透明的塑料饮料瓶(或七喜瓶或可口可乐塑料瓶)在日常生活中随处可见,容易剪割。我们利用它特有的结构和广泛存在于生活之中的独特之处,可以十分方便地指导和启发学生做很多的物理实验,其演示效果十分显著,并不违背物理学原理。我们善于利用生活中常见废物——饮料瓶做实验,跟朱正元教授提出:“物理教师要能为无米之炊,要坛支罐罐当仪器,拼拼凑凑做实验的思想,探索到一条依靠广大师生,自力更生,勤俭办学,探索实现中学物理实验教学的新路子。”的指导思想相辅相成,有利于启迪学生观察、思考、探索我们生活周围很多发人深省的物理现象,有利于培养学生的学习形成稳定的兴趣和对科学的执着追求精神,培养他们把所学的知识应用于实践中的良好习惯,使学生对抽象理论在实验中变得清晰可见。特别是在教学仪器设备不齐全的农村中学,这种做法更应该倡导。同样道理,在教学仪器设备较齐全的重点中学,从培养学生创新精神和实践能力角度考虑,这种做法仍值得倡导。
分子之间有空隙实验演示:取一个带盖的饮料瓶,在瓶盖上钻一个小孔恰好插入内径大约为6毫米,长约45厘米的玻璃管,并用万能胶密封固定,然后往饮料瓶内倒入清水,约占总体积的4/5,接着倒入染红色的酒精至满溢。由酒精密度小于水的密度而浮在水面上,旋转紧盖子,酒精和清水分界处红清分明。用一手指堵住玻璃管开口,将整个装置倒置数次,最后扶正,玻璃还内的红色液柱下降约10厘米。可见度大,效果显著。这实验有力地证明了分子之间有空隙。
液体具有惯性实验演示:一、用剪刀剪断饮料瓶,取其下部圆柱部分——饮料杯。在饮料杯中装一些清水,把一方木块放入水中静止,用手中旋转饮料杯,木块并不在水面上转动。二、把装满水的饮料杯固定在静止的小车上突然起动小车,水向小车运动相反的方向溢出。若运动的小车突然遇到障碍物而突然停止,水向小车运动方向溅出。三、在饮料瓶的中部刺一个直径2毫米左右的小孔,装满水后旋转紧盖子。用手捏压侧壁,水就从小孔处喷射到远处。以上实验证明水(液体)具有保持静止状态或匀速直线运动状态的性质——惯性。
抛体运动轨迹的实验演示:在一大饮料瓶底端引出一根约长5厘米的软管,管端装一根玻璃细喷嘴,装满染红的水,旋紧盖子,玻璃喷嘴处的水在大气压的作用下不会流出。在喷口处安装一量角器,喷水的速度大小由于捏饮料瓶的作用力大小来控制,改变喷口倾角,可演示平抛、斜上抛、斜下抛、竖直上抛、竖直下抛各种抛体的运动轨迹。可演示平抛、斜抛射角不变时,速度越快,射程越远。可演示斜抛在速度不变时,450抛射角时射程最远。可演示平抛发生的水平位移大小与平抛初速度V、竖高h的关系。
反冲原理的实验演示:一、在饮料瓶的下端同一水平面上固定几根用橡皮膜扎紧口的弯管子。饮料瓶装水后把它悬挂在高铁架台上,使其静止下来,接着拨去橡皮膜,水流冲出,瓶子转动,并且越转越快。这就是饮料瓶受到反冲作用而转动。二、取一只饮料瓶,除去瓶底支架,在瓶盖上钻3毫米左右的小孔。在饮料中装入占瓶容积 的清水,拧紧瓶盖,这样做成一个简单的水“火箭”。施放水“火箭”时,将瓶翻转,使瓶口朝下。在瓶盖加一块棉布后用打气筒往水“火箭”内打气,当瓶内气压达到一定时,不再加气,水“火箭”内的水边从小孔里喷出,向空中发射,可向上冲至离地十几米的高度。(以上操作两人完成)水“火箭”落地后下不会摔碎,故可反复使用。这一装置,水能起到封闭作用,不使气筒注入的空气泄漏;水的重力又能增加箭体运动时的稳度,使箭体不致倾斜;水的下喷又可使箭体受到反冲而升高,这是一种在实验里很难实现的变质量运动状况,可直观地体现动量守恒。若提高性能,可用橡胶塞子和自行车内胎气门芯,在箭体尾部装上用塑料簿片制成尾翼来提高发射的高度和平稳度,可制成一级水“火箭”、二级水“火箭”、三级水“火箭”,制作较繁杂,在这里不再多讲。
