以上实验只要稍作些艺术处理,就变成了生动有趣的魔术表演,在教学中利用它们引入课题等,可以收到很好的教学效果。
改制仪器做好物理实验
师生制作仪器的目的、方法和措施
新教材的重点之重是实验。培养学生既重视理论,又重视实验;既重视书本的概念,又重视实践。特别是提高学生的动手能力,是物理教学的重要任务。
现在各级教育部门对学校教育教学的评估,实验是重要项目。
在此情况下,有必要调动老师,特别是数量众多的学生的积极性。使之动脑动手,利用旧电器,玩具等用具制作仪器,替代市售实验器材,或弥补不足。既增加了实验数量和质量,又节约了经费,锻炼了学生。
八年级学生,刚学物理,在第一节课里,设计几个引起学生兴趣的小实验。并说明其中两个实验是利用日常生活中的废旧物品自己制作的,给学生自制仪器作些诱导。
在九年级上完“电和磁(一)”一章后,可增加一堂学生实验课。即制作一台不用电源的最简单的矿石收音机。提前布置学生自带一些细漆包线(直径01-04mm)若干米,二极管一只,耳机(或耳塞)一只,能带一只已坏不用的收音机最好。按图1,先接好天线,二极管,耳机,地线,再把漆包线绕到木棒或塑料棒上,匝数以耳机音量最大时为准。并把线圈扎紧拴牢,不可变形,能收听到一个当地电磁波信号最强的广播电台节目。如不用焊接的话,一节课能装响二三台小收音机。收获两条:一、有很多学生问什么道理,我说:这个收音机就是“物”
,“道理”就在课本上,要搞清道理,就必须学好物理。二、引起部分同学制作仪器的欲望和兴趣。
现在学生每周休两天,在家里时间较多。每班可成立两个“物理活动小组”,人员以自愿参加为主。重点培养两个组长,使之成为组织研究,活动的带头人。提前发布制作计划表,把所需制作的器材名称,用途,要求一一讲明。老师作适当提示,指导学生设计,回家再请家长帮助制作。全国家用电器处于更新换代时期,发动学生家长无偿把价值不大的坏电器送给或作价卖给学校实验室。学生制作的价值较高的仪器,产权归学生。可转卖或赠与下届学生。并进行全校性评奖,适当给予物质、精神鼓励。
学生制作的实验小仪器,不可贪大求全,更要保障安全。36V以上电压的,高温高压,会引起爆炸,强腐蚀等不良后果的最好不做不使用。
几个完善实验方法和改制仪器的实例
合肥汽车修配厂学校夏世奎老师介绍有:
(1)旧式音箱改成的直流电源
家用旧式音箱,功率较大,许多家庭已弃之不用,但它的降压整流部分往往没坏。在改修过程中,一定要保障良好的绝缘性能。直流电压肯定在36V以下,再有滑动变阻器配合使用,效果较好。
(2)塑料滑冰鞋改成实验小车
学校实验小车损坏,不少实验离不开它。一个活动小组的同学用木头,轮子等做了两个小车,但不够美观灵活。另一个小组的同学拿来许多小玩具改造,最成功的是将四轮塑料儿童滑冰鞋的鞋帮拆下,在转轴处涂上润滑油,非常轻便灵活好用。
(3)初中物理课本一册第28页中“弦乐器的音调和频率”的实验。
是把弦的两端绕结在讲桌的腿上,然后改变发音部分的长短,紧松,继而再换上粗弦做三次,麻烦费时。特别松紧程度很难控制,学生是直观不到的。一个问题,两次做时间间隔大,效果不好。
通过改进,学生能亲眼观察到弦的长短,粗细,特别是松紧的准确控制。先从补鞋摊上买3m线(轮胎经纬线)为弦,其中两米对折上劲搓为粗弦。把粗细两弦的始端相结固定在羊眼螺钉上(或拴在桌腿上),羊眼螺钉旋进讲台左侧。讲台的另一侧固定一定滑轮,将粗弦绕过定滑轮,在末端挂上一约8N重的物体G。
