(dǎo)致.實(shí)驗(yàn)過程設(shè)計(jì)的要確保可操作性和安全性，無人身危險，操作不宜過繁.要盡量減少和控制干擾因素.儀器要比較牢固，如不能把天平放在托盤天平上稱量. 不同的學(xué)生(或不同的組)也許會采用不同的方法，得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性也可能有一定的差別.因此，討論和交流是必不可少的環(huán)節(jié).在此過程中，學(xué)生既可以有根據(jù)地發(fā)表自己的意見，又可以聽取別人的見解.通過討論和評估，可以使學(xué)生自己辨別優(yōu)劣，分清正誤，更好地理解探究的方法和結(jié)論.

[1] 劉炳昇，李容 義務(wù)教育教科書八年級物理下冊 江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2012年11月第3版

[2] 南京市中小學(xué)教學(xué)資源研發(fā)中心 2016年南京市中考指導(dǎo)書(物理) 南京出版社 2016年1月第1

[3] 湯軍琳 徐飛英；“密度”教學(xué)中的關(guān)鍵問題及對策[J];中學(xué)物理教學(xué)參考;2015年08期.

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