物体对外做功内能减少的实验演示:课本上用玻璃瓶演示,存在不安全因素。效果不佳——看不到“雾”,是因为瓶内水蒸气的密度很小,液化量小,用打气筒向玻璃瓶内打气,教师不敢把塞子塞得太紧造成气压过大使玻璃瓶破碎而伤人。所以瓶内气压不高,空气对塞子做功少,瓶内空气内能减少不多,水蒸气液化量小,而难于见到“雾”。在容积大(可见度大)的透明饮料瓶中部偏下装一个自行车内胎气门,瓶内装容易蒸发蒸气密度大的酒精,约3毫升,瓶口塞紧塞子,用自行车打气筒通过气门向饮料瓶内打气,可看到空气推动塞子做功,把塞子冲得很高,同时瓶内明显地出现酒精蒸气,(内能减少,温度降低时)液化成的液体酒精——雾。从而说明了物体对外做功内能减少。(注意:实验时瓶口向上)
电压是形成电流的原因实验演示:在连接A、B去掉的两透明饮料瓶的乳胶管间(接B瓶的胶管长些),接一段玻璃管固定在水平位置,两瓶倒入同样多的清水,并在B瓶中滴入几滴红墨水染红。整个装置置于铁架台上,水不流动。
操作方法:把B瓶提高,水平玻璃管中的水向A瓶流动,把B瓶放低,水向B瓶流动。这实验说明:当一处水位高,另一处水位低时,在连接两处的水管两端的压强不同,这种压强差就称为水压。水压是使水发生定向流动形成水流的原因。与此相类似,引导学生得出“电压是使自由电荷发生定向移动形成电流的原因”的结论。
在相同条件下,滚动摩擦比滑动摩擦小得多实验演示:把两个饮料瓶放在斜面同一高度上,同时让一个滑下,其中一个滚下。饮料瓶滚下的比滑下的快得多,说明了在相同条件下,滚动摩擦比滑动摩擦小得多。
帕斯卡定律实验演示:在饮料瓶壁上用缝衣针钻几个对称的小孔,装满水,拧紧瓶盖。手捏压饮料瓶,水就从小孔沿垂直瓶壁的方向射出去。打开瓶盖,再用手捏压饮料瓶,水没有从小孔沿垂直瓶壁的方向射出去。再用透明饮料瓶,装满染红的水,瓶口用塞子密封,塞子上插三根玻璃管,下部插入水中。水里的三支玻璃管,管口有的向上,有的向下,有的向旁侧,且在水中的位置深度也各不相同。用手捏压饮料瓶,看到管里染红的水上升到相同的高度。以上实验表明:加在密闭液体上的压强,能够大小不变地被液体向各个方向传递(帕斯卡定律)。
透镜实验演示:透明的饮料瓶装满水,插入筷子,观察到筷子是放大的,装满水的饮料瓶相当于一个凸透镜。剪下半球面形的饮料瓶底,在瓶底中装满水,放入透明的塑料薄膜袋中并捆紧不让水流出。一个便于携带的凸透镜(放大镜)做成了。在一烧杯里装适量的水,将剪下的球形瓶底放入水中,适当下压,水静止后就成为一个简易的凹透镜。
失重现象和超重现象的实验演示:在饮料瓶的底部和侧壁用钉子刺几个直径为4毫米的小孔,用一根细线拴其顶部,装满水,水从几个小孔中流出。手拎住细绳另一端而让瓶子自由落下(或竖直上抛),细流停止。说明物体有向下加速度,即有失重现象。在三个饮料瓶侧面靠底部处均刺一直径为5毫米小孔,其中两个饮料瓶捆在一起,用细绳拴二合体和另一个瓶的颈部,使其横跨在高铁架台的定滑轮上,灌满清水,手持瓶不动,水从三瓶小孔内流出的速度相同。放手让瓶自由运动,单瓶孔中水流速度加快,二合体的二孔中水流速度变小,前者是超重现象,后者是部分失重现象。
压强的大小与哪些因素有关系的实验演示:用饮料瓶装满水,瓶口朝下放置时,陷入细沙(或软泡沫塑料)中比瓶口朝上放置时深些。说明瓶口朝下放置时,压力一定受力面积小,压强大。反之,瓶口朝上放置时,受力面积大,压强小。若把瓶里的水倒掉一半,以上两种放置都比原来进入沙土的深度相对应的浅些。可见,压力的作用效果跟压力大小,受力面积大小有关。
