对比实验在物理课堂中的应用

对比实验是以正确的实验操作和观察为基础，以实验现象为依据，对实验过程中通过人为控制所产生的两个类似现象之间的差异进行对比分析的一种实验教学过程。在高中物理课堂中应用对比实验教学，可以培养学生学习兴趣，提高学生发现问题和应用知识解决生活中实际问题的能力，培养学生设计实验及动手操作的能力，形成正确的物理概念，深入理解物理规律。
　　
　　一、应用对比实验纠正错误认识，形成物理概念
　　
　　在学习某些物理知识前，由于先入为主和生活经验等原因学生会形成错误认识。为了纠正学生已形成的错误认识，建立正确的概念，巧妙恰当的应用对比实验会受到很好的教学效果。比如在讲授“自由落体运动”时，为了建立正确的自由落体模型，我设计了以下对比实验。
　　
　　范例1：先从同一高度由静止同时释放一个铁球和一张纸片，结果铁球下落快。学生结合日常生活的经验就大胆认为，重物下落快。教师追问，这个结论是否具有普遍性呢？接着做实验，取两张相同的纸片，将其中一张用剪刀剪去一半，剩下的一半揉成纸团，再次从同一高度由静止同时释放纸团和纸片，结果观察到纸团下落快。学生仿照前一个实验的分析，得出结论：轻物下落快。
　　
　　说明：这组对比实验可以得出，物体下落的快慢与轻重无关，纠正了“重物下落快”的错误的生活经验认识。是什么共同的原因使纸片比铁球和纸团都下落得慢呢？学生分析得到：纸片受到空气的阻力作用比较大．
　　
　　范例2：分别取三个相同深度的量筒A、B、C，并排放在水平桌面上，量筒B和C分别装上清水和洗洁精配制的溶液，将三个相同铁球同时同高度释放，观察到钢球运动的快慢不同。结果观察到，A中的小球最快，C中的小球最慢。接着在量筒C里面再做实验，取形状和体积完全相同的铁球和塑料球，同时同高度释放，结果铁球运动快。
　　
　　说明：从A、B、C三个量筒中小球的对比实验可以得出，阻力对物体的运动有影响，且阻力越大，对运动的影响越大。从C中的钢球与塑料球对比实验进一步得到阻力相对重力越小，对运动的影响就越小，这样一步步地形成正确认识。
　　
　　范例3：如果没有阻力，物体下落的情况会怎样？自然地引出“牛顿管”实验，用抽气机抽走牛顿管中的大部分空气，里面近似认为是真空状态。将管中的羽毛和铁片同时同高度释放，结果观察到两者下落一样快。
　　
　　说明：通过羽毛和铁片对比观察，最后得出关键性的结论，如果没有阻力，物体只受重力由静止开始下落的运动的快慢都是相同的，物理上就把这种运动叫自由落体运动。这样自由落体运动的概念水到渠成。
　　
　　二、应用对比实验进行科学探究，导出物理规律
　　
　　为了弄清影响物理事物的内外因素与事物本身的关系，就必须通过实验对影响物理事物的内外因素一一进行探究，比较并加以确定。实验方法就是进行单因素比较，在实验中进行只有一个因素不同，其它因素相同的实验，这就是对比实验探究法。比如，在讲授“安培力磁感应强度”这一节时，对于安培力的大小和方向都采用了对比探究的办法。
　　
　　范例4：利用了安培力演示器（如图）先进行大小探究。第一步，当通电导线长度和磁场一定，调节滑动变阻器的滑片改变电流，观察：指针发生偏转，且偏转角度随电流增大而增大。第二步，当通电电流和磁场一定，改变导线的长度，分别观察：指针发生偏转的角度随导线长度的增大而增大。第三步，当通电电流和导线长度一定，更换磁铁，再次分别观察：指针发生偏转的角度不同。
　　
　　说明：通过对比探究得到，影响安培力大小的因素：磁场、导线长度和通电电流。且磁性越强（磁场越强），电流越大或直导线越长，安培力越大。
　　
　　范例5：利用安培力演示器对安培力的方向进行对比探究。先按照下表实验序号为1的图例做实验，即竖直向下的磁场和水平向里的电流，观察到的现象是受到的安培力的方向水平向左。如果只改变电流的方向做实验二，发现受到的安培力的方向也改变，其方向水平向右。如果再改变磁场的方向做实验三，发现受到的安培力的方向再次改变，其方向水平向左.