①见图2,在B处,垫上三角木块,AB,BC为长短弦,(AB=2BC)做出粗细,松紧相同,长短不同的实验。
②图二中的三角木块拿走,AC为弦。G为8N时是松弦,G变为12N时是紧弦。做出长短,粗细相同,松紧不同的实验。
③粗细两弦在B处相结成疙瘩,末端仍挂上12N的重物G,见图三,在B处塞上三角木块,把两弦分开、做出长短,松紧相同,粗细不同的实验。
④初中物理课本第二册“磁场对电流作用”的实验,导体棒AB用空心铜管(直径在4mm左右)效果好。
一般在蹄形磁铁中放一根很细的非铁质棒(防止被磁极吸走),滑动不明显。原因是多数磁场弱,电流小,摩擦大。在做这个实验时,请同学们想办法,改进这个实验。当时有位同学说:滚动摩擦比滑动摩擦小得多,用直径较大的铜管代替细棒,使它受力滚动,运动起来肯定明显。通过实验,取得了成功。分析可知,铜管所受力的大小没有变,但粗管力臂变大了,转动力矩变大,从而改滑动为滚动,运动起来很明显。
⑤旧物利用,仪器替代品的使用汽车观后镜,作凸面镜;将小旧自行车轮子滚珠卸下,固定在转轴上,作滚摆,可见度大。
喇叭磁钢,电动玩具上的电池盒,电动机,旧电话机的听筒话筒都是发动学生找来的。在电磁学等内容的教学中,起到了观察和实验的作用。
巧用易拉罐演示的小实验
肥东张集中学陈孝荣、陈聪老师介绍有:
研究反冲运动
用锥子在易拉罐(如健力宝或雪碧的空罐,下同)靠近底部的侧壁上,穿刺四个(两两正对,且连线垂直)直径约1mm的小孔,再微微用力撬动,使小孔开口均偏向某一切线方向(如顺时针);将罐体浸没在水中;用细线的一端拴住一火柴梗的中部,从罐口将火柴梗放入其中,然后从水里吊起(吊线要尽量与罐体的轴线重合)装满水的罐体,则可见到四条水流均沿某一方向(如顺时针)急速地射出,同时可见罐体也向相反方向(逆时针)旋转。
研究牛顿第三定律
取长约1m,宽与易拉罐高相近的三合板(或泡沫塑料平板)一块,放在5-6个(两两相距20cm)平行横放在水平面上的易拉罐上;接下有线电遥控玩具汽车(或坦克)的“前进”按钮,放在木板的一端,可见到在汽车向另一端前进的同时,木板则向后退;按下“后退”按钮,则可见到在汽车后退的同时,木板则向前前进。
(注:如用两块长与木板相近,厚约等于罐体半径的木板在两侧挡一下,以防罐体侧向偏转,则效果更好)研究空气柱长度跟音调的关系
取易拉罐一个,用嘴像吹箫或吹笛那样从罐口向里吹入气流,听听发出声音的音调高低;然后分几次向里加水,使空气柱逐渐变短,依次吹吹看,则可听出音调将逐渐升高。
模拟汽油机点火方式
取外面包有绝缘皮的粗导线(前端已去掉绝缘皮约1cm,且磨尖)两根;用锥子在靠近底部的侧壁上穿刺两个正对,且连线通过罐体轴心、直径略小于粗导线外径的小孔,将导线插入(金属部分不可与罐体接触)使两尖端相距15cm左右,两导线与感应圈相连;从罐口滴入2-3滴汽油,用略大于上底面积的硬纸板盖住上底,稍等片刻(让汽油挥发成气态),启动感应圈,可立即听到猛烈的爆鸣声,同时可见硬纸板被冲开。
验证动量定理
将装满水的罐子放于桌面上,用缝衣线的一端拴住罐体的中下部,用另一端慢慢地牵拉罐体,可以看到罐体随线一起移动;将罐移到桌子的边缘上,然后用力猛地一拉,可见线被拉断而罐体几乎纹丝不动停在原处,没有掉下来。实验说明如果作用时间较长,即使是较小的力也能产生较大的冲量;如果作用时间很短,即使是较大的力产生的冲量仍然不大。
