对一个有趣实验现象探究.docVIP

对一个有趣实验现象的探究 1 引言 新的物理课程把科学探究作为学生的学习目标和主要学习方式,要求学生经历和体验科学探究的过程,以提高探究能力、培养探究精神.我们物理教师要深刻理解科探究的意义,同时还要具备在物理实验中实施探究式教学的能力.下面是笔者实施的一个探究性学习活动,希望能对物理教师在设计探究性实验中有所启发. 2 问题的提出 取两个完全一样的气球,将它们分别吹成一个大气球和一个小气球,然后将它们用一个细管连接,气球的细管可以是细玻璃管,两个气球的口分别和细管两端相连,使其不向外界漏气,并且用夹子夹住一端管口处的气球,使两气球内气体暂时不会相通,如图1.请学生们猜想:如果将夹子拿开,使两球的气体相通,这样,大小气球将怎样变化?学生的猜想多数是认为大气球的气体会流向小气球内,他们的理由是:大气球内的气体多,所以压强大或者压力大.接下来我们实验演示:松开夹子,发现小气球变得更小,大气球变得更大,最后达到一个平衡.这个奇特的现象引起了学生的探究兴趣,怎么会这样呢? 3 对实验现象的探究过程 3.1 不同的解释“针锋相对” 这个有趣且出乎意料的实验现象出现后,一会儿就有个性急的学生对“大气球变大,小气球变小”提出下面的解释.学生1:因为p=FS,对于在松开夹子之前,两球内的气体压强都等于外界大气压强p0,但小气球的表面积小,由于两球内气体压强相同,那表面积越小,压力越大,所以小气球内的气体膨胀的压力F1要大于大气球内的气体膨胀的压力F2,当松开夹子后,小气球内的气体向大气球内流动.此时教师没有及时给予评定. 教师:“这个观点对不对呢?原因是不是这样呢?”过了一会儿,班上一位平时比较调皮的学生2拿着一个气球站起来,说:“气球内的气体压强不等于外界大气压强,吹大的气球内的压强比外面的大气压强要大,我们可以用一个吹大的气球来感觉感觉”,下面是他带领大家做的实验. 实验:将一个气球吹大,然后松开气球端口,发现气球内的气体冲向外面,表明气球内的气体压强和外面大气压强p0不相等. 教师:“既然这个同学用实验证明了气球内的气体压强大于外界大气压强,所以刚才学生1的观点就站不住脚了. 另外刚刚学生1还有一个观点是气球内气体膨胀的力大小不同.那么我们通过开始的奇特现象可知,到底是不是膨胀力大小不同呢?” 此时一个学生3站起来说:“上述学生1的观点中比较气体产生的膨胀力的大小是不合适的,因为力是矢量,对于气球内的膨胀力是向各个方向的,以及大小气球的表面积不一样大,无法比较,所以应该比较气球内气体的压强,也就是只能比较大小气球内气体作用在气球壁的单位面积上压力即气体压强,小气球内的气体向大气球流动,所以小气球内的气体压强大于大气球内的气体压强.”通过否定的实验和推理,使寻求问题原因的方向变得明确,比较压强确实是一条路,这时教师和学生们都把问题集中到下面两个方面: (1)为什么大小气球内气体的压强都大于外界大气压强? (2)为什么小气球内的气体压强比大气球内的气体压强更大? 3.2 探究如此艰辛,但又如此引人入胜 围绕这两个问题,有的学生在沉默思考,有的在捏着气球看看能否找到原因.学生4:“将气球吹大,松开,气体向外冲出,表明了气球内的气体压强大于外界的大气压强,这个气球内气体压强与外界大气压强的差值一定是气球的表面橡胶弹性造成的.因为气球有弹性,要想吹大,必须要克服它的收缩作用.” 问题豁然开朗,大家开始议论纷纷,并且都点头同意这个观点,因为只有弹性橡胶皮相隔着内部气体和外界大气.这个观点得到大家一致的认可.第二个疑问是小气球内的气体流向大气球表明小气球内的气体压强大于大气球内的气体压强,为什么呢? 此时,一个学生站起来说:“我发现气球开始时比较难吹,吹大了就越来越容易吹了.”学生纷纷拿起气球来吹,体会这个情况,进而共同分析:吹一个气球,实验发现刚刚开始时难吹,当吹大些就容易吹些,也就从另外一个角度证明了小气球的气体压强确实大于大气球内的气体压强.外界大气压强都是相等的,所以小气球内气体压强与外界大气压强的差值要大于大气球内气体压强与外界大气压强的差值,这个差值不同是因为小气球的橡胶皮弹性产生的收缩压强大,而大气球橡胶皮弹性产生的收缩压强小.大家知道了原来是大小气球的橡胶皮的收缩压强不同,导致小气球内的气体流向大气球.探究到这里,似乎问题已解决,但是大家还没有停止探究,因为新的疑问又出来了,探究更深入了. 引发的疑问:为什么橡胶皮会产生一个使气球向内收缩的压强呢?为什么小气球的表面橡胶弹性产生的收缩压强大于大气球的表面橡胶的收缩压强? 图2 这个问题一下子又难倒大家了,通过反复的实验,几个学生讨论分析出这个制成气球的橡胶皮的弹性力或收缩力可能与皮的厚度有关,就像弹簧的弹性与弹簧粗细有关,也有的同学认为气球这个球体的半径影响收缩压强,根据现有的探究条件