牛顿第一定律(惯性定律)推导的实验演示:用装满水的饮料瓶代替物理小车,让它从斜面的同一高度滚下,当平面上分别放毛巾、棉巾、玻璃板时,瓶滚动过的距离不同。平面越光滑,瓶滚动越远,从而引导学生得出牛顿第一定律(惯性定律)。
黑色物质吸热本领强(或热辐射)实验演示:取两上饮料瓶,其中一个黑色薄膜袋包侧身,两瓶盖用钉钻一个恰好插入温度计的小孔。拧紧瓶盖,分别插入温度计,用蜡固定、密封好后,同时把两瓶用手按在一盆热水中,经过一段时间后,可看到包黑色薄膜袋那个饮料瓶中的温度计示数大。这表明黑色物质吸热本领强,若在两瓶中间放一灯泡(或点燃的烛焰),可演示热辐射。
热传导的实验演示:取一300毫升的饮料瓶,放在烛焰上烤,瓶很快变软而烤坏。若瓶中装入适量的水,再放在烛焰上烘烤,很长时间烤不坏而水温却明显升高而最后沸腾。其道理是由于水沸腾后,水的沸腾温度和塑料瓶温度一样,达不到塑料瓶的着火点而烤坏。
虹吸现象的实验演示:把甲、乙两饮料瓶分别灌入适量水,甲瓶染红,将甲瓶放在高处,乙瓶放在低处,用长大约为80厘米的细透明塑料管一头插入甲瓶水中,用嘴吸塑料管的另一头,吸出水后立即插入乙瓶水中。可看到甲瓶水位下降,乙瓶水位上升,且乙瓶水颜色越来越红。待甲瓶水不多且塑料管口未离开水面之前,把甲瓶放到和乙瓶同一水平面上,又何看到,乙瓶水位下降,甲瓶水位上升,直到水位相平为止。
单摆振动的实验演示:取两个相同的饮料瓶,其中一个底部钻一小孔,用细塞子塞紧。它们装满水后悬挂在同一支架上(高度相同),拔去塞子,拉开等距让它们振动起来。起初它们振动快慢相同,但随着一只瓶只中的水位下降,振动变慢,差异明显。这是因为瓶中水位下降,重心降低,等效摆长变长,周期变大,振动变慢的缘故。
离心现象的实验演示:取出一小饮料瓶,在颈处捆扎上长约0.7米的细线,在瓶中灌入水,用手握住细线使瓶在竖直方向上快速做圆周运动,水一点不从瓶中流出。
浮沉子实验演示:取一大饮料瓶和盛注射液的小瓶,小瓶中装入适量的水倒入在饮料瓶中水面上,让小瓶刚好处于漂浮状态,饮料瓶上方留有一定量空气,将瓶盖拧紧,轻捏瓶壳,小瓶即下沉或悬浮,一放手又上浮。
阿基米德定律实验演示:将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管——溢水杯。向溢水杯加水至与弯曲玻璃管口相平,用弹簧秤测出密度比水密度大且不溶于水的物体的重力,再把该物体全浸在杯中,溢出的水用茶杯接住,测出茶杯中水的重力。那么,弹簧秤两次示数之差(即物体所受浮力)与溢水杯中水的重力大小相等,从而验证了阿基米德定律。
空气有质量的实验演示:在大饮料瓶盖上安装一个自行车内胎气门,用打气筒通过气门往内打气,然后悬挂在一根均匀木棒的一端,另一端悬挂一重物组成杠杆,把杠杆悬挂好,并调平衡。松开气门,空气流出,杠杆平衡被破坏,说明了空气有质量。
气体热膨胀实验演示:把一小球套在玻璃管上拴好,取一大饮料瓶,瓶盖钻一小孔恰好安装细玻璃管,用蜡封密,旋紧瓶盖,然后瓶放在热水中浸烫,瘪气球就会胀大,把瓶拿出气球又瘪下去。
液体的热膨胀实验演示:实验装置同《气体热膨胀》实验装置相同(不要小气球),在饮料瓶中装满红色水柱,拧紧盖子,细玻璃管中有一小段红色小柱。把饮料瓶浸泡在热水中,细玻璃管中的水柱就上升;当把饮料瓶浸包在冷水中,细玻璃管中的水柱又会下降。
蒸发吸热实验演示:实验装置跟《液体的热膨胀》装置相同。瓶内不装水,拧紧瓶盖,把细玻璃管插到另一有红色水的容器中,饮料外壁洒一些酒精,用扇子扇瓶,细玻璃管中水柱下降一段。
