改进实验器材，拓宽猜想的空间和途径

上海市洋泾中学 关 伟

在物理学发展史上不难发现，物理学家们的物理研究规律是先对一些物理问题进行定性分析，几乎不用任何计算就能粗略地获得各量之间的关系，显示出该问题的物理景象，并产生一个能够得到预期结果的方案。而在定性的分析中，经常采用的物理思想方法就是猜想。

“猜想是人们根据一定的经验材料和已知事实为依据，对未知事实或现象的原因及其规律所作的一种有一定推测性的说明，它是经验材料和科学理论之间的一座桥梁，对所研究的问题作出预见性思考，指出解决问题的方向。”这句话中谈到了经验材料、已知事实的重要性。教师在课堂教学中应培养学生的猜想能力，为学生提供丰富的经验材料和已知事实。而提供实验器材是最真实、最重要的事实材料，但有时实验室中提供的实验器材有一定的局限性，不能提供诶学生更多、更广的猜想，这就需要教师对实验器材做出改进，给学生提供更多的猜想途径和空间。

在“安培力”的教学中，学生已经知道了通电导线在磁场中会受到力的作用，并且也学习了左手定则，接下来要学习安培力和哪些因素有关，存在什么关系，通过改进实验器材培养学生的猜想能力。

第一次教学尝试：

（1）实验器材介绍：轨道宽5.8cm，梯形磁铁宽3.5cm，约8cm 长的铝棒，滑动变阻器0—20Ω，四节电动势为1.5V 干电池，电路中电流变化范围0—0.6A。

（2）判断安培力大小：通过金属棒启动快慢来反映安培力的大小。

学生猜想的途径和空间：学生可以通过滑动变阻器改变电流的大小，判断安培力。但是由于金属棒和轨道之间的摩擦力，金属棒启动时要用手轻轻推动，而且也很难观察到启动快慢。由于轨道内只能放置一块磁铁，很难再猜测安培力大小与放入磁场中金属棒有效长度的关系，其他情况更难提供猜测的途径。猜想的物理量，如果不能通过实验检验，那么这个猜想没有实际结果。

第二次教学尝试：

（1）实验器材介绍：边长为6cm，有约50匝导线绕制成的矩形线圈（重为0.3N），蹄形磁铁的宽度 3.5cm，四节电动势为1.5V 的干电池，滑动变阻器0—20Ω 电路中的电流变化范围为0—0.6A。

（2）判断安培力的大小：通过线圈偏离竖直方向的角度来判断

猜想的途径和空间：悬挂起来的线圈只要水平方向受到一点力都会发生偏转，所以学生在改变滑动变阻器、改变电流大小时或者线圈离磁铁远近时，线圈与竖直方向的角度会发生明显的变化（电流为0.25A 时，线圈偏转约30左右；电流0.5A 时，线圈偏转约80左右）。学生的猜想得到验证，但是由于线圈中不能放置两块或更多磁铁，所以猜测有效长度与安培力大小的关系时，即使能够猜测出来，也不能得到检测，这样也限制猜想的途径。如果通过增加线圈匝数来增加放入磁场中导线的有效长度，对于学生而言，不是很直观，猜测的难度比较大。

第三次教学尝试：

（1）实验器材介绍：自制边长为11cm，匝数50匝导线绕制的矩形线圈（重约0.2N）、四节干电池和能够提供1.5、3.0、4.5、6.0v 的电池盒、滑动变阻器0—20Ω 电路中的电流变化范围为（0—0.6A）、两块梯形磁铁（每块磁铁宽度3.5cm）。

（2）判断安培力的大小：通过线圈偏离竖直方向的角度判断。

在课堂教学中，学生根据教师提供的器材提出了8种猜想结果。通过提供不同的电源，学生在猜测电流与安培力关系时，不再局限于改变滑动变阻器也可以改变电源的电动势。通过自制线圈，线圈的边长增大，能够放置两块磁铁，从直观上看，学生的猜测空间加大。在实际的教学中，学生们提出很多改变磁场强弱的方法，为进一步的探究提出了新的问题。

例如，第五种情景，学生开始时认为磁场强度发生变化，后来进一步分析发现，导线进入第二磁场中，安培力方向与原来方向相反，线圈不会发生偏转；第六种情况，经过分析线圈在磁场中部分，磁场的强度没有发生变化，这部分线圈中不同部分受到相反方向的安培力，所以线圈发生偏转，并不能研究安培力与磁场强弱的关系；第七种情况，学生分析磁场的强弱并没有发生改变；第八种情景，当电流方向与磁场方向不垂直时，安培力的大小如何变化。这些由学生猜想出来的想法很有研究价值的，即激发了学生的空间想象力，又激活了学生的思维。

教师为学生有目的、有计划地提供实验材料或改进实验器材，为学生积累感性材料，有利于学生提高观察、猜测、想象能力。这样的猜想为科学探究提供正确的方向，缩小探究的范围，起到事半功倍的效果。