物理实验中&濒诲辩耻辞;异常&谤诲辩耻辞;现象的发现和追踪
&尘诲补蝉丑;求不能用排水法测定的小物体体积*
仲扣庄 刘炳昇
（南京师范大学物理科学与技术学院 江苏 210046）
一、引言
在正常操作的物理实验过程中，可能会出现与预期的结果不一致的&濒诲辩耻辞;异常&谤诲辩耻辞;现象，这种现象是极好的动态生成的教学资源，通过引导学生自主发现实验中的&濒诲辩耻辞;异常&谤诲辩耻辞;，提出并清晰表达问题，追踪&濒诲辩耻辞;异常&谤诲辩耻辞;现象的成因，在真实的问题情境中探究，可培养他们的问题意识，促进对物理知识的掌握，甚至提出新的、富有创造性的实验思路。如在使用多用电表测量“220V 60W&谤诲辩耻辞;灯泡电阻的实验中，学生首先会根据灯泡规格参数，算得电阻为807&翱尘别驳补;，以此为参照，用欧姆档测定电阻，得到的值却为65&翱尘别驳补;，心存疑惑，进行了多次测定，通过与同学交流，发现了&濒诲辩耻辞;异常&谤诲辩耻辞;现象，进而提出多种猜想，展开对金属电阻与温度关系的探究，有效发挥了&濒诲辩耻辞;异常&谤诲辩耻辞;实验现象的教学功能。
二、利用DIS验证玻意耳定律实验中的&濒诲辩耻辞;异常&谤诲辩耻辞;现象
利用DIS系统配置的压强传感器和注射器，可做验证玻意耳定律的实验[1]。在运用&濒诲辩耻辞;计算表格&谤诲辩耻辞;的状态下，点击&濒诲辩耻辞;手动记录&谤诲辩耻辞;，系统可自动测量、记录注射器中空气的压强，体积则可从注射器上标注的刻度读出，并人工记录。学生在一次实验中得到的数据如表1，为了验证玻意耳定律，点击&濒诲辩耻辞;公式&谤诲辩耻辞;按钮，定义变量x1=1000/p1，利用&濒诲辩耻辞;绘图&谤诲辩耻辞;功能，可作出x1－V1散点图。对该图进行线性拟合，如图1所示，可读出图线的方程为：y=2.1029x+(-0.3015)，表明气体的体积与压强的倒数成线性关系，但直线在两坐标轴上均有截距，不能进一步说明气体的体积与压强的倒数成正比。多次进行实验，均出现了这种&濒诲辩耻辞;异常&谤诲辩耻辞;现象，问题出在何处？经过仔细观察发现：注射器和压强传感器通过一根短胶管连接，其中封进的空气体积未被计入，V1－x1图线在V1轴上截距为负值，其绝对值0.3015 mL即为胶管中空气的体积，据此对体积值进行修正，可验证玻意耳定律的正确性[2]。追踪以上实验过程，学生们进一步提出新的实验思路：可应用以上实验方法测定小物体的体积。
表1
|
序号 |
p1/kPa |
V1/mL |
x1 /MPa-1 |
|
1 |
103.2 |
20.0 |
9.6899 |
|
2 |
109．0 |
19.0 |
9.1743 |
|
3 |
114.8 |
18.0 |
8.7108 |
|
4 |
121.8 |
17.0 |
8.2102 |
|
5 |
129.2 |
16.0 |
7.7399 |
|
6 |
137.2 |
15.0 |
7.2886 |
|
7 |
147.8 |
14.0 |
6.7659 |
|
8 |
158.8 |
13.0 |
6.2972 |
|
9 |
171.4 |
12.0 |
5.8343 |
|
10 |
186.4 |
11.0 |
5.3648 |
|
11 |
201.4 |
10.0 |
4.9652 |
图1 x1（
叁、测定形状不规则小物体体积的新方法
在物理教学中有时需测定尺寸较小的固体的体积，对于形状规则的物体，采用测量加计算的方法；对于像螺丝帽、小石块等形状不规则、不溶于水且能沉入水中的物体，则采用排水法[3]。而有些形状不规则的小物体，或溶于水，或吸收水分，或漂浮于水上，如花生米、蚕豆等均不能用以上方法测定体积。把它们放入注射器中，利用DIS系统可顺利进行测定，本文以蚕豆体积的测定为例。
首先利用空的注射器和压强传感器，测定一组V1、p1数据,作出V1－1000/p1图线，读出在V1轴上的截距为－0.3015 mL（如图1）；把蚕豆放入注射器中，再测定一组V2、p2数据（如表2）,作出V2－1000/p2图线，如图2所示，可读出图线的方程为：y=1.9521x+(1.2021)，其在V1轴上的截距为：蚕豆的体积－胶管中空气的体积，其值为+1.2021mL，两截距之差的绝对值则为蚕豆的体积，结果取2位有效数字，测得的数值为1.5 mL。
表2
|
序号 |
p2/kPa |
V2/mL |
x2 /MPa-1 |
|
1 |
103.4 |
20.0 |
9.6712 |
|
2 |
109.6 |
19.0 |
9.1241 |
|
3 |
116.2 |
18.0 |
8.6059 |
|
4 |
124.0 |
17.0 |
8.0645 |
|
5 |
132.2 |
16.0 |
7.5643 |
|
6 |
141.2 |
15.0 |
7.0822 |
|
7 |
153.6 |
14.0 |
6.5104 |
|
8 |
166.2 |
13.0 |
6.0168 |
|
9 |
181.2 |
12.0 |
5.5188 |
|
10 |
198.6 |
11.0 |
5.0352 |
|
11 |
219.4 |
10.0 |
4.5579 |
图2 x2（
四、结束语
在物理实验教学中，我们要关注预设性和生成性教学目标的有效融合，充分发挥“异常&谤诲辩耻辞;实验现象的教学功能，以提高实验探究的开放性和实效性。在本实验中，用DIS验证玻意耳定律时，对V－1000/p图线进行细致考察后，似乎在等温条件下，一定质量的空气的体积与压强并不成正比，出现了&濒诲辩耻辞;异常&谤诲辩耻辞;现象，未达成预设性教学目标，可适时引导学生追踪实验中不期而遇的问题：为什么此直线不过原点？注意到胶管中空气的体积后，问题得到了解决，同时还使我们想到了测定物体体积的新方法。再观察图1、图2中V－1000/p图线，可发现两者的斜率不同，可把学生的思路引向注射器中所封空气质量的不同。这样的教学处理体现了新课程的理念，可有效培养学生的探究能力，增进他们对物理概念和规律的理解。
参考文献
[1]束炳如，何润伟．普通高中课程标准实验教科书 物理必修3-3[M]．上海：上海科技教育出版社，2007．38．
[2]张溶菁．中学物理数字化实验研究――DIS校本课程开发与实践[M]．上海：上海教育出版社，2009．111－115．
[3]刘炳昇，李容．义务教育课程标准教科书物理8年级下册[M]．南京：江苏科学技术出版社，2007．12－13．
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