对一个有趣实验现象的探究

1、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.卜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人气球和一个小气球，然后将它丿们用一个细管连接,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:如果将夹了拿开，使两球

2、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，他们的理山是:大气球内的气 体多，所以压强大或者压力大.接下來我们实验演示:松开夹了，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二f/s,对于在松开夹子z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，由于两球内气体圧强相同，那表面积 越小，压力越大，所以小气球

3、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，班上位平时比较 调皮的学牛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,我们町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po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

4、.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，以及大小气球的表而积 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 球内的气体压强人于人气球内的气体压强.”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 方而：(1)

5、 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，有的学牛在沉默思考，有的在捏着气球看看能否找到原因学牛 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人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，要想吹人，必须耍克服它的收缩作用”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

6、体压强大于大气球内的气体压强，为什么呢？此时，一个学生站起來说：“我发现气球开始时比较难吹，吹大了就越來越容易吹 了. ”学生纷纷拿起气球来吹，体会这个悄况，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

7、题已解决，但是大家还没有停止探究，因为新的疑问乂出来了，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 表面橡胶弹性产牛的收缩压强大于人气球的表面橡胶的收缩压强？pp2这个问题一下了又难倒大家了，通过反复的实验，儿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冇关,就像弹簧的弹性与弹簧粗细冇关， 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，大家最后沿 着皮的厚度是一个重要的影响因素来探究，得岀如下的探究分析：因为气球被吹时，气球 表而的橡胶皮具有弹性，所以就具有了回复力或收缩力，单位而积上的回复力或收缩力 决

8、定于此时气球表面皮的弹性系数，尤如弹簧的劲度系数，同-种材料的橡胶皮，皮越厚, 弹性系数越大，这样单位面积上的回复力或收缩力就大，于是小气球表面橡胶皮的收缩 压强p皮1人丁大气球表面橡胶皮（较薄）的收缩压强p皮2,人小气球内气体压强分别为 p2和pl, （p2=p皮2+po, pl=p皮1+po），如图2这样小气球和大气球相通后,pl>p2,所以 气体就会tl小气球流向大气球.问题探究到这里，似乎真相已经完全清楚了，止在大家准备结束这个探究问题的时 候，一个学牛站起来了说：“如果这样的解释止确的话，那么乂会产生下面这样的新疑 问”3.3问题再起波澜引发的新疑问：如果这样相通后，气体由小气

9、球流向人气球，导致小气球变得更小， 大气球变得更大，小气球的表皮变得更厚，大气球的表皮变得更薄，按照上面的分析，那 么小气球内的气体就会无限制地向大气球流动.这样就达不到平衡了，但是现象表明小 气球内的气体向人气球内流动到一定的时候就平衡了这是为什么呢?这个突然的反问 使刚才的探究结论出现了新的疑点，大家又重新试验了一下小气球向大气球充气的现象, 发现当气体向人气球流动到一定的时候，就平衡了，这时的小气球内还有一定的气体，但 是小气球的橡胶皮有些软了，大气球这个时候充得更大，皮被撑得很薄.这时大家议论纷纷,还有的试验一下大气球吹大到很大的时候，到底是不是很难吹 大了 所以有了下面的实验探究分析

10、:使用长塑料管子一端和气球相连，嘴对着另一端吹 气（使用长管子吹气防止气球膨胀到一定的程度爆破受伤），亲身感受当气球被吹大后， 继续吹气，发现当气球吹大时容易吹，但是大到一定的程度时，继续吹气,气球又变得难 吹.所以大气球内充气过多时，它的弹性橡胶皮的收缩压强反而变大另外一个可能的原 因是小气球里面气体很少时，它的皮有些软，这个也可能影响它的弹性，即含有气休很少 的小气球,它的皮的收缩压强小所以两个因素可能导致小气球内的气体就不会永远无 限制地向人气球流动，而是如开始实验那样，松开夹子后，小气球变得更小，大气球变得 更大，最后达到一个平衡.至于为什么气球吹大到一定的时候表皮的收缩压强反而变大，

11、 可能是凶为气球的表面橡胶皮的弹性达到一定的程度后变成了非弹性体,这样使收缩压 强变人.4总结和思考尽管问题探究的最终结论可能不完全正确，但是当一个出乎学生意料的实验现象或 疑问被提出后，根据现象提供的线索，应用已有的知识，对现象或疑问背后的原因进行假 设和推理，然后根据假设和推理再设计实验进一步验证假设和推理，以寻求新的证据支 持或否定所做的假设的科学探究方法和探究思维是学生终生发展必须的能力.同时学生 的探究活动表现出一定的课堂生成性,在一个疑问解决的过程屮乂会产生新的需要解决 的疑问，学生围绕这种让他们感兴趣和引发他们探究的科学问题所展开的探究活动，无 疑能够引发他们进行实验研究、收集证据对现象和疑问进行科学解鄴等一系列活动以及