1 問題的提出
“掀不開的報紙實驗”來源于前蘇聯(lián)的一本教學(xué)參考書。中央電視臺少兒節(jié)目中曾演示過這個實驗。一根木條一部分置于桌面之外，在木條另一部分上鋪張報紙，當用力撞擊伸出桌面那部分木條時，出現(xiàn)了意想不到的結(jié)果：木條被擊斷了。似乎桌面上鋪的那張報紙有幾十斤的重量將它下面的那段木條穩(wěn)穩(wěn)地壓住了。電視節(jié)目中的實驗人員解釋其中的原由：是大氣壓壓住了報紙。這時有學(xué)生提出質(zhì)疑：大氣壓到處存在，報紙上表面受到大氣壓作用，下表面同樣會受到大氣壓作用，其結(jié)果上下表面壓力相等而抵消，為什么還會有壓力壓住報紙呢？究竟是誰壓住了報紙？
2 引導(dǎo)學(xué)生分析現(xiàn)象提出初步假設(shè)
學(xué)生針對該課題七嘴八舌議論開來，我們生活在大氣的海洋中，空氣中的物體都會受到來自各方向的大氣壓作用，報紙也無不例外地受到向上和向下的大氣壓的作用而處于平衡狀態(tài)，那么，又會是誰壓住桌上那段木條而不翹起呢？學(xué)生們在已有知識的基礎(chǔ)上分析認為，只有從大氣壓以外的作用途徑尋找對象，有人提出可能是空氣阻力，也有人提出可能還有慣性在作怪，學(xué)生們最后提出他們的猜測：是空氣阻力和慣性共同作用的結(jié)果。
假設(shè)1：空氣阻力+慣性。
3 實驗設(shè)計并收集數(shù)據(jù)
學(xué)生根據(jù)分析結(jié)果，針對初步假設(shè)進行可行性分析及設(shè)計。
（1）首先應(yīng)排除大氣壓的因素，需選擇一個大氣壓不起作用的環(huán)境：透氣的鋼絲網(wǎng)作實驗平面。
（2）選用器材：鋼尺32cm；重錘50g；報紙10g，5×39cm2；棉布90g，46×79cm2；塑料布20g，45×4cm2。
（3）設(shè)計對比實驗，仔細觀察實驗現(xiàn)象。在桌面和鋼絲網(wǎng)上分別用報紙覆蓋部分鋼尺，以同樣的沖量撞擊鋼尺的伸出部分，觀察并記錄實驗現(xiàn)象，見表1。
注：鋼尺伸出接觸面長度10cm。
將報紙換為棉布和塑料布進行實驗，得到相同結(jié)果。
4 分析實驗現(xiàn)象
上述實驗清楚表明，微小的沖量作用于鋼絲網(wǎng)上伸出接觸面的鋼尺部分，就可掀動報紙使鋼尺彈出，而桌面上的實驗結(jié)果則完全不同。為什么會出現(xiàn)如此鮮明的對立現(xiàn)象昵？學(xué)生積極思維，分析現(xiàn)象，提出各自看法，相互辯論，最后在爭論中統(tǒng)一了認識：空氣阻力+慣性的假設(shè)不成立，因為從實驗現(xiàn)象沒有得到任何支持此假設(shè)的證據(jù)。
5 重做實驗，觀察現(xiàn)象，再次提出假設(shè)
上述實驗說明假設(shè)1不成立，此結(jié)果讓學(xué)生陷入困境，教師及時引導(dǎo)學(xué)生重做桌面實驗，同時注意觀察現(xiàn)象。學(xué)生在反復(fù)實驗和細致觀察的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)在實驗中，報紙或棉布的四周好像被粘在桌面上一樣，報紙下的尺端部位卻微微鼓起個小包。奇異現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，引發(fā)出學(xué)生極大的探究興趣，你一言我一語地發(fā)表觀點和猜測，最終形成新的假設(shè)，報紙上下表面都受到了大氣壓的作用，只是上下表面受到的壓力可能不相等，存在一個差值。
假設(shè)2：報紙上下表面的大氣壓力差。
6 設(shè)計實驗并進行驗證
（1）用報紙覆蓋在桌面的鋼尺上，測量鋼尺伸出桌邊不同長度、重錘施加不同沖量的撞擊結(jié)果，見表2。
（2）分別用棉布和塑料布覆蓋在桌面的鋼尺上，測量鋼尺伸出桌邊不同長度、重錘施加不同沖量的撞擊結(jié)果，見表3和表4。
