初中物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中塑料瓶的應(yīng)用

鄭宇峰

(廣東省廣州市花都區(qū)實(shí)驗(yàn)中學(xué),廣東　廣州　510800)

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初中物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中塑料瓶的應(yīng)用

鄭宇峰

(廣東省廣州市花都區(qū)實(shí)驗(yàn)中學(xué),廣東廣州510800)

摘要：物理學(xué)是生動(dòng)有趣的，它來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)踐，生活中到處都有物理知識(shí).物理學(xué)習(xí)應(yīng)該吸引廣大學(xué)生成為物理愛好者，使青少年大顯身手.但是由于很多物理實(shí)驗(yàn)過(guò)于抽象，使學(xué)生感到物理枯燥、難學(xué)，望而生畏，缺乏興趣，從而產(chǎn)生厭學(xué)情緒.因此，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣，是至關(guān)重要的.本文介紹了利用塑料瓶制作的多種初中物理演示實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理來(lái)源于生活，使得學(xué)生通過(guò)直觀觀察，領(lǐng)會(huì)物理學(xué)知識(shí)，提高學(xué)習(xí)物理的興趣，并對(duì)物理教師設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)提供參考.

關(guān)鍵詞：塑料瓶；興趣；演示實(shí)驗(yàn)

從教育心理學(xué)的角度來(lái)看，學(xué)習(xí)主要是認(rèn)知、情感和心理動(dòng)作三個(gè)領(lǐng)域的復(fù)合活動(dòng).物理教學(xué)的重要任務(wù)就是要努力促使學(xué)生智、能、情、意均衡發(fā)展.也就是使認(rèn)知、情感、意志三者相互促進(jìn)，達(dá)到人的素質(zhì)全面發(fā)展.朱熹說(shuō)過(guò)：“教人未見其趣，必不樂(lè)學(xué)”，培養(yǎng)學(xué)生的物理情感和學(xué)習(xí)興趣是學(xué)生學(xué)好物理的關(guān)鍵.

演示實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)中的一種重要手段，要使學(xué)生深刻地理解和掌握物理規(guī)律，單憑教師口述手寫，往往是達(dá)不到目的，必須借助教具的使用，包括實(shí)物、模型、儀器、掛圖、圖表和標(biāo)本，或者是多媒體動(dòng)畫等.只有充分利用這些教具，配合教學(xué)進(jìn)行演示，才能收到良好的教學(xué)效果.

隨著教學(xué)條件的改善，各學(xué)校都增加了不少先進(jìn)的儀器，但別忘了我們不是做魔術(shù)給學(xué)生看，而是要讓學(xué)生通過(guò)觀察演示實(shí)驗(yàn)，理解、掌握知識(shí)和發(fā)展能力.所以如何讓學(xué)生直觀、深刻地體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程是教學(xué)的關(guān)鍵.有的老師認(rèn)為，簡(jiǎn)陋的儀器很難做到準(zhǔn)確，筆者認(rèn)為準(zhǔn)確是相對(duì)而言的.如果你把物理過(guò)程都隱藏在黑盒子內(nèi)，一下就能得出一個(gè)準(zhǔn)確的結(jié)果，但對(duì)于學(xué)生而言把整個(gè)過(guò)程看的清晰更為重要.以下是利用塑料瓶制作演示器材的實(shí)例，配合教學(xué)進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生直觀、深刻地體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，可收到良好的教學(xué)效果.

1內(nèi)燃機(jī)模型

1.1準(zhǔn)備過(guò)程

(1) 需要準(zhǔn)備的器材：塑料瓶、瓶塞(化學(xué)實(shí)驗(yàn)室可以找到)、酒精(濃度不要太高，藥用75%的酒精即可)、打火機(jī)、酒精燈.

(2) 選擇大一點(diǎn)的塑料瓶(比如1.5L的可樂(lè)瓶)去掉包裝和瓶塞，瓶子末端鉆孔，可以用酒精燈燒熱鐵釘燙出，選擇的塞子剛好可以塞住瓶口.