研究液体的压强与深度的关系
用锥子在侧壁的与上下底垂直的一条直线上的不同位置,穿刺4-5个直径约1mm的小孔;在罐中装满水,则可见到水流从各小孔中射出,越靠近底部,射出的速度越快,即说明液体对侧壁的压强随深度的增加而增大。
研究固体传声
取两只空罐分别在其底部正中穿刺一个直径约1毫米的小孔;两底相对,将一根长约30m的细铁丝(或结实的棉线)从两孔中穿过,细铁丝两端各拴(拴在钉的中部)一个小铁钉,把钉子放进罐中;然后两人各持一只易拉罐将铁丝(或线)拉紧,则这两只罐子就成了一对“土电话”,对着罐口小声说话,对方即可听见。
测液体的密度
用天平测出空罐的质量m0,装满水后测得总质量为m1,倒出水装满待测液体,测得总质量为m2,则m水=m1-m0,m液=m2-m0,∵罐的容积一定,∴V水=V液→m水ρ水=m液ρ液,m1-m0ρ水=m2-m0ρ液∴ρ液=m2-m0m1-m0ρ水利用空酒瓶做物理实验
一个空酒瓶,不过几毛钱,但在物理实验教学中却有不少用途。湖南耒阳师范学校刘应时老师介绍有:
证明空气的存在并占据一定空间在一个无色透明的玻璃空酒瓶里放一些吸水性较强的纸(如草纸),然后将酒瓶倒置并压入水中,直至瓶底被水淹没(如图1)。取出酒瓶,可看到酒瓶里的纸还是干的。如果酒瓶压入水中后,将酒瓶倾斜,让瓶内空气跑出水面,则水就会进入瓶内将干纸浸湿。这说明瓶内原来存在着空气并占据一定空间。
证明大气压强的存在
在无色透明的酒瓶内装满红色的水,用手指堵住瓶口,将酒瓶倒过来,竖直放入盛水的容器中。移开堵住瓶口的手指,由于大气压强的作用,瓶里的水流不出来。如图2所示。这说明盛水容器的水面存在着大气压强。
演示物体的微小形变
取一空酒瓶,在瓶中注满红色的水,将一根小口径玻璃管穿过橡皮塞并塞紧瓶口。这时,水柱上升到玻璃管高出瓶口的一定部位。如果用双手用力挤压酒瓶,就可明显地看到玻璃管中的水柱向上移动。这说明瓶子在外力作用下发生微小形变,(变扁)使体积减小。如图3。
演示流动流体的空吸作用
将一根细玻璃管(直径2-3mm),插入盛水的酒瓶中。用另一根玻璃管有尖嘴的一端正对竖直插在瓶中的细玻璃管上方,如图4所示。如果在这根玻璃管无尖嘴的一端吹气,那么,酒瓶中的水将沿玻璃管上升并喷成雾状。这就是喷雾器的基本原理——空吸作用。
做“吹不掉的乒乓球”实验
截去无色透明空酒瓶下半部分,剩下的部分就是一个呈喇叭形的“漏斗”。瓶口用一个插入一段玻璃管(直径约3mm)的橡皮塞塞紧,把一个乒乓球放在“漏斗”靠近瓶口的地方,用力向“漏斗”里吹气,可看到乒乓球不但不落下来,反而在“漏斗”里飘动。这说明流动气体的流速与压强的关系:流速快的地方压强小,流速慢的地方压强大,如图5。
证明气体受热膨胀,遇冷收缩将一玻璃管(直径2-3mm)弯成凹字形,在玻璃管中滴入几滴红墨水,然后将管口向下的一端插入橡皮塞中,并塞紧瓶口,使管中红墨水恰好静止在凹处某一位置。如果用双手握住(不用力挤压)酒瓶,瓶内空气由于受热膨胀,使玻璃管内凹处的红墨水向外移动。松开双手,瓶内空气逐渐冷却,管内红墨水又反向移动。这证明了气体有受热膨胀,遇冷收缩的性质。
比较物体吸收热辐射本领的大小
取两个同样的空酒瓶,瓶外一个涂上黑漆,另一个涂上白漆,分别装有弯曲成凹字形的玻璃管的橡皮塞塞紧瓶口。两个玻璃管的凹处都注入同样长一段红墨水,并使两段红墨水停止在相同的部位上。