（3）用硬紙板做同樣的實驗，記錄實驗結(jié)果，見表5。
7 分析討論并作出解釋
在以上用鋼尺代替木條的模擬實驗中，可以概括如下特征：
（1）軟質(zhì)物體覆蓋鋼尺時，作用較大沖量，仍能壓制鋼尺不被彈出。
（2）硬質(zhì)物體覆蓋鋼尺時，不論作用多大沖量，鋼尺均被彈出。
（3）對軟質(zhì)物體，在沖量大到一定程度時，鋼尺振動加大或彈出。
上述現(xiàn)象表明，該實驗并不像電視節(jié)目中實驗人員解釋的那么簡單，僅僅是大氣壓作用于報紙的結(jié)果。實驗中學(xué)生發(fā)現(xiàn)在鋼尺經(jīng)受撞擊后，報紙、棉布與塑料布中間部位都會有略微鼓起，這說明報紙（以報紙為例）與桌面之問的空隙增大了。在撞擊的一瞬間，鋼尺的一端被壓下，而另一端彈起，將報紙向上頂起，使報紙與桌面間空氣體積增大，而此時外界空氣來不及補充進來，根據(jù)玻意爾定律，報紙與桌面間氣體壓強減小，從而使報紙上下表面形成壓強差。所以，應(yīng)該是這個壓強差牢牢地將報紙壓住。硬紙板的對比實驗進一步證明，當鋼尺一端受力，另一端翹起，硬紙板當即被鋼尺頂起，整個紙板離開桌面，在尺端不能形成瞬間封閉的空間，外界氣體迅速填補進來，使其不能形成壓強差，所以，看不到鋼尺伸出部分振動的現(xiàn)象。
8 探究木條被擊斷實驗1
在進行探究木條被擊斷成因的真實實驗過程中，學(xué)生首先面臨的問題是如何量度沖量的大小，學(xué)生們想出種種可度量沖量的方法，但都因沖量數(shù)值太小被否定了，最后決定由一人操作，控制沖量大致在三個等級上。
（1）沖量的三個等級：輕擊木條，作用時間較長，沖量?。恢負裟緱l，作用時間較短，沖量較大；大力擊打木條，作用時間很短，沖量很大。
（2）實驗器材：木條長32cm，厚4mm；報紙10g，54×39cm2。
（3）驗證對比實驗。在桌面和鋼絲網(wǎng)上，將木條分別伸出接觸面10cm、15cm，觀察現(xiàn)象如表6。
學(xué)生認為該對比實驗結(jié)果表明模擬實驗所得出的實驗結(jié)論是正確的，并且桌面和鋼絲網(wǎng)實驗分別從正、反兩方面對模擬實驗最后的結(jié)論予以證實。唯有一點實物與模擬實驗不同，在木條伸出15cm、沖量十分大的情況下，木條會被擊斷。在學(xué)生感覺探究活動已經(jīng)結(jié)束之時，教師再次鼓勵學(xué)生從多角度考慮問題，大膽想象不可能發(fā)生的情況或前面實驗中所不曾想到的情形，讓本次探究活動更加全面、系統(tǒng)。學(xué)生受到啟發(fā)，提出可以對不覆蓋任何物體的木條作一次新探索。
9 探究木條被擊斷實驗2
從實驗驗證的全面性出發(fā)，學(xué)生設(shè)計了第二個對比實驗。在桌面上進行加蓋報紙與不覆蓋任何物體的對比實驗，如表7。教師指導(dǎo)學(xué)生對上述數(shù)據(jù)分析概括，并完整地表述出來。
（1）在木條伸出桌面10cm和12cm條件下，相同數(shù)據(jù)對比表明，有無覆蓋物，產(chǎn)生的結(jié)果明顯不同，說明報紙上下壓差起決定性作用。
（2）在有覆蓋物、木條伸出桌面15cm條件下，沖量不十分大時，木條沒有被擊斷，而伸出10cm和1cm時，同等沖量大小作用木條被擊斷，說明木條伸出的長度對擊斷木條的難易程度有影響。
（3）在有覆蓋物、木條伸出桌面15cm和無覆蓋物、木條伸出10cm和12cm條件下，沖量足夠大時木條也會被擊斷。
（4）沖量足夠大時，有無覆蓋物實驗結(jié)果都與沖量較小時有顯著不同。它說明了什么問題？學(xué)生分析討論后推測沖量大到一定程度，覆蓋物上下表面壓力差就不起主要作用。同時，學(xué)生又產(chǎn)生了新的疑問，在沖量足夠大時，是誰在起主要作用昵？學(xué)生既為獲得真實實驗驗證結(jié)果正確而高興，又為新的問題的發(fā)現(xiàn)還無解決途徑而焦慮。教師對學(xué)生的前期探索發(fā)現(xiàn)給予極大的肯定，并激勵他們繼續(xù)向前探索。