验电器实验演示:用一个干净的饮料瓶,将细铜丝穿过瓶盖,再用香烟盒中的箔片取共两小片安装在细铜丝下端,拧紧瓶盖,即可当验电器用。
焦耳定律实验演示:取两个饮料瓶,通过瓶盖接两阻值不同电阻丝,并通过两瓶盖分别插入温度计,旋紧瓶盖把电阻丝串联后接到电源上,过一会儿看到电阻值大的瓶内温度高。
大气压强的作用(存在)实验演示:一、把去盖的钦料瓶倒入装水的容器中,把大号注射器的针头扎入上端,往外拉活塞,随着活塞的外拉,容器中的水不断进入饮料瓶,最后瓶中水位高于容器水位。二、取一饮料瓶装满水,瓶盖钻一个3毫米左右小孔后旋紧。把饮料瓶倒过来,瓶的水不从小孔内流出。以上两种现象是大气压作用的结果。
液体在同一深度处压强相等实验演示:取一大饮料瓶在它的中下端壁上对称地钻四个4毫米左右的小孔(四个小孔要在同一水平面上,即深度相同)。向瓶内注满红色水,水从四个小孔喷射出的射程相等。不让喷射时旋紧瓶盖即可。证明了液体在同一深度处压强相等。
液体压强跟深度有关实验演示;用铁钉在离饮料瓶底端5厘米处钻一直径为3毫米的小口,再往上相距2.5厘米外钻两同样大小的小口,把娃娃哈哈(酸乳)的细吸管剪长约1厘米的小段,分别插入三小口中。往瓶内注水,三孔向外射出水流,可看到最下边小孔水流射的最远,中间次之,最上边小孔中水流射的最近。证明液体内部压强随深度的增加而增大。不演示时拧紧瓶盖,水流停止喷射。
气体具有惯性实验演示:一、用一个空的(内有空气)饮料瓶,让瓶口对着竖在桌面上同一条直线上三支等长彼此相距20厘米点燃的蜡烛,瓶口离最近的那支蜡烛距离约为0.5米。用力拍饮料瓶,离瓶口最近的烛焰首先被吹动,另两支的烛焰依次被吹动。二、用一只盛有红色水的饮料瓶,水平放置在桌面上,瓶内有一静止气泡(空气)。用力突然冲击瓶子,或向右运动的瓶子突然遇到障碍物而停止时,气泡相对于水向左移动。实验证明了气体具有惯性。
“帕斯卡桶”实验演示:取一饮料瓶,用缝衣针在侧壁上刺多个直径相同对称分布的小孔,瓶盖钻一小孔,通过小孔固定一支细玻璃管,瓶内装满水后旋紧瓶盖,再取另一饮料瓶,用剪刀剪断底部,瓶盖钻一小孔,通过小孔固定一支细玻璃管,用一长约1米的橡皮管套在细玻璃管上,旋紧瓶盖,然后往瓶内注一定的水,水从橡皮管流出时用手指堵住橡皮管口,用橡皮管这端套在上面装满水的饮料瓶盖上的细玻璃管上。然后把去底饮料举高时,水从对称小孔流出速度加快;当把去底的饮料瓶放低时,水从对称小孔流出速度变慢。(此装置也可演示液体压强随深度增中而增大。)
浮力产生原因实验演示:
实验一、做法:先把乒乓球放在装置内,在瓶口下面加有盖塑料筒,并在瓶口上钻一小孔。倒内清水。看到乒乓球不浮起,有细流从乒乓球空隙边流入,用盖子旋紧,用手塞住小孔。小筒里的水不断地上升,将小筒里的空气排出,水面上开始乒乓球下表面接触后乒乓球浮起,从而说明浮力产生的原因:向上和向下的压力差。
实验二、做法:先把乒乓球放入装置里,倒入清水,乒乓球不浮起,有细流从乒乓球边缘流入小筒里旋紧盖子,手塞小孔,小筒里封闭一部分空气,小筒水位上升一定时,乒乓球浮起来,实验现象表明,空气体积减小、压强增大。
演示压强实验:向塑料瓶中倒入热水,旋紧盖子,瓶里产生大量水蒸气,把瓶子浸在冷水中,水蒸气冷却凝结成小水珠,瓶里的气压比空气中的压强小,塑料瓶被压扁,旋开瓶盖,瓶子恢复原状。
由此可见,随处可见,容易剪割的饮料瓶,竟有如此多的变化和作用。这说明只要我们善于发现、勇于实践,就可以因陋就简的利用身边的饮料瓶,做一些有趣的实验,具有:便于操作,所费不多,可见度大,直观性强,效果显著,所制教具能长期保存,多次使用,还克服许多实验操作过程中存在缺点,增加许多课本上没有的实验演示,如:液体和气体具有惯性实验演示、空气有质量实验演示……等等优点。因此,颇值得一些办学条件尚不完善的中学推广,从而不断地提高学生学习的物理的兴趣,从而提高物理教学的质量。
