介紹幾個簡易的自制教具

易其順

1 液體壓強的計算

關于液體壓強的計算，有的教材采用一端帶橡皮膜的玻璃管豎直插入水中（如圖1所示）來定量研究液體壓強的大小［1］。先在玻璃管中注入水，觀察橡皮膜的變化：當橡皮膜沒有凹凸時，會觀察到管內水的高度與外面的水面相平，此時管內的水對橡皮膜產生的壓強等于外面的水對橡皮膜的壓強，這樣就可以通過計算管內的壓強來確定燒杯中的水在橡皮膜處產生的壓強。這個實驗關鍵在于通過觀察橡皮膜的凹凸來確定水的高度。可是在實驗過程中，由于玻璃管徑小，很難觀察到橡皮膜的凹凸情況。因此，我們制作了如圖2a所示的裝置，它將橡皮膜的凹凸轉變為指針的偏轉，從而可以清楚地知道橡皮膜的凹凸情況，其構造如圖2a所示。

實驗時先將管豎直插入水中（如圖2b所示），橡皮膜由于受到水的壓強所以變凹，由于橡皮筋的收縮力使套環往上移，所以指針往下偏轉指到凹處。此時越往下壓指針偏轉角度越大，然后往管內注入水，由于管內的水對橡皮膜也有壓強，所以橡皮膜凹的程度慢慢變小，于是就看到指針偏轉的角度慢慢變小。當管內外水面相平時，指針指到平的位置，說明橡皮膜平，此時就可以計算管內的水對橡皮膜產生的壓強（如圖2c所示）。

2 懸浮實驗的設計

物體在水中會有漂浮、懸浮和沉在水底三種情況。在演示漂浮和沉在水底時比較容易，演示懸浮就比較困難，在這里我們介紹兩種演示懸浮的簡便方法。

第一種方法如圖3a所示，先用一個小試管和一個錐形瓶放入盛有水的水桶中，調節試管里的空氣柱使得試管倒過來后底部剛好能露出水面，然后將試管放到錐形瓶中（在水中操作），從水桶中拿出錐形瓶，倒出少量水，再用氣球膜套住瓶口綁緊，最后用鋁線或較軟的鐵線在瓶頸處固定留出一小段，彎過瓶口（如圖3a所示），用手指壓鋁線的末端使它往下壓氣球膜，由于錐形瓶內的氣壓增加，所以試管內的氣體體積變小。因所受的浮力小于重力，所以試管下沉。當試管到達某個深度時，移開手指，鋁線的末端和氣球膜就停留在那個位置不動（如圖3b），試管也就停在那個深度不動了（如圖3b），從而可以達到懸浮的目的。

第二種方法如圖4所示，按第一種方法使小試管剛好漂浮于可樂瓶中，然后用鋁線或較軟的鐵線在可樂瓶上繞一圈，再將兩頭扭在一起固定如圖4a所示。當用手或鉗子擰緊可樂瓶時，小試管就下沉（下沉的原因與第一種方法相同）。當小試管下沉到某個位置時停止擰，試管就停留在那個位置不動（如圖4b），同樣也可以達到懸浮的目的。

3 浮力產生的原因

眾所周知，浮力的產生是因為浸在液體中的物體受到液體對它下上表面的壓力差所引起的，可是如何通過實驗來說明這個道理呢？筆者在此介紹一種容易制作、效果又很好的教具。

將一個可樂瓶的底部去掉，在瓶口處套上一段透明玻璃管，將一個軟木塞平放到瓶口處，然后在軟木塞下表面附近的瓶頸處開一個小孔。如圖5a所示，向可樂瓶注入水后會發現軟木塞并沒有浮起來，只是在玻璃管口處有很細的水流出。這時用手掌堵住玻璃管口，軟木塞還沒有上浮，玻璃管里的水柱慢慢升高（如圖5b），當軟木塞下表面接觸到水時，軟木塞就浮起來（如圖5c），也就很好地說明浮力產生的原因。

4 磁場大小和方向演示

一般采用磁粉或鐵屑來演示磁鐵周圍的磁場，但只能演示磁場的大小，不能演示磁場的方向，而且磁粉和鐵屑一般很難找。這里我們給大家介紹一種很容易制作的演示磁場大小和方向教具。

用鐵線折成如圖6a所示的形狀，在U型框上綁三條系線，分別將六根縫衣針的針頭與磁鐵的N極摩擦（使針頭被磁化為N極），針尾與磁鐵的S極摩擦（使針尾被磁化為S極），然后將這些針綁在三根細線上（如圖6a）即可做成。如果用它來演示U形磁鐵中間的磁場時（這里以U形磁鐵為例來說明）手拿著柄，將框部分放到U形磁鐵中間（如圖6b），就會看到所有的針頭都指向S極，說明U形磁鐵中間的磁場方向是從N極指向S極的，同時還可以看到三排針相互平行，說明U形磁鐵中間的磁場是均勻的。當用來演示U形磁鐵N極附近的磁場時，將框垂直地放在N極附近（如圖6c），就會觀察到所有的針頭都背離N極，說明N極附近的磁場方向是從N極出發向外發散，同時可觀察到三排針不平行，針尾相互靠近，針頭相互遠離，說明N極附近的磁場越靠近N極越大，越遠離N極越小。

5 用吸管演示靜電實驗

靜電實驗是中學物理中比較難的實驗之一。由于靜電實驗中產生的電量少，電勢高，一漏就光，因此實驗比較難成功，尤其在進行電荷相互作用時更難。我們通過一系列的嘗試發現，用吸管來做靜電實驗效果很明顯。

如圖7所示，用它可以演示靜電能吸引輕小物品實驗和靜電的相互作用實驗。當用來演示靜電吸引輕小物品時，將事先在中點鉆孔的吸管放在礦泉水瓶蓋上的釘頭上，然后一只手拿另一根吸管的一端，另一只手的拇指和食指壓住吸管的中部，再快速往外滑動，這樣吸管就帶上電。將帶上電的吸管靠近放在礦泉水瓶上的吸管的一端，吸管就被吸引過來。當演示同種電荷相互作用時，只要一只手拿住兩根吸管一端，另一只手的拇指和食指同時壓住吸管的中部并快速往外滑，這時兩根吸管都帶上了同種電荷，然后將鉆有孔的吸管放到大頭針的針頭上，手拿另一只吸管靠近它，吸管就因為排斥而轉動。

參考文獻：

［1］陳琪兮.物理（義務教育課程標準實驗教科書）［M］.教育科學出版社，2005年12月

(欄目編輯張正嚴)