物理实验是学习、研究物理学最主要、最基本的方法,通过实验既可以帮助学生建立感性认识,又能激发学生的学习兴趣。生活中能用来做物理实验的材料很多,下面介绍几例巧用矿泉水瓶做的物理小实验。
一、演示“惯性现象”
取一只空矿泉水瓶,截去上半部分并装入适量的水,然后盖上一块硬纸板,将鸡蛋放在硬纸板上(如图1所示),用手指突然弹击硬纸板,可以观察到鸡蛋并没有随硬纸板一起飞去,而是安然的落入瓶中。鸡蛋正是由于自身惯性还保持原来的静止状态而落在正下方。
二、演示“影响压力作用效果的因素”
①取一只空矿泉水瓶,向瓶中装入少量的水放在一块海绵上,立刻看到海绵凹陷一些;将矿泉水瓶装满水再放到海绵上,会发现海绵凹陷得更深了,如图2所示。可以得出压力的作用效果与压力大小有关;
②取一只空矿泉水瓶,向瓶中装满水盖上瓶盖,放在一块海绵上,观察海面的凹陷程度,然后将瓶子倒置过来再放在海面上,观察海面的凹陷程度,比较两次凹陷程度,可以得出压力的作用效果与接触面积大小有关。
三、演示“大气压强”的存在
①取一只空矿泉水瓶装满水,将矿泉水瓶浸没于水中如图3甲所示;若抓住瓶底向上提,会发现在瓶口未离开水面之前,瓶里始终充满水,如图3乙所示;若在瓶底钻一小孔,重做上面的实验,会发现瓶中水面与瓶外水面始终相平,如图3丙所示。可以证明大气压的存在。
②取一只空矿泉水瓶,向瓶内注入少量的热水,摇晃后倒掉并立即盖紧瓶盖,过一会儿发现瓶子慢慢向内凹陷,可以证明大气压强的存在。
四、演示“液体内部压强与深度有关”
如图4所示。取一矿泉水瓶,在其侧壁钻三个上下位置不同的小孔,用橡皮塞塞住,给瓶里充满水,将瓶放在足够高的桌面上,然后把橡皮塞同时拔出,通过实验探究可发现,从不同的孔向外喷水的水平射程不同,从而演示了“液体内部压强与深度有关”。
五、演示“液体内部向各个方向都有压强”
取一矿泉水瓶,若在矿泉水瓶体的不同方向上,用小铁钉钻很多小孔,然后向瓶内装满水,盖上瓶盖,两手用力挤压瓶体,可看到水从不同的小孔中向各个方向喷出,这可以证明了“液体内部向各个方向都有压强”。
六、演示“浮力产生的原因”
取一个瓶口内径略小于乒乓球直径的矿泉水瓶,去掉其底部,把一只乒乓球放到瓶口处,然后向瓶里注水,会发现水从瓶口流出,乒乓球不上浮,原因是“乒乓球只有上表面受到水向下的压力,而下表面基本没有受到水向上的压力”,因而乒乓球不上浮(如图5甲所示);接着用手指堵住瓶口,不久就可观察到乒乓球上浮起来(如图5乙、丙所示),其原因是此时“乒乓球上、下表面均受到水的压力,且下表面所受的压力大于上表面所受的压力”。可以演示“浮力产生的原因”,即“液体对物体上、下表面的压力差所引起的”。
七、演示“光的折射”现象
取一矿泉水瓶,截去上半部分并装满水,将筷子斜插入水中,从水面上斜着看,会发现插入水中部分的筷子向上弯折,可以演示光的折射(如图6所示)。
八、演示“力的作用效果”
双手挤压空矿泉水瓶可以使瓶子变形,如果施加的力增大,瓶子变形程度就加大,这表明力的作用效果跟力的大小有关,力越大,力的作用效果越明显。
九、演示“流体压强与流速的关系”
两个瓶子放在一起,在瓶子的一边放置一个乒乓球,从另一侧向瓶缝隙中吹气,乒乓球不动。从缝隙中吹气,靠近瓶子一侧的空气流速大,压强小,而乒乓球外侧的空气流速小,压强大,会产生一个向内侧的压力差,所以球不动。可以说明流体压强与流速的关系。
十、演示“物体的浮沉”
①取一矿泉水瓶,截去上部并装满清水(如图7所示)。鸡蛋放在清水中会沉入水底;若在清水中放入盐,如果配制的盐水合适,鸡蛋会悬浮在盐水中。继续加盐,鸡蛋会上浮,最终漂浮在液面上。
②制作浮沉子:取一矿泉水瓶,倒入适量的水(不倒满)。然后取一注射用的小玻璃瓶向其中装入适量的水,将其倒放入矿泉水瓶中,使其漂浮如(图8所示),然后盖上瓶盖,通过用力挤压瓶体发现小玻璃瓶可以实现下沉和上浮,制作成一个简易的浮沉子。或者不盖盖子,而在瓶口扎上一块橡皮膜,然后用手指按压橡皮膜,同样可以使小玻璃瓶实现浮沉。
十一、演示“凸透镜”的相关实验
①取一矿泉水瓶,可以在瓶中装满水,对着太阳光,可以在地面上得到“细细”的亮条,说明凸透镜可以汇聚太阳光(凸透镜对光的汇聚作用)。
②取一矿泉水瓶,可以在瓶中装满水,然后隔着瓶子观察物体(注意瓶子与物体之间的距离适中),可以看到放大了的物体的虚像,演示凸透镜成放大的虚像。
十二、演示“失重现象”
取一矿泉水瓶,给瓶内装半瓶水,在瓶底用铁钉钻一小圆孔,我们可看到水从孔中喷出,若这时让塑料瓶自由下落,可看到水不再向外喷出,这就验证了水的失重现象。
十三、演示“气体的压强随体积的增大而减小”
取一矿泉水瓶,在靠近瓶底部的侧壁上开一个小圆孔,用胶带封住小孔,接着拧开瓶盖,往瓶中加入水,然后撕去胶带,水便从小孔射出,如图9所示。接着盖上瓶盖并拧紧,不久水便停止从小孔中射出,此时瓶内水面上方气压小于外界大气压。这个实验表明气体的压强随体积的增大而减小。
十四、制作“水火箭”
器材:矿泉水瓶、气筒、自行车气门、铁丝、橡皮塞、水等。水火箭构造如图10所示。在瓶中装适量的水,塞好瓶塞后放在发射架上。用气筒向瓶内打气,瓶内上方气体压强达到一定程度,高压气体将水和橡皮塞从瓶口压出,利用水的反冲作用把瓶推向高空。
此外,利用矿泉水瓶还可制成水平仪,可用来做阿基米德原理的溢水杯等。只要我们在教学中适时引导学生用生活中常见、便宜的器材(或废物)做实验,研究物理问题,不但会使学生倍感亲切,还有利于学生学习兴趣的激发和动手能力及创新精神的培养,从而收到出奇制胜的效果。
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