一個物理實驗的兩種改進辦法

鐘健

九年級物理課程教材中的第一章第五節《密度與生活》有個小實驗，點燃酒精燈，把一個小風車放在酒精燈上，小風車就會緩慢轉動。但因小風車轉動太緩慢，導致實驗效果不明顯，所以我們有必要對這一實驗進行改進。改進實驗的目的就是讓實驗效果變得明顯，讓風車轉動得快些。

實驗的原理：酒精燈火焰周圍的空氣因受熱體積膨脹，密度變小而上升。熱空氣上升后，溫度低的冷空氣就從四面八方流過來，從而形成風，帶動小風車轉動。

目前有什么比較流行的實驗方法呢？經過網上查找，比較盛行的辦法，就是在酒精燈上面放個圓筒，熱氣流通過圓筒集中吹向小風車，風車自然會轉動得更快一些。

下面介紹我的改進辦法。為什么小風車會轉動得比較緩慢呢？最大的原因就是摩擦的問題，是風車制作工藝或轉動軸粗糙等問題阻礙風車轉動。正因為如此，我們就要從風車制作工藝方面下功夫。風車的紙質要選取柔韌而輕盈的，例如可選取銀行自動柜員機的打印紙；一定要用剪刀等利器剪裁紙張，切忌用手隨意撕扯折疊。風車直徑8-10厘米比較合適，大了風車較重更難轉動，如果小了上課過程中難以演示，遠處的學生難以觀察，影響視覺效果。轉動軸要選取光滑的、筆直的，最好是夠硬的，直徑小于1毫米的小棒，例如可以選取漆包線或者大頭針，這些都是比較光滑細小的。為了防止風車不動，我們可以串聯多一個小風車（如圖1），小風車和轉軸接觸處要盡量保持光滑。為了讓風車轉動起來更美觀，更容易觀看，我們可以在風車上涂上顏色，例如紅色或者綠色等。將風車懸掛在鐵架臺上，適當調節風車高度，點燃酒精燈，風車就會轉動起來（如圖2）。該實驗主要創新的地方就是，小風車經過精心制作，達到減小與轉軸摩擦的效果，從而使風車能快速轉動；用鐵架臺將整個裝置連成一體，只要點燃酒精燈，風車就會持續轉動下去，免去了用手拿著風車的麻煩。有教師說，如果實驗過程中遇到風，實驗就會變得麻煩，解決的辦法是在整套裝置外面蓋上玻璃罩，以作防風用。另外，為使風車轉動更快，可以適當加大酒精燈火焰，但要注意不要把風車燒著了。

我們還可以通過另外一個角度來說明密度與溫度的關系。事實上，孔明燈、走馬燈和熱氣球等，這些東西都可以說明密度與溫度的關系，但這些東西制作和操作起來顯得麻煩，所以特意創新了一個實驗。先要制作一個發射支架，支架可以用鐵絲繞制，也可以用鐵架臺配搭鐵夾等簡單制作而成（如圖3）。將保鮮袋套在支架上，袋子下方放置一個酒精燈，點燃酒精燈，保鮮袋不一會兒就會上升起來（如圖4），這個實驗我們稱之為“熱氣袋”實驗。本實驗作品效果明顯，能很好說明密度與溫度的關系，可以作為物理教具使用。作品使用過程中應注意事項：

（1）袋子要選擇輕盈的，以便能快速上升；

（2）酒精燈火焰要稍微大點，袋子才升得快；

（3）本實驗受風力影響較大，盡量選擇無風環境。

以上對同一實驗介紹了兩種改進辦法，它們有著不同的特點。第一種辦法側重于在原有辦法的基礎上加以改進，并結合鐵架臺一起形成整套實驗裝置；第二種辦法更側重于一個創新實驗，從另一個角度說明密度與溫度的關系，為教學提供很大的便利。

實驗教學是物理教學的一種重要手段，對實驗進行改進或引導學生去創新實驗，不但能為物理教學開辟新的思路，也能夠培養出更多具備創新思維的學生。

責任編輯 羅 峰