1.2演示過(guò)程

(1) 打開瓶塞，滴入幾滴酒精，塞緊后晃動(dòng)加快酒精蒸發(fā)，此時(shí)瓶?jī)?nèi)充滿了氣態(tài)的酒精.

(2) 將瓶身固定在桌面上，用打火機(jī)在瓶子末端鉆孔處點(diǎn)火，此時(shí)部分氣態(tài)酒精已經(jīng)通過(guò)小孔溢出，酒精會(huì)在瓶子內(nèi)部快速燃燒，頂出瓶塞(如圖1).

圖1

1.3可以解決的問(wèn)題

(1) 新教材在進(jìn)行熱機(jī)教學(xué)時(shí)通常的做法都是利用如圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置，用酒精加熱水，水汽化為水蒸氣來(lái)推動(dòng)活塞做功，說(shuō)明水蒸氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為活塞的機(jī)械能，這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置演化為如圖3所示的裝置，就可以說(shuō)明單向的活塞運(yùn)動(dòng)通過(guò)曲軸和連桿的結(jié)合就可以變?yōu)槲覀冃枰霓D(zhuǎn)動(dòng)，這樣一個(gè)過(guò)程可以很好的解釋蒸汽機(jī)的原理，但是現(xiàn)代的熱機(jī)主要都是內(nèi)燃機(jī)，學(xué)生從蒸汽機(jī)到內(nèi)燃機(jī)還是需要一個(gè)思維的過(guò)渡，圖1的實(shí)驗(yàn)裝置可以通過(guò)明顯的動(dòng)畫顯示出內(nèi)燃機(jī)的有效性，從思維的角度對(duì)蒸汽機(jī)到內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)化做出鋪墊.

(2) 實(shí)驗(yàn)裝置的特點(diǎn)

這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置采用了與圖2相同的酒精燃料(甚至于濃度還不及實(shí)驗(yàn)室用的酒精)，但是簡(jiǎn)化了其中內(nèi)能的轉(zhuǎn)移過(guò)程，也因此減小了浪費(fèi)，關(guān)鍵是學(xué)生能直觀地觀察出幾滴酒精中蘊(yùn)含的能量用來(lái)做功可以達(dá)到的效果，從效率出發(fā)說(shuō)明了內(nèi)燃機(jī)出現(xiàn)的必要性，并對(duì)下一節(jié)熱機(jī)效率的教學(xué)起到了很好的鋪墊作用

2力的相互作用

2.1準(zhǔn)備過(guò)程

(1) 需要準(zhǔn)備的器材：塑料瓶、酒精.

(2) 直接在塑料瓶的蓋子上鉆一個(gè)小孔，可以使用上述的方式燙制.

2.2演示過(guò)程

(1) 同樣滴入幾滴酒精后快速晃動(dòng)使瓶?jī)?nèi)充滿氣態(tài)酒精.

(2) 將瓶子放在高處凳子上(注意瓶末尾不要對(duì)人)，火機(jī)點(diǎn)燃瓶蓋處小孔.

(3) 瓶子會(huì)快速反向飛出.

2.3可以解決的問(wèn)題

相比較課本穿旱冰鞋的小孩和劃船的例子，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的可視性和震撼性會(huì)更強(qiáng)一些.

3大氣壓和浮力

3.1準(zhǔn)備過(guò)程

需要準(zhǔn)備的器材：塑料瓶、乒乓球.

3.2演示過(guò)程

(1) 將塑料瓶從中間剖開，留著有瓶口的部分，如圖4所示，乒乓球放到瓶子內(nèi)側(cè)，先用手按住，灌水進(jìn)去，水不會(huì)流出.

(2) 將塑料瓶灌滿水，乒乓球放到瓶口外面，同樣灌水進(jìn)去，如圖5所示，水也不會(huì)流出.

3.3可以解決的問(wèn)題

圖4可以解釋浮力產(chǎn)生的根本原因在于上下表面的壓力差，如果與浮在水面上的乒乓球類比，可以明確如果下表面沒(méi)有了向上的壓力，浮力也就不復(fù)存在了.

