邢文海

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學，實驗教學尤為重要，實驗操作的科學性和現(xiàn)象形成的自然性很重要，在沒有專用實驗儀器或傳統(tǒng)的方法需要改進時，作為一名物理教師，有責任創(chuàng)新和改進傳統(tǒng)實驗，用更合理、更科學的實驗裝置及方法，服務(wù)物理教學。

北師大版八年級物理第八章第一節(jié)《壓強》，針對探究壓力的作用效果與哪些因素有關(guān)的實驗，教材提出用4腿小桌和泡沫塑料進行。當桌腿作用在泡沫塑料上時，泡沫塑料形變量太?。划斪烂孀饔迷谂菽芰媳砻嫔蠒r，泡沫塑料幾乎看不出形變量，因此學生不易觀察到形變量的區(qū)別。傳統(tǒng)實驗用小板凳和沙子進行實驗。當板凳腿作用在沙子表面離開后，作用痕跡會因為沙子的滑落而被掩埋，不易觀察；當板凳面作用在沙子表面時，沙子表面的形變量很不明顯，不易對比得出結(jié)論。用磚塊和海綿進行實驗時，當磚塊離開海綿后，海綿由于發(fā)生彈性形變會恢復原狀，不能留下痕跡提供對比觀察，很不方便。用槽碼和橡皮泥、面團或水晶泥進行實驗時，橡皮泥和面團的軟硬程度不穩(wěn)定，用橡皮泥實驗現(xiàn)象不明顯；用面團反復實驗現(xiàn)象不一致，學生很難信服；水晶彩泥實驗時，壓力大的物體和壓力小的物體都會在水晶彩泥中緩慢下沉到容器底部，得不出結(jié)論。此外，傳統(tǒng)實驗都是用手將施壓物體放在受壓物體表面，難以避免放取時手對物體的按壓，讓學生對結(jié)果產(chǎn)生懷疑。為此，通過多次嘗試、尋找和設(shè)計，自制了這個實驗裝置。

本裝置在面粉槽兩側(cè)安裝了支架，支架上安裝了橫桿，應(yīng)用輪軸原理，用細線將3個物體豎直吊起，轉(zhuǎn)動把手使物體緩慢下降，當細線松弛后，反方向轉(zhuǎn)動把手將物體升起，避免了用手放取物體時手對物體的按壓，物體的放置更科學。面粉水平面留下的作用痕跡清晰，形變量明顯，不但克服了傳統(tǒng)實驗的缺陷，而且3次實驗一次性完成，痕跡能夠同時展示在一起，便于觀察和比較。重復實驗時，將面粉倒出并重新裝入面粉槽，用直尺緊靠面粉槽上沿將面粉表面刮平，面粉質(zhì)量不變，體積不變故而密度不變，使得多次實驗現(xiàn)象一致。本裝置操作簡單，現(xiàn)象明顯，大大縮短了實驗時間，提高了學習的效率。

一、實驗裝置自制方法介紹

1.所用材料

相同的螺桿3個，能夠套在大螺桿上的螺母1個，細線3根，帶把手的橫桿1個，支架1副，用于固定橫桿的小螺母2個，用于限定橫桿位置的小墊圈2個，深5厘米、長20厘米、寬10厘米的面粉槽1個，容積1立方分米，面粉520克，自然蓬松狀態(tài)下體積為1立方分米，直尺1把。

2.裝置圖(如圖1所示)

圖1

二、裝置使用方法介紹

將裝置放在水平桌面上，轉(zhuǎn)動把手使物體豎直升起，將520克面粉倒入容積為1立方分米的面粉槽中，用直尺緊靠面粉槽上沿將面粉表面刮平，反方向緩慢轉(zhuǎn)動把手使物體緩慢下降，物體壓在面粉水平表面下陷至靜止，即細線松弛物體不再下陷，再次緩慢轉(zhuǎn)動把手將物體豎直升起，觀察面粉表面的壓力作用痕跡，應(yīng)用控制變量法比較A和B的痕跡得出結(jié)論，再比較B和C的痕跡得出結(jié)論。

三、實驗原理分析

當物體靜止在水平面上時，物體對水平面作用的壓力等于該物體受到的重力，A和B兩個螺桿質(zhì)量相等，重力相等，作用在面粉水平面的壓力相等，A物體作用時面粉表面受力面積小，痕跡比B深，B物體作用時面粉表面受力面積大，痕跡比A淺，比較A，B得出結(jié)論：當壓力相等時，受力面積越小，壓力的作用效果越顯著，即壓強越大。C是用與B相同的螺桿加上1個螺母組成的，作用在面粉表面的受力面積相等，C的質(zhì)量大于B的質(zhì)量，C的壓力更大，痕跡比B深，比較B，C得出結(jié)論：當受力面積相等時，壓力越大，壓力的作用效果越顯著，即壓強越大(見表1)。

表1

表1 (續(xù))

四、實驗裝置創(chuàng)新點

一是物體放置方式更加科學。應(yīng)用輪軸原理，用細線將3個物體豎直吊起，轉(zhuǎn)動把手使物體緩慢下降，當細線松弛后反方向轉(zhuǎn)動把手將物體升起，避免了用手放取物體時手對物體的按壓。

二是操作比較簡單。

三是實驗現(xiàn)象非常明顯。物體作用后痕跡清晰，形變量對比差異明顯，便于觀察和比較。

四是3次實驗的現(xiàn)象能夠一同產(chǎn)生并展現(xiàn)，便于相互對比得出結(jié)論，大大縮短了實驗時間，有助于提高課堂效率。

五是便于推廣。裝置制作需要的材料比較常見，制作簡單，便于推廣。

五、實驗裝置的反思與設(shè)想

第一，學生在轉(zhuǎn)動把手時需要同伴輔助扶穩(wěn)設(shè)備，如條件允許可以將物體的升降裝置改為電動，避免物體升降搖擺不穩(wěn)。

第二，將面粉倒出并重新裝入面粉槽時容易弄臟桌面和地板，如條件允許可以將本裝置改裝為透明盒子，防止面粉外泄，反復實驗時可以通過其他方式使面粉表面恢復水平。