紙在物理教學中的妙用

曾　燕

(江蘇省常熟中學,江蘇　常熟　215500)

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紙在物理教學中的妙用

曾燕

(江蘇省常熟中學,江蘇常熟215500)

摘要：一張紙可以用來做什么？對此不同年齡階段的人會有不同的答案.在高中階段,可以給我們的學生提出關于一張紙的故事,作為物理課后作業,專門從物理學角度去研究它,一個開放性題目在一定程度上可以檢驗他們的物理學習情況.在不斷開發“紙”在物理教學中的應用中,增加學生親身實驗的機會,提高學生積極參與和合作探究的程度,體會到探究的快樂.

關鍵詞：物理教學;紙;應用

物理學是一門以實驗為基礎的學科,很多物理規律、原理都是通過實驗探究得到.教師應該抓住一切機會,讓學生能親自體驗科學家們從現象找事物本質的過程,不僅大大減輕了學生的學習負擔,更重要的是增加了學生學習物理的興趣和動力.但是實驗畢竟要借助一定的器材,很多本來“很有意思”、“很好玩”的實驗就變為了“說”實驗.其實,只要我們做個有心人,還是可以借助身邊簡單的實驗器材,例如一張白紙,再加一些輔助器材,可以演示很多有意義的小實驗.

1利用紙做力學實驗

1.1兩個“鐵球”同時落地

伽利略著名的比薩斜塔故事為人們熟知,在物理課堂上,為了能將學生由生活經驗而獲得的“重”的物體比“輕”的物體下落得快的認識充分瓦解,建立正確的落體運動規律,這時需要演示實驗來讓學生感受這種視覺上及思維上的“沖擊”,獲得最好的效益.我們可以隨手取材,用一張白紙、一個鐵球.實驗分成兩步,第一步,讓紙片和鐵球從同一個高度自由釋放(鐵球先落地,白紙后落地);第二步,還是這張紙片和這個鐵球,但紙片揉成團,從同一個高度自由釋放(幾乎同時落地).原因是一張平攤的白紙下落時會受到空氣較大的阻力,而鐵球則受空氣阻力很小,當白紙變成一個小團后下落時空氣阻力也很小,那么在沒有任何阻力的情況下,兩個物體應該是同時落地的.

1.2紙片順著繩子“爬高”

如何讓一張紙片(質地要硬一些)順著兩根繩子往上“爬”？這個問題很有挑戰性.

圖1

利用圓規的一個針腳在這個紙片上打出四個小孔,呈梯形,四個小孔分別位于“梯形”的四個頂點.然后用兩根繩子分別穿過一上一下的兩個小孔,呈“八”字形(如圖1).一位同學將兩根繩子的下端拉住(保持兩根繩子從下面兩個小孔出來時平行放置),另一位同學將兩根繩子的上端也用手握住(同樣保持平行),由繩子上端的那位同學,通過兩只手一左、一右拉動繩子,這時我們便可看到紙片沿著繩子“爬”上去了.如果是下端的同學如此拉動繩子,而上端保持不動,紙片會沿繩子往下運動.在這個實驗現象里包含著什么物理原理？學生在親自“體驗”中,慢慢會悟出道理.

圖2

當從上端牽引左邊繩子時,左繩拉直、右繩放松(如圖2),卡片原有狀態中左邊繩子由“凹折態”變成“直線態”,在此過程中,對卡片產生一個逆時針旋轉的力矩作用,由于右邊的繩子是松的,因此,卡片右邊的兩個孔,會分別沿著右邊的繩子“上移”.穩定后,再牽引右繩(同樣是在上端牽引),放松左繩,此時右側繩子狀態的變化產生順時針轉動的力矩作用,卡片左邊的兩個孔會分別沿著左邊的繩子“上移”.這樣就好像人登山一樣,一個腳用于固定,并產生作用力,而另一個腳用于往上“攀爬”.

