（一）测量物质密度实验的改进

密度知识是初中物理的重要知识之一，对密度知识的掌握情况直接影响以后对压强、浮力等重要内容的学习。因此，学生在初中阶段学好密度知识至关重要。而掌握物质密度的测量方法，对巩固密度知识和加深对密度知识的理解将起到重大的推动作用，同时可以促进学生对压强、浮力等知识的理解和掌握。

物质密度的测量是初中物理的重要实验之一，它的测量方法多样，常常根据实验器材的不同而采取不同的测量方法。下面就谈谈物质密度的测量方法。

1.固体密度的测量方法

（1）密度大于水的固体密度的测量方法（以石块为例）

方法1：用天平、量筒测石块的密度。

实验器材：天平（含砝码）、量筒、水、细线、石块。

分析：这是测量物质密度的基本方法，只要先用天平测出石块的质量m， 再用量筒利用排水法测出石块的体积V，就可直接利用密度公式计算出石块的密度。

方法2：用弹簧测力计、量筒测石块的密度。

实验器材：弹簧测力计、量筒、水、细线、石块。

分析：可先用弹簧测力计测出石块的重力G，再根据公式计算出石块的质量，最后依照方法1得出石块的密度。

方法3：用天平和溢水杯测出石块的密度。

实验器材：天平、溢水杯、水、细线、石块。

分析：实验器材中缺少量筒，无法直接测出石块的体积，但仔细分析，我们便会发现，当我们把石块完全浸没在装满水的溢水杯中时，溢水杯溢出水的体积恰好等于石块的体积。因此，我们只要把溢出的水的体积求出来便可以了。

方法4：用弹簧测力计测出石块的密度。

实验器材：弹簧测力计、水槽、水、细线、石块。

分析：我们可以用弹簧测力计间接地测出石块的质量（见方法2），用称重法测出石块在水中受到的浮力，再根据阿基米德原理计算出石块排开水的体积，此体积即为石块的体积。

（2）密度小于水的固体密度的测量方法（以木块为例）

方法5：用针压法测木块的密度。

实验器材：天平（含砝码）、量筒、水、针、木块。

分析：因为木块的密度比水的密度小，木块会漂浮在量筒的水面上，因此可以用针把木块压入量筒中的水中，才能算出木块的体积。具体实验步骤和实验结论可参照方法1。

方法6：只用装了水的量筒测出木块的密度。

实验器材：量筒、水、细长针、木块。

分析：木块的体积我们可以用量筒测出，又因为木块的密度比水的密度小，木块一定会漂浮在水面上，而漂浮的物体的重力恰好等于它受到的浮力，而浮力又等于被木块排开的水的重力。因此，只要求出木块漂浮在水中时排开水的体积，便可测出木块的密度。

方法7：用刻度尺和水测出柱形木块的密度。

实验器材：刻度尺、水槽、水、柱形木块。

分析：我们可以根据木块漂浮在水中时浸入水中的深度，巧妙地求出木块的密度。

特别说明：根据这种方法，可以把木块巧妙地改装成密度计。

（3）固体密度的特殊测法

方法8：橡皮泥密度的测量。

实验器材：量筒、水、针、橡皮泥。

分析：因为橡皮泥具有可塑性，所以我们只要把它做成空心的，它便会像船一样漂浮在水面上，再仿照方法6测量出橡皮泥的密度。

方法9：马铃薯密度的测量。

实验器材：天平、刻度尺、小刀、马铃薯。

分析：我们可以用小刀把马铃薯削成规则的形状，刻度尺便可派上用场。如果有量筒，也可用小刀把马铃薯挖成空心，然后用测橡皮泥密度的方法测出马铃薯的密度。

2.液体密度的测量方法（以油为例）

方法1：用密度计直接测出液体的密度。

方法2：用天平和量筒测出油的密度（实验室测法）。

实验器材：天平、量筒、油、烧杯。

实验步骤：①用天平测出空烧杯的质量m1。

②用量筒测出油的体积V。

③用天平测出烧杯和烧杯中的油的总质量m2。

结论：

（特别提示：如果按③→①→②的顺序测量，因为有少量油会粘在烧杯上，导致体积测量偏小，密度偏大；如果按②→③→①的顺序测量，会导致测量结果偏小）。

方法3：用杆秤和酒瓶测油的密度（家庭测法）。

实验器材：杆秤、酒瓶、水、细绳、油。

说明：大部分家庭都没有天平和量筒，那么我们在家里怎样测出油的密度呢？我们可以用杆秤代替天平测出油的质量，再用等效替代的方法巧妙地测出油的体积。然后根据密度公式计算出油的密度。