10 深入探究獲得新發(fā)現(xiàn)
教師拿起被擊打過的木條，讓學(xué)生仔細觀察。學(xué)生發(fā)現(xiàn)雖然木條沒有斷裂開來，但伸出桌面那部分木條已發(fā)生輕微變形。這一發(fā)現(xiàn)又激起學(xué)生探究的熱情，他們經(jīng)過查閱有關(guān)資料、共同研究認為，可能是在木條上快速作用一個較大的力，由于時間短暫，作用力被桌邊阻擋還來不及傳遞到整個木條，在伸出桌面的部分木條上產(chǎn)生一對力矩。力矩的作用效果使物體轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)動效果十分明顯時，引起木條斷裂。這就是說，作用很大的沖量能夠使一般條件下不可斷裂的木條被擊斷。有的學(xué)生提出改變作用點，再進行實驗。實驗中學(xué)生有了新的發(fā)現(xiàn)，作用點越接近木條與桌邊接觸點，木條越容易被擊斷，而且只需用較小的沖量就可以擊斷伸出桌面任何長度的木條。多次實驗后，學(xué)生認為在桌邊作用沖量擊斷木條的原理完全不同于前述大氣壓力差原理，它是上下一對作用力幾乎作用于同一點形成沿桌邊的上下剪切力，像用剪刀剪切物體一樣，將木條瞬間剪切斷。學(xué)生在分析成因中，又做出一個推測：若剪切力起主要作用，大氣壓的存在與否則無關(guān)緊要，此推測可在鋼絲網(wǎng)上得到驗證。于是，學(xué)生在鋼絲網(wǎng)上重復(fù)木條伸出不同長度的驗證實驗，實驗結(jié)果顯示：伸出鋼絲網(wǎng)邊緣長短不同的木條都能輕而易舉地被擊斷。學(xué)生的推測得到證實后，他們高興地都跳了起來。
11 評價
（1）本課題為高中課外探究活動實例，整個活動是在學(xué)生自主探索、逐步尋求問題解決的過程中進行的。教師的作用重在引導(dǎo)，在學(xué)生探究活動告一段落或遇到問題陷入僵局時，引導(dǎo)學(xué)生看到初步的探究成績，激發(fā)探究的動力；引導(dǎo)學(xué)生尋找問題解決的突破口，使探索能不斷深入下去。
（2）學(xué)生在親歷探究活動的全過程中，能夠受到一定的科學(xué)研究方法的熏陶，從經(jīng)歷提出問題→猜想、假設(shè)→設(shè)計解決方案→實驗驗證→現(xiàn)象分析→得出結(jié)論的研究過程中，受到研究方法訓(xùn)練，初步體會面對比較復(fù)雜的問題如何科學(xué)地應(yīng)對，增強他們探究問題的勇氣。
（3）這項活動給予學(xué)生應(yīng)用物理知識和方法解決生活中的現(xiàn)實問題的機會，使物理課外學(xué)習(xí)變換了就鞏固課堂內(nèi)容而進行強化訓(xùn)練的常規(guī)學(xué)習(xí)環(huán)境，轉(zhuǎn)移到學(xué)生的現(xiàn)實生活中來，轉(zhuǎn)移到學(xué)生感興趣的事物上來。這是一次嘗試，也是一次探索。
（4）探索過程中學(xué)生找不出什么規(guī)律時，免不了會產(chǎn)生厭煩情緒，能夠克服困難堅持下去就是一次對學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神的考驗。從這個方面看，這樣的探究活動提供有充實的隱性課程資源，以及實現(xiàn)情感態(tài)度、價值觀培養(yǎng)的課程環(huán)境，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)的形成需要在這樣的環(huán)境中長期磨練，逐步培養(yǎng)形成。
（5）在探究活動之初，教師也不清楚最終的探究結(jié)果如何。因此，教師參與到學(xué)生活動中，共同研究問題，一起享受獲得探究成果的快樂。