生活中有各种各样的废弃塑料饮料瓶,我一直在想怎样才能变废为宝、开发为课程资源,为实验教学“添砖加瓦”,使物理教学体现为“从生活走向物理,从物理走向科技”的新课程理念。同时“一物多用”的典型事例,能够逐步养成学生从多角度、多方位、多层次分析和解决问题的能力,促进创造性思维的发展。在这样思索下,本人在课堂教学中进行了探索,现介绍如下,以其抛砖引玉。
一、对饮料瓶不进行任何技术处理,就可以做如下实验
1.压缩气体体积,气体液化演示
拧开瓶盖,滴入几点乙醚,拧紧瓶盖后,稍待一会,蒸发,乙醚液体不见了。当用手挤压瓶体时,乙醚液体重新出现在瓶壁上。这表明压缩气体体积,气体被液化。
2.碘的升华与凝华演示
拧开瓶盖,用匙加入少些固态碘,拧紧瓶盖后,竖起将含有碘的瓶底,放入烧杯中的沸水里,就会观察到紫色的碘蒸气从瓶底上升,到瓶子的上部后重新凝华成闪闪发光的碘晶体。此时摇动饮料瓶时看到瓶底的碘仍然是固体,这比用烧瓶在酒精灯上加热出现液态碘的可操作更强。
3.物体的悬浮、上升、下降演示
(1)将几粒茶叶放入饮料瓶中,然后倒入多半瓶热水(不要倒满,留一部分空间,用于调节饮料瓶中的压强),最后旋紧瓶盖。
(2)观察到几粒茶叶中有的漂浮、有的下沉、也有的悬浮。选取一个漂浮的茶叶片为观察对象,用手挤压方形塑料饮料瓶正对的两侧面时,漂浮的茶叶片就会下降,当用力适度时茶叶片就会悬浮在热水中。
(3)若选取一个缓慢下降(或沉在瓶底)的茶叶片为观察对象,用手挤压方形塑料饮料瓶正对的两个棱时,下降的茶叶片就会停止下降(或瓶底的茶叶片上升),当用力适度时此茶叶片也会悬殊浮在水中。
实验原理:方形塑料饮料瓶挤压正对两侧面时,瓶的容积变小,内部压强增大,茶叶中浸入一些水而重力变大,当茶叶的重力等于浮力时就悬浮。当挤压方形塑料饮料瓶正对的两个棱时,瓶子的容积增大(数学证明略去),瓶内压强减小,浸入茶叶中的水分量减小,当茶叶的重力等于浮力时也会悬浮。
4.演示气体、液体分子之间有间隔
将空饮料瓶的瓶盖拧紧后,用手握住用力挤压,观察到瓶子发生的形变,体积减小,说明气体分子之间有间隔。将饮料瓶中盛满水,再拧紧瓶盖后,也用手握住使劲挤压,会观察到瓶子发生很小的形变,体积也减小,说明液体分子之间也有间隔。通过两次挤压后观察到形变的程度不同,说明了气体分子之间比液体分子之间间隔大。
5.演示光的直射、反射、折射现象
在一个比较粗一些的饮料瓶中充满香烟(或是卫生香)的烟雾,拧紧瓶盖,制成了显示光路器(能多个班级重复使用)。用激光笔从瓶底照向瓶口,能清晰地显示光在同一种物质中沿直线传播。若将瓶底放在平面镜上,用激光笔从侧面照向瓶底的平面镜照射时,会清晰地观察到入射光线和反射光线,给学生留下深刻的反射现象的表象。若一半是盛有未澄清的石灰水,一半是烟雾时,从侧面向石灰水面照射时,会清晰地观察到光的入射光线和折射光线。
6.分子不停地做无规则运动
将饮料瓶中滴入几滴酚酞试液,拧紧瓶盖后,上下倒置并旋转饮料瓶子,使管壁上涂有一层无色酚酞试液。然后,将瓶盖拧开后,在瓶盖里滴上两滴酚酞试液,并把饮料瓶倒置后,拧紧瓶盖,2秒钟后观察到饮料瓶内的氨分子与酚酞反应,从瓶口外开始逐渐向上变红,表明氨分子不停地做无规则运动。特点:饮料瓶由无色变成红色,色彩鲜艳,能激发求知欲望,而且不污染环境。
7.演示竖直方向