圖5可以說(shuō)明大氣壓的存在，也可以用一張紙來(lái)代替乒乓球，如圖6所示，可以明確地解釋說(shuō)明大氣有向上的壓力.圖5的裝置因?yàn)槌晒β瘦^高，加上乒乓球的可重復(fù)使用性都可以說(shuō)明實(shí)驗(yàn)裝置的可操作性更好，另外圖5的實(shí)驗(yàn)可以用裝滿水的瓶子橫向放置，如圖7所示，這樣可以說(shuō)明大氣也有橫向的壓力.以此類推，可以通過(guò)乒乓球的朝向來(lái)說(shuō)明大氣向各個(gè)方向都有壓強(qiáng).

4潛水艇原理

圖8

4.1準(zhǔn)備過(guò)程

需要準(zhǔn)備的器材：塑料瓶、口服液的小瓶子(最好選擇玻璃瓶).

4.2演示過(guò)程

(1) 將小玻璃瓶中的口服液清空，瓶口穿洞，倒入適量的水.

(2) 將裝水的小玻璃瓶倒放到塑料瓶中，如圖8所示，蓋好塑料瓶蓋子，通過(guò)擠壓大塑料瓶來(lái)改變小瓶中水的多少，從而達(dá)到改變小玻璃瓶自身重力的目的.

4.3可以解決的問(wèn)題

潛水艇利用了浮力和重力的關(guān)系實(shí)現(xiàn)了上浮、懸浮、下沉的狀態(tài)切換，通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置可以用類似變魔術(shù)的方式引起學(xué)生的興趣，通過(guò)小瓶子中水多少的改變來(lái)說(shuō)明潛水艇通過(guò)自身重力改變實(shí)現(xiàn)浮沉的過(guò)程，此實(shí)驗(yàn)形象、生動(dòng).

5光的直線傳播

5.1準(zhǔn)備過(guò)程

需要準(zhǔn)備的器材：塑料瓶、紅墨水或者蚊香、激光筆.

5.2演示過(guò)程

圖9

將紅墨水加到裝滿水的塑料瓶里，或者將蚊香的煙霧密封到塑料瓶中，如圖9所示，使激光筆的光束穿過(guò)瓶身.

5.3可以解決的問(wèn)題

光的直線傳播的觀察一直是不好操作的實(shí)驗(yàn)，有條件的可以選擇遮光性好的教室來(lái)做，不過(guò)圖9的實(shí)驗(yàn)裝置演示的直線傳播從實(shí)現(xiàn)上來(lái)說(shuō)更具有操作性.

6物體的顏色

6.1準(zhǔn)備過(guò)程

需要準(zhǔn)備的器材：塑料瓶、紅墨水，紅色激光筆.

6.2演示過(guò)程

將裝滿紅墨水的瓶子對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)光或者白色光源.

6.3可以解決的問(wèn)題

圖10

(1) 用白光照到裝有紅色水的塑料瓶上，如圖10所示，在白墻上就只看到了紅光，說(shuō)明紅色的水只透過(guò)紅光而吸收了其它色光，用紅色激光照射，在白墻上也只看到紅光，說(shuō)明透明物體的顏色是由它所透過(guò)的色光決定的.

(2) 看到紅色的塑料瓶的顏色是紅色，說(shuō)明紅色塑料瓶也只反射紅光而吸收了其它色光.即物體的顏色是由它所透過(guò)或者反射的色光的顏色決定的.

7凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)

7.1準(zhǔn)備過(guò)程

需要準(zhǔn)備的器材：礦泉水瓶(圓柱形的瓶子).

7.2演示過(guò)程

將礦泉水瓶橫向放置，看遠(yuǎn)處和近處的物體.