实验步骤：①用杆秤测出空酒瓶的质量m1。(www.daowen.com)

②往酒瓶内灌满水，用杆秤测出瓶子和水的总质量m2。

③把水倒干，重新灌满油，用杆秤测出瓶子和油的总质量m3。

结论推导：油的质量为（m3－m1），油的体积等于水的体积为。因此，油的密度为。

方法4：利用压强知识测出油的密度。

实验器材：两端开口的玻璃管（一端扎有橡皮膜）、刻度尺、水、烧杯、油。

实验步骤：①将玻璃管扎有橡皮膜的一端插入水中（不接触杯底）。

②往玻璃管内慢慢倒油，直到橡皮膜变平为止。

③用刻度尺测出橡皮膜分别在水中和油中的深度h1、h2。

结论推导：橡皮膜受到水的压强为p1=ρ水h1g，受到油的压强为，因为，所以。

方法5：用长方体木块和刻度尺测油的密度。

实验器材：长方体木块、水、油、烧杯、刻度尺。

实验步骤：① 把长方体木块平放在水中，用刻度尺测出长方体木块浸入水中的深度h1。

② 把长方体木块平放在油中，用刻度尺测出长方体木块浸入油中的深度h2。

实验结论：设长方体木块的底面积为S，则长方体木块在水中受到的浮力为　，在油中受到的浮力为　，根据两浮力相等，容易得出。

以上就是笔者在物理教学中遇见并总结的实验方法，只要各位同仁用心总结，一定能想出更多更好的测量物质密度的方法来。

（二）“研究影响滑动摩擦力大小的因素”实验改进

“研究影响滑动摩擦力大小的因素”实验是初中物理的一项基础实验，通过该实验，可以使学生对两个物体之间的滑动摩擦力与它们之间的正压力以及两个物体接触面粗糙程度之间的定性关系有一个直观的了解和认识。笔者发现，不同版本的初中物理教科书设置的“研究影响滑动摩擦力大小的因素”实验，尽管细节略有不同，但基本方法是一样的。

（1）用弹簧测力计匀速拉动木块，使它沿水平长木板滑动，运用二力平衡知识测出木块与长木板之间的滑动摩擦力。

（2）改变放在木块上的砝码，从而改变木块对长木板的压力，测出压力改变之后木块所受的滑动摩擦力。

（3）换用材料相同但表面粗糙的长木板，保持木块上的砝码不变，测出此种情况下的滑动摩擦力。

根据实验数据，即可总结滑动摩擦力与两个物体接触面的粗糙程度以及它们之间压力大小的定性关系。

1.教材中原实验的缺陷和不足

在实验教学中，我们可以发现教科书设置的实验中存在以下不足：

第一，实验时，用手直接拉弹簧测力计让木块滑动，虽操作简单，但木块在木板上滑动时，很难保持匀速直线运动。因此，在拉动木块的过程中，大多可以明显观察到运动中的弹簧测力计指针所对应的数值无法保持恒定，这会导致读取的实验数据偏差过大。

第二，实验中改变接触面间的压力是通过增减砝码数量来实现的。尽管这种操作简单，但是对于刚学习物理不久的初中学生来说，认识事物还很感性，他们大多会认为不断增减砝码数量就是在改变物体的质量或者重力。于是就出现了实验结束后归纳总结实验结论时，尽管教师不断引导是压力影响了滑动摩擦力大小，但还是有相当一部分学生错误地认为是质量或重力影响了两个物体之间的滑动摩擦力。笔者认为，可以通过改进实验方法来改变接触面间的压力，能让学生更容易得出压力是影响滑动摩擦力大小的因素。