1.3抽紙條

為了加深學生對沖量物理意義的理解,我們可以做以下小實驗,取一只玻璃杯,一張紙條.將紙條壓在玻璃杯之下,第一次快速抽出紙條,玻璃杯幾乎沒有發生任何變化;第二次緩慢抽出紙條,這時玻璃杯會發生移動的現象，玻璃杯運動狀態改變了,且比較明顯.原因何在？原因是在兩次抽出紙條的過程中,在水平方向上玻璃杯底都只受到紙條施加的滑動摩擦力,且大小相等,但由于操作時有“快速”、“緩慢”之別,從而使得該滑動摩擦力在兩次實驗中的作用時間不同,導致玻璃杯受到的沖量大小不同,所以動量的改變量也不同.第一次作用時間趨于零,所以動量改變量也趨于零(玻璃杯幾乎沒發生任何變化),第二次作用時間較長,所以動量改變量也大(玻璃杯隨著紙條抽出而發生移動).這個小實驗可以真切幫助學生理解抽象的理論,因此學生應該要學會能隨手取材,做實驗來“消化”知識.如果有學生能讓該實驗更加刺激一些的話,可以這么設計,將兩個去蓋的啤酒瓶口對口放置在水平桌面上,兩口之間放置一張紙條,第一次快速抽出紙條,第二次緩慢抽出紙條,看有什么現象.

1.4演示伯努利原理

當我們站在公路旁等待公共汽車時,一輛疾馳而過的汽車,像長了只無形的手把我們“拉”了一下,這個現象說明了“伯努利原理”.我們可用身邊的簡單器材來重現這一現象，取一張白紙,一撕為二,兩手分別捏住白紙的一端,使兩張紙平行放置;往兩紙片之間吹氣,便會發現兩張紙片會向中間靠攏(好像是相互“吸引”).其實這個就是和氣流速度、氣體壓強有關.氣流速度越快,氣體壓強就越小.那么往兩張紙片中間吹氣,加快了兩張紙之間的氣流速度,導致兩紙之間的氣壓減小,而對于兩張紙的外側沒有受到影響,氣壓不變,因此每張紙片內側壓力小而外側壓力大,因而會向中間靠攏(“吸引”).

2利用紙做靜電實驗

在冬季,同學們會發現在脫毛線衣時,會產生劈里啪啦的聲響,而且還帶有小火花，這個是靜電現象.裝運燃油的大貨車車尾總是拖著一個“小辮子”——鐵鏈,它的作用是將靜電導走,否則會釀成大禍.那么什么是靜電現象？取一張白紙,再取一根玻璃棒和一塊絲綢.將紙片撕成很細小的碎片灑在課桌上,將玻璃棒和絲綢進行摩擦,然后讓玻璃棒靠近碎紙片,此時會發現,小紙片乖乖的“飛”向玻璃棒，此時玻璃棒帶電了，它具有能吸引輕小物體的本領.那么原來沒有摩擦的玻璃棒是電中性的,而經過摩擦,絲綢將玻璃棒中的電子“奪”了過去,玻璃棒因失去電子而帶正電,其實這時候的絲綢帶上了負電.就這么一個小實驗(也可以用塑料的圓珠筆殼,將它和頭發摩擦),可以將靜電“展現”在學生眼前,如此“零距離”感受它的存在,對于學生來說,記憶肯定十分深刻.

3利用紙做光學實驗

3.1小孔成像

3.2觀察光的衍射現象

取一張白紙,用一把美工刀在其中央部分劃上一刀,然后舉著這張紙,對著有光的方向(太陽、點亮的日光燈等都可以),透過那條劃出的細縫去看太陽或者點亮的日光燈,我們會發現不僅能看見光,而且看到的光的區域比那條縫要粗,還是七彩的光.這個現象便說明了光如果遇到了障礙物,它還是會繼續傳播的,而且傳播的方向會改變,即所謂的“繞彎”.平時不容易看到這個“繞彎”現象的原因是,要發生明顯衍射現象的條件是障礙物的尺寸或者縫的尺寸要和光的波長差不多或者比波長要小.

小小實驗隨時做,小小實驗顯真理,物質本性記心頭.當然,一張紙能參與的實驗遠不止這么多,只要我們敢于去探究,敢于去發現,那么借助這張紙,可以展示某些物理現象，我們的學生將更加樂于去學習物理,親近物理.

參考文獻：

仇忠海.高中物理實驗能力培養與訓練[M].上海：上海科學技術文獻出版社,2002.