關(guān)于“氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生”實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)——設(shè)計(jì)報(bào)告

康峰

一、實(shí)驗(yàn)器改進(jìn)思路

為了能直觀形象的模擬氣體分子對(duì)器壁的撞擊作用，全日制普通高級(jí)中學(xué)物理教科書(shū)，選修3-3第八章第四節(jié)《氣體熱現(xiàn)象的微觀意義》一節(jié)中，對(duì)氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生過(guò)程設(shè)計(jì)了一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)，即把小滾珠往電子秤盤上分次、由少而多地傾倒，觀察秤的指針擺動(dòng)幅度（如圖1）。這個(gè)實(shí)驗(yàn)同樣效果明顯，然而，筆者發(fā)現(xiàn)：在實(shí)驗(yàn)時(shí)撒落的小滾珠四散難收、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地混亂，而且做實(shí)驗(yàn)時(shí)有部分小滾珠會(huì)停在秤盤上，這些小滾珠的重量也會(huì)使秤的指針擺動(dòng)，這樣就會(huì)使模擬氣體分子撞擊器壁的直觀形象度大打折扣，學(xué)生容易發(fā)生誤解，且用電子秤盤做該實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)成本較高。

為此，筆者指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)了兩種方案用來(lái)“模擬氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生”?，F(xiàn)將實(shí)驗(yàn)裝置和創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)過(guò)程作一介紹，愿與同行共商自制教具運(yùn)用于課堂教學(xué)實(shí)踐的技巧和必要性問(wèn)題。

二、制作材料

一個(gè)閑置的玻璃花瓶、一長(zhǎng)一短兩段軟彈簧、細(xì)線、掛鉤、一個(gè)中間凸起的圓形托盤（洗潔劑塑料瓶自制）、一個(gè)圓形鐵片（廢棄易拉罐瓶蓋自制）、一個(gè)塑料瓶蓋、一個(gè)紅色橡皮筋圈、一杯米粒等。

三、制作方法

方案一：

1.在一個(gè)自制軟彈簧的上端拴上線并系上掛鉤，下端掛著的中部凸起的圓形托盤組成一個(gè)自制的彈簧秤（如圖2）；

2.將其掛在一個(gè)閑置的玻璃花瓶邊緣上（如圖3）；

3.外加一杯米粒來(lái)模擬氣體分子（如圖4）。

方案二：

1.將一個(gè)自制圓形鐵片和一個(gè)塑料瓶蓋分別系在一較長(zhǎng)的軟彈簧兩端（如圖5），并將其置于玻璃花瓶底部（如圖6）；

2.同樣外加一杯米粒來(lái)模擬氣體分子。

四、創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)過(guò)程

讓兩位學(xué)生上講臺(tái)互相配合操作，代替教師做演示實(shí)驗(yàn)，真正發(fā)揮學(xué)生的主體作用。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

1.方案一：把自制的彈簧秤懸掛于一閑置的玻璃花瓶?jī)?nèi)（或方案二中：把自制的彈簧秤置于玻璃花瓶底部），使圓形秤盤位于玻璃花瓶中心，周圍不靠花瓶壁。

2.用米粒做空氣分子模型，把裝有米粒的杯子拿到玻璃花瓶的正上方一定位置處，將少量米粒慢慢倒在玻璃花瓶?jī)?nèi)的秤盤上，可看到秤盤會(huì)下降到一定的刻度處。

3.再在相同的高度把大量米粒持續(xù)快速地倒在小秤盤上，秤盤會(huì)下降到較大一段距離處后基本穩(wěn)定不動(dòng)（演示效果：方案一見(jiàn)圖7。方案二見(jiàn)圖8）。

五、演示效果

1.微觀變宏觀、抽象變直觀，化繁為簡(jiǎn)，便于觀察理解。

2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、趣味性強(qiáng)，全班同學(xué)搶著上講臺(tái)爭(zhēng)著做演示，搶不上的也安心靜靜地觀察、思考，或相互探討模擬實(shí)驗(yàn)的真諦——?dú)怏w壓強(qiáng)產(chǎn)生的必備條件。

3.實(shí)驗(yàn)演示直觀形象，突破了教材難點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)了情境化物理教學(xué)氛圍，有助于活躍課堂氣氛。用簡(jiǎn)易的自制教具做實(shí)驗(yàn)，更能引起學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)，達(dá)到意想不到的效果。

4.實(shí)驗(yàn)后，讓同學(xué)們相互討論，很快便總結(jié)出：氣體的壓強(qiáng)產(chǎn)生于氣體分子對(duì)器壁地撞擊過(guò)程，它的大小取決于氣體分子的密集程度和平均動(dòng)能，場(chǎng)面嚴(yán)肅，氣氛活躍。

六、儀器優(yōu)點(diǎn)

用現(xiàn)有的極普通的廢料制作，將中間凸起的圓秤盤掛在一個(gè)閑置的玻璃花瓶?jī)?nèi)，或?qū)в袌A秤盤自制的彈簧秤置于玻璃花瓶底部，米粒既不會(huì)停留在秤盤上，也不會(huì)撒落到地面上，綠色環(huán)保、攜帶方便。并且利用課余時(shí)間進(jìn)行制作，可激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，活躍思維、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高自制興趣，培養(yǎng)動(dòng)手、動(dòng)腦能力。做實(shí)驗(yàn)時(shí)，現(xiàn)象明顯、趣味性強(qiáng)，用于教學(xué)實(shí)踐后提高了教學(xué)效果?？梢詭椭鷰熒M(jìn)一步理解和掌握教村內(nèi)容，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置成本低、易操作，也可解決貧困地區(qū)中學(xué)物理自制開(kāi)展難、實(shí)驗(yàn)教具困乏的問(wèn)題，對(duì)提高中學(xué)物理教學(xué)有重要意義。

七、總結(jié)、評(píng)價(jià)、交流與應(yīng)用

在課堂時(shí)間地點(diǎn)的限制下，通過(guò)學(xué)生上講臺(tái)做演示實(shí)驗(yàn)，既調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，同時(shí)也打破了教師做演示實(shí)驗(yàn)學(xué)生看的常規(guī)，學(xué)生自己動(dòng)手、獨(dú)立思考、相互探討、共同歸納出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，真正發(fā)揮了學(xué)生的主體作用，而教師只是在關(guān)鍵的時(shí)候從旁給予一些必要的點(diǎn)撥和啟發(fā)。同學(xué)們都感到輕松愉快，他們?cè)跉g悅的情境中輕而易舉地掌握了課本內(nèi)容。筆者嘗試用該自制教具做創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)效果明顯?；緦?shí)現(xiàn)了以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的新課改要求。用小米粒模擬氣體分子，使微觀的東西得以宏觀化，抽象的方法得以形象化，創(chuàng)設(shè)了情境，激發(fā)了情意，從而把通用技術(shù)的思想和方法滲透到物理演示實(shí)驗(yàn)當(dāng)中。