对具有物理意义的“竖直”,学生不能很好的认识,理解起来费力,以至在有些问题中对重力和浮力的方向不能正确把握。
如图1、图2所示,A是塑料饮料瓶;B是水;C是用线系好固定在瓶盖上的铁球;D是用细线系好固定在瓶盖上的氢气球。演示时,将组装好的饮料瓶A正立、B倒立时,学生会观察到系有铁球C和系有氢气球D的线段方向是竖直的方向;若将饮料瓶A、B倾斜时,学生也会观察到系有铁球C和系有氢气球D的线段方向仍与水平面是竖直的,从而生动形象地表明重力的方向和浮力的方向总是竖直的。
9.证明大气压存在的演示
方法a:拧开塑料饮料瓶的瓶盖后,用打火机点燃浸过酒精的棉花团,用镊子放入塑料饮料瓶中,随即旋紧瓶口,火熄灭片刻后,塑料饮料瓶就发生明显的变形,同时有喀喀声音的出现。这是棉花团在瓶内燃烧,消耗氧气,体积膨胀又溢出,封口冷却后,瓶内气压减小,外界大气压把瓶压变形了。松开瓶盖后,空气进入内外气压平衡,在弹力的作用下,瓶身恢复了原样。
方法b:饮料瓶中盛满水,用一硬纸片(或塑片)挡住瓶口后,用手支撑着倒立过来,松手后,所挡的硬纸片掉不下来。再缓慢地使饮料瓶在竖直面转动360度,硬纸片也倒不下来的,从而形象生动地证明大气压的存在。
方法c:将饮料瓶用手挤压使它发生形变,让瓶内的气体被排出一部分后,把瓶口与自己的脸(或吹起的玩具气球上)上相接触,松手后,饮料瓶子就被“沾”在脸上了。这是饮料瓶瓶身的向外弹力作用下体积增大,内部压强减小,瓶外的大气压使饮料瓶“压”在人脸(或吹起的玩具气球上)上了。
方法d :如图所示,饮料瓶中盛满水,用带有较长(1.6~1.8m)橡胶管的塞子塞紧瓶口,将饮料瓶子倒立进过来,瓶中的水从橡胶管中流入容器中,随着水流入容器的增多,饮料瓶就发生形变,同时有声音的出现。这是由于瓶内水的流出使瓶内气压减小,外界大气压作用在瓶子上的缘故。
方法e:将饮料瓶拧开瓶盖后,用手按入水槽中使瓶中充满水,然后把饮料瓶倒立在水槽中,慢慢提起,直至瓶口不离开水面为止,液面不下降(并与托里拆利实验对比,使学生感悟出,当时托里拆利实验为什么用水银做实验),从而说明大气压强的存在。
10.演示空气振动产生声音及音调变化
方法a:在几个饮料瓶中盛入不同深度的水,将瓶口移至嘴边吹气,可以听到不同音调的声音产生。空气柱越短的,音调越高,反之,空气柱越长,音调越低。
方法b:在饮料瓶中盛入小部分水,用手握住后,将饮料瓶口移到嘴边、吹气,学生会听到一种音调的声音。若一边吹气,一边用手挤压饮料瓶水面升高时,学生又会听见不同音调的声音。
二、若对饮料瓶进行稍稍加工就会产生了“多功能瓶”
改进一:把自行车内袋上具有单向导气的气门芯,固定在瓶的盖上,这样就制成了可作如下实验:
1.演示空气有浮力
人类长时间生活在空气中,对空气的浮力适应,感受不到有浮力的存在,有下面的实验,使学生直观体会到空气中的物体有浮力。用打气筒给多功能瓶充气,然后气球套紧在气门芯上,并用线系好。放在天平上使天平平衡,将套在气球内的螺丝帽松动,使气球膨胀,天平左端上升。在左端质量不变的情况下,左端上升是体积大浮力变大的缘故。
2.演示空气有质量
空气有质量的直观表象是理解大气压强的关键,在新教材中没有编排这一实验,学生觉察不到大气有质量,因此,我们增加了该实验,天平调平后,将“多功能瓶”放在天平左盘上,右盘加砝码使天平平衡;然后用打气筒往“多功能瓶”中充8~9次后,再放在天平左盘上,发现左盘迅速下降,要使用天平再平衡,需要往右盘加1g多的砝码,这表明空气有质量。
3.演示对外做功内能减少
打开瓶盖、滴入几滴乙醚,拧紧瓶盖,在用打气筒充气后,看见瓶内的乙醚蒸发透明,然后慢慢松开瓶盖,同学们会看见瓶内出现了“白气”,这表明气体对外做功,气体的内能减小,温度降底而使乙醚液化的原因。
