三 通俗讲解与恰当比喻

往往有这样一种情况，就实验及其操作步骤来说没有什么不妥之处， 但学生却不易理解，甚至产生错觉或疑惑，不能正确地思维，更不能得到自己确信的结论。因此，我们在进行实验研究时，应该设身处地地为学生着想，实验教学层次（程序）不能使学生产生错觉，不能使学生对实验现象和结果似信非信。我们应该针对学生在实验观察和思维上的种种难点， 进行通俗的讲解和比喻，甚至可以辅以另一简单的实验或实例来加以说 明，以确保实验教学的效果。

低压沸腾实验

有一种低压沸腾的实验演示方法是这样的，将圆底烧瓶里的热水烧至

沸腾，移去酒精灯，用塞子塞紧烧瓶，此时水不再沸腾；把瓶子倒过来，在瓶底上面浇冷水，可见瓶内的水又沸腾了。这个实验现象是清晰的，但对于初中学生来说，由于没有一定质量和体积的气体，当其温度降低后其压强也要降低的知识，对于浇了冷水后瓶内的水沸腾是在低压下的沸腾这一点，常常是半信半疑的。如要消除这一疑惑，在实验教学层次（程序）中就需要增加这样的内容：让学生确信浇了冷水后，瓶内的气压小于

大气压。为了说明这个问题。可对实验仪器稍加改进：在橡皮塞子上插一根玻璃管（如图 7-8 所示），玻璃管外端套一橡皮管，用一夹子将橡皮管夹紧，不使其漏气。按原方法进行演示，最后，将橡皮管的下端置于红色水中，打开夹子，可见红色水在烧瓶内喷出（即表演低压喷泉实验）。由此说明了浇了冷水之后瓶内气压低于大气压这一事实。

玻璃瓶受力形变

高一在“弹力”这部分内容中提到：任何物体受到任意小的力，都要发生形变；不发生形变的物体是不存在的。为说明这一点，不少资料上介绍了下述玻璃瓶受力形变的实验。

如图 7-9 所示，在三角玻璃烧瓶的瓶塞中插一根细玻璃管，瓶内装满红色水，在玻璃管中水面处用小橡皮圈做上记号。

演示时，用手压玻璃瓶底，可以看到玻璃瓶上面玻璃管中的水面会升高；撤去压力，玻璃管中的水面就会回到橡皮圈所在位置。实验说明玻璃瓶在外力作用下发生了形变。

这个实验的原理可简述为：

玻璃瓶受力—形变—容积减少（由于液体不可压缩）—水往上升然而， 学生在看这个实验时，常会产生两个错觉：（1）瓶不是玻璃的；（2）手接触瓶子后传热给瓶子，使瓶内的液体受热膨胀。为避免学生产生上述错觉，许多老师采取下述改进措施：（1）演示前先用金属棒敲瓶子，使学生确信这是玻璃瓶。（2）瓶子选用 1kg 装的椭圆形底的墨水瓶。这样，当瓶子椭圆截面的短半轴方向受压力时（如图 7-10 所示），水柱上升；当瓶子

椭圆截面的长半轴方向受压力时（如图 7-11 所示），水柱下降。如果前者“能”用“受热膨胀”来解释的话，那么后者用“受热缩小”是解释不通的。可见水柱高度变化的原因并非受热膨胀。

但是，上面的演示不能使学生确信，不论水柱是上升还是下降，都是由于受力形变的缘故。虽然我们可以向学生做这样的解释：在瓶子椭圆截面的周长基本不变的情况下，椭圆截面短半轴方向受压力后，短半轴更 “短”了，即截面积（S=πa·b）变小—容积变大—水柱上升；而椭圆截面长半轴方向受压力后，长半轴变“短”了，同时短半轴变“长”了，这样，长半轴 a 和短半轴 b 的乘积增大了，则截面积变大—容积变大—水柱下降。但是，学生对此还是不容易理解的（尽管上述解释很费口舌），因为高一学生对于椭圆的一些几何知识和面积计算还是比较生疏的（一般在

高二或高三才学到）。

那么，怎样使学生接受不论水柱是“上升”还是“下降”都是由于受力形变的缘故呢？对此，可用一个简单的实例类比。大家都有挤牙膏的经验。牙膏壳的截面可以近似地看做是一个椭圆，我们可以向学生提出类似下述的问题：挤牙膏你是怎么挤的？你是沿短半轴方向挤、还是沿长半轴方向挤？如果挤出的牙膏太多了，要使挤出的牙膏缩回去一些，你将怎样？ 你是沿短半轴方向挤一下呢，还是沿长半轴方向挤？用牙膏实际操作，当学生看清这个熟悉的现象，并相信这个现象后，他自然也就相信了水柱“上升”、“下降”都是由于受力形变的缘故了。