考虑做出如下改进实验设计的科学性及实验操作的可行性，笔者对教材中的实验改进如下。

2.实验改进

（1）实验器材：弹簧测力计、细线、磁铁（2块）、毛巾、棉布、带有定滑轮的长木板。

（2）针对第一点不足，改进的实验方案：将弹簧测力计悬吊起来，把平放于毛巾上的磁铁一端用细线通过定滑轮与弹簧测力计相连，缓慢拉动毛巾，这时磁铁受拉力和毛巾对它的滑动摩擦力而平衡。在操作过程中可以发现，磁铁相对木板保持静止，弹簧测力计指针稳定不动，所以读取数据非常准确。另外，这样的实验设计将弹簧测力计沿竖直方向悬吊，可以很好地把弹簧测力计自身重力对实验的影响平衡掉，实验效果非常好。

（3）针对第二点不足，改进的实验方案如下。

方案1：

缓慢拉动毛巾，读出此时弹簧测力计的示数，测出磁铁所受毛巾滑动摩擦力大小。

在长木板的下方放置另一磁铁，使此磁铁和毛巾上的磁铁的异名磁极正对，两磁铁彼此吸引，然后缓慢拉动毛巾（从实验操作中可以发现，拉动毛巾时，两磁铁是相对静止不动的），读取弹簧测力计的示数，测出此时磁铁所受滑动摩擦力。

实验发现，在改变磁铁与毛巾间的压力的实验中，滑动摩擦力变化得非常明显。利用磁极间相互作用规律（异名磁极相互吸引）来增大磁铁与毛巾接触面间的压力，可以使学生清楚地看到实验操作中并没有改变磁铁的质量或者重力，更有利于学生得出压力是影响滑动摩擦力的因素这一正确结论。

为了得到更具一般性的结论，需要不断改变压力的大小。为此，可以选择几个磁性强弱不同的磁铁，先后分别放在木板下方正对上面磁铁的位置（异名磁极相对放置），再匀速拉动毛巾，读取测力计的读数，测量磁铁与毛巾之间的滑动摩擦力。当然，为了让学生直观感受到压力的变化，可以在每次更换磁铁之前，用弹簧测力计将木板上方的磁铁缓慢吊起，测量出最大拉力（亦即磁铁与毛巾之间的正压力——该压力大于上面磁铁的重力）。

方案2：

依然用上述改进方法来进行——用悬吊起来的弹簧测力计，并结合固定于木板上的定滑轮来进行测量。木块与毛巾之间的压力大小可以通过以下方法进行测量：细线的一端拴在木块上，绕过上面悬挂的定滑轮之后，在细线另一端悬挂钩码，通过改变钩码的个数来改变细线对木块的拉力，从而改变木块与毛巾之间压力的大小，压力改变之后，用手拉动毛巾，观察并记录弹簧测力计的读数（亦即木块与毛巾之间的滑动摩擦力）。

在课堂教学中，笔者采用这样的改进方法进行实验。通过教学发现，不论是通过磁铁之间相互作用的方法来改变两个物体之间的压力，还是通过悬挂钩码对物体产生拉力的方法来改变压力，学生都会直观地认识到在压力改变时，研究对象物体的质量和重力都没有改变。学生就不会产生滑动摩擦力的大小和物体的质量或重力有关的错误认识。

作为教师，在教学过程中应力争做到以学生为主体，分析学生对哪些知识的理解可能存在困难，教学内容怎样安排才能更利于学生构建知识。物理实验教学也是如此。教师在在设计实验时，应深入分析传统实验的优点和不足，不断改进实验教学方法，以使学生对知识的理解更到位、更透彻。

【注释】

[1]郝云峰，马雪莲.解读21世纪教育的“四大支柱”[J].成人教育，2010，30（10）：36-37.

[2]陈苏.初中物理中培养学生科学探究素养的策略研究[D].武汉：华中师范大学，2019：16.

[3]闵辉.PISA科学素养测试的新变化及教学启示[J].教育参考，2019（01）：22-30+55.

[4]郭玉英，张玉峰，姚建欣.物理学科能力及其表现研究[J].教育学报，2016，12（04）：57-63.

[5]濮晨香.基于互联网+背景研究初中物理实验教学改革[J].考试周刊，2018（68）：156.

[6]涂涛，李文.新媒体与未来教育[J].中国电化教育，2015（01）：34-38.

[7]黄爱国.“互联网+”时代的中学物理教学展望[J].物理教师，2017，38（06）：74-76+79.