4.演示反冲运动
用打气筒往“多功能瓶”中充10~15次的空气后,将充足空气的多功能瓶放在水池中的水面上,然后旋松气门芯的螺丝,使气体放出,会观察到多功能饮料瓶,在水面上快速地前进着。
改进二:在饮料瓶上从上向下用针扎三个等距离的小孔可做如下实验.
1.大气压的存在
饮料瓶中盛满水,拧紧瓶盖后,放在水平桌面上。用锥子在周围扎一些小眼(直径小于3mm),水并未流出,这是瓶内水产生的压强,小于外界大气压的缘故;当用手拧松瓶盖时,瓶内的水与大气压产生的压强之和大于瓶外的大气压,因此水就从所扎的小眼向外喷射出来,形成美丽的水帘。
2.液体的压强随深度的增加而增大
将带有三孔的饮料瓶,用手按入水中充满水后,不盖瓶盖时,从水中提出水面来,可观察到不同深度的水射程不同,从而说明液体的压强,随着深度的增加而增大。
3.演示失重和超重
将带有三孔的饮料瓶,用手按入水中充满水,拧紧瓶盖后,从水中提出来(水不溢出,是大气压的作用)。然后打开瓶盖,水从小孔射出,将饮料瓶提高位置,松手使饮料瓶自由下落,小孔中没有水射出。当瓶子落至地面前,用手接住,这时水又从小孔射出来。再竖直上抛时,也会观察到水不溢出。再下落时,又会看到没有水从小孔射出。这是因为当自由下落时,水受到的重力全部用作自由落体加速度g,不产生附加压强,完全“失重”了。而竖直上抛时,作减速上升的运动时,负加速度也是重力产生的,也“失重”了。
4.演示帕斯卡定律
将带有三孔的饮料瓶,用手按入水中充满水,拧紧瓶盖后,用手挤压饮料瓶,会观察到从三个孔中射出来的射程是一样的。从而说明加在密闭液体上的压强,能够按着原来的大小不变地传递。
通过以上几例,我们做如下思索:设计简单教具,不是老、少、边、穷地方取代国拔教具的简单替代,而是低成本实验的真正魅力所在,那就是成本低智慧不低,成本低价值不低,这也是开发高智慧、高教育价值的重要研究课题。
贮气瓶及实验 | |||||
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(2)说明空气中的物体受到空气的浮力 | |||||
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实验时,在一可乐瓶中灌水近满,再把上述浮沉子倒置于瓶内水中,盖紧可乐瓶盖,用手捏可乐瓶壁,可以看到可乐瓶边下沉边旋转,松手以后浮沉子又浮了起来。如图5所示。 | |||||
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大气压强 | 图6 | ||||
实验时,把可乐瓶的盖子旋紧,倒置,往瓶内倒满水,然后把复写纸盖上,用手压住板倒转180度,再把托住复写板的手移开,可以看到塑料板并不掉下,还能看到水中的气球呈球形,说明大气压力的存在。如图7所示。 | |||||
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起电盘 | |||||
图9 回到顶层 |
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如果为了在教室里演示,可改用小号的可乐瓶,在瓶壳上胶一段塑料管(如塑料笔管的一段),用钓鱼用的尼龙线通过细管作为导轨(如图2所示),演示的效果也是很好的。 | |||
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