用一个60-100W的电灯泡安放在两个酒瓶的正中间(如图7)。当电灯泡接通电源时,可看到黑色酒瓶上玻璃管里的红墨水向外移动十分显着;而白色酒瓶玻璃管里的红墨水向外移动很缓慢。这说明表面是黑色的物体吸收热辐射的本领比白色表面的物体要强。
演示水在低压下的沸腾现象
在无色透明的酒瓶内装入大半瓶65℃左右的水,用中间有插一段玻璃管的橡皮塞塞紧瓶口,并通过橡皮管将抽气机和玻璃管连接起来,然后抽气。不久,将看到酒瓶内的水在低压下沸腾起来的现象。
饮料瓶在中学物理实验中的应用
塑料饮料瓶随处可见、容易剪割,用它可以制作多种物理教具,演示一些有趣的物理实验。
湖北省秭归县香溪中学郑坤老师介绍有:
(1)把饮料瓶用燃着的香烟头在A、B、C处各烧个孔(如图1),用橡胶管接在水龙头上,就可演示“液体的压强随深度而增大”。这个实验可见度大、实验现象持续时间长,学生完全可以对照实验情况画出示意图。
(2)将饮料瓶座去掉,然后在它的上面钻(或烧)一些直径相同,对称分布的小孔,再用橡胶管使它与水龙头相连,就可演示“帕斯卡定律”(如图2)。
(3)饮料瓶的下半部剪掉,用单孔橡皮塞将瓶口塞紧,孔中穿入一贴近瓶壁的弯曲玻璃细管,就可制作成如图3所示的溢水杯,用来演示阿基米德定律。
(4)按上述(3)一样制作,只是单孔橡皮塞中插入的是一个直的玻璃短管,玻璃管下面连着乳胶管(图4),这样就可以做“用水位模拟电压”的演示。
(5)从饮料瓶底部纵向剪下如图5所示的塑料小船,用于做有关浮力的实验。
(6)截去饮料瓶的上半部,用一个标准量筒量出不同体积的水倒入其中,从而(在瓶壁外面贴的纸条上)记下刻度,这样就制成了一个简易量筒(如图6所示)。
(7)剪下半球面形的饮料瓶底,在瓶底中装入适量的水,待水静止后就可作放大镜用(图7甲)。在一烧杯里装些水,将剪下的瓶底放入水中,适当下压,水静止后就成为一个简易的凹透镜(图7乙)。
巧用可乐瓶做物理实验(一)
当今,随着人们生活水平的普遍提高。各种饮料进入千家万户,要找几个高橙、可乐空瓶,已是轻而易举之事。可是,你知道吗?高橙、可乐瓶(以下简称“瓶”)能帮助我们做不少物理实验,利用它具有的质轻、透明、富有较好弹性、又易加工等特征,可制作多种轻便适用,不怕摔碰,成本低廉的物理实验教具。广西柳州铁路二中肖毅老师就已获成功的实验中,选取几则介绍如下:
显示大气压强的实验
将瓶内装满水,撕一张小纸片,放在水里浸湿后,贴附干瓶口(注意不要让瓶内留有空气),使瓶子慢慢倾斜至倒立,瓶里的水一滴不漏。显然,这是由于大气对纸片产生的压力把水托住了。瓶的口径不大(外径为25cm),表面平滑,故湿纸片很容易紧附在整个瓶口上,从而使演示极易成功。瓶的盛水量有2L多,这么多的水,尽被一张薄纸挡住而不能倒出,直观这事实后,作一个大气压的作用真够威够力的结论,学生都能赞同,从而达到了实验的目的。
演示物体惯性的实验
盛有半瓶左右水的瓶直立放着,把从另一瓶身上纵向剪取的一条大约4cm宽、10cm长的薄片放在瓶口上,薄片上再放一个鸡蛋,用手指将薄片沿有凹槽的方向弹出(也可用木块敲击出),鸡蛋落在瓶口上。
薄片与鸡蛋应放的位置如图1所示。注意在放薄片于瓶口上时,凹槽面应向上,并让一端伸出得长些,以便弹打该端时不易碰着瓶。鸡蛋一定要对准瓶口放,且使椭圆形鸡蛋的长轴同凹槽走向一致。