7.3可以解決的問(wèn)題

凸透鏡成像問(wèn)題中，當(dāng)物體在凸透鏡一倍焦距以外成倒立實(shí)像，在凸透鏡一倍焦距以內(nèi)成正立的虛像的問(wèn)題，學(xué)生往往模糊不清.裝滿水的礦泉水瓶構(gòu)成了一個(gè)水做的凸透鏡，不過(guò)我們對(duì)于倒立成像的觀察總是不夠敏感，所以使用時(shí)一定要橫向來(lái)使用.遠(yuǎn)處的景物可以形成明顯的倒立像，近處的景物可以看到正立像，強(qiáng)烈的對(duì)比和實(shí)驗(yàn)的便于操作性，都可以讓這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解和記憶變得更容易.

8氣體對(duì)外做功

8.1準(zhǔn)備過(guò)程

(1) 需要準(zhǔn)備的器材：塑料瓶、橡皮塞、自行車氣門芯、打氣筒.

(2) 將自行車氣門芯裝到瓶蓋上，為了增加氣密性，上下表面可以各放一個(gè)膠墊，將該裝好的瓶蓋擰到塑料瓶上.

8.2演示過(guò)程

在瓶中加一點(diǎn)水，密封后用打氣筒通過(guò)氣門芯給瓶子打氣，等到瓶?jī)?nèi)氣壓達(dá)到一定程度后，用手慢慢旋轉(zhuǎn)瓶蓋螺紋，里面氣體將瓶蓋推出，同時(shí)觀察瓶子內(nèi)部的白霧現(xiàn)象.

8.3可以解決的問(wèn)題

課本上的實(shí)驗(yàn)裝置如圖11所示，利用活塞燒瓶演示，因?yàn)榘嘴F出現(xiàn)的時(shí)間太短，詳細(xì)的觀察只能通過(guò)視頻慢鏡頭實(shí)現(xiàn).圖12的瓶蓋和塑料瓶配合使用，由于打氣筒充氣后壓力更大，故白霧出現(xiàn)的時(shí)間更長(zhǎng)，足夠巡教室一圈，讓每個(gè)學(xué)生都親眼目睹，對(duì)于說(shuō)明氣體對(duì)外做功內(nèi)能變小、水蒸氣遇冷液化形成白霧的物理原理效果會(huì)更好.

以上介紹了筆者在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中對(duì)于塑料瓶的使用，其實(shí)它的應(yīng)用還不止這些.相信只要用心，還會(huì)有更多的應(yīng)用.這樣的實(shí)驗(yàn)裝置器材容易尋找，制作簡(jiǎn)單，成本低廉，最關(guān)鍵的是學(xué)生實(shí)驗(yàn)的效果明顯，一目了然.

興趣和情感總是在一定的情景中發(fā)生的.物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，人類的物理知識(shí)來(lái)源于實(shí)踐，特別是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐.許多物理規(guī)律都是從模擬自然現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出來(lái)的.學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)的品質(zhì)就是在科學(xué)活動(dòng)的實(shí)踐中不斷培養(yǎng)和提高的.在物理教學(xué)中認(rèn)真做好一系列有趣的實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)撥學(xué)生的思維，使學(xué)生的思維處于激勵(lì)狀態(tài)，可以把學(xué)生的智力活動(dòng)由最初簡(jiǎn)單的興趣引向熱情而緊張的思考，促進(jìn)學(xué)生思維的活化，而利用生活用品作為實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)一步豐富學(xué)生實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)，類似的現(xiàn)象清楚、效果明顯的演示實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)了一個(gè)有聲有色、形象直觀的情景，而學(xué)生在后面的模仿創(chuàng)新中也可以提高動(dòng)手能力，體會(huì)科學(xué)家探究的過(guò)程，活用知識(shí)，創(chuàng)設(shè)一種理論聯(lián)系實(shí)際，巧用物理知識(shí)的情景，使學(xué)生觸景生情、觸類旁通，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理興趣和積極性.

參考文獻(xiàn)：

[1] 中學(xué)物理課堂教學(xué)方法實(shí)用全書[M].呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué)出版社,1999.

[2] 朱春輝.飲料瓶在初中物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].物理之友，2014，30(10).

[3] 張世剛.自制教具是初中物理教學(xué)不可或缺的一環(huán)[J].物理之友，2014，30(12).

·實(shí)驗(yàn)研究·