高中物理小實驗探討

原尚哲

摘 要：高中物理實驗是提高對物理規律理解的重要手段，而利用常見的礦泉水瓶自制實驗器材，可提高高中生對實驗的興趣、加深理解，并培養創新精神和動手實踐能力。本文介紹用礦泉水瓶設計的物理小實驗：完全失重、慣性、制作打點計時器和驗電器。

關鍵詞：高中物理；實驗

對高中生而言物理似乎是高深莫測的，有些物理現象不好理解、不夠直觀，而物理小實驗是幫助大家理解規律、提高學習興趣的好方法。做物理實驗離不開實驗器材，同學們通常認為研究物理需要很復雜的儀器。其實中學物理實驗并不神秘，用生活中常見的東西也可以設計物理小實驗，幫助大家學好物理規律。本文介紹高中興趣小組用常見的礦泉水瓶設計的幾個物理小實驗。

一、完全失重實驗

物理課本中原有的完全失重實驗，將彈簧秤和鉤碼一起做自由落體，觀察彈簧秤的顯示讀數，如果為零則完全失重。但實驗過程中難以看清彈簧秤讀數，關鍵的實驗現象不易觀測，很難給大家留下深刻印象。為此我們重新設計了完全失重實驗，采用易于取得的礦泉水瓶，使完全失重現象易于觀察。

實驗步驟如下：

1.在空礦泉水瓶底部開幾個小孔，裝進紅色墨水。紅色墨水會從礦泉水瓶子底部流出來。同學們觀察分析可以得知，這是由于墨水受重力作用而具有重量，而礦泉水瓶底部的小孔無法提供支撐墨水重量的支持力，因而會從小孔中噴出。

2.從高處釋放裝有紅色墨水的礦泉水瓶，此時會很容易發現在下落過程中小孔不再流出紅色墨水了。這是由于墨水與瓶子一起做自由落體運動，此時礦泉水瓶和墨水都處于完全失重狀態，相互之間雖然接觸但相互作用力為零，相對速度因此也為零，所以墨水與礦泉水瓶不會分離，也就不再從小孔噴出了。

3.將裝著紅墨水的礦泉水瓶從靜止位置開始，開口向上豎直上拋，會發現除了上拋的一剎那墨水加速噴出外，水瓶離開手后水就不會從小孔中噴射出來了。這出乎大多數同學的意料，大家本以為礦泉水瓶向上運動時，墨水不僅會從小孔中噴出，而且噴出速度會比瓶子不動時更大：因為水要向下流，而瓶子要向上走，因此應該加速噴出。

這樣的預測與實驗結果完全背道而馳，因為實驗結果是在運動過程中，小孔仍然沒有水流出來更別提以更高速度噴出了，而且無論瓶子拋出后是向哪個方向運動，礦泉水瓶底部小孔都不會噴水。

仔細分析后同學們對失重更加理解了，物體加速度與重力加速度是否一致是失重狀態的唯一判斷標準。本實驗中礦泉水瓶離開手后和墨水一樣處于完全失重狀態，因此無論它們運動方向朝向哪里，兩者的相對速度都為零，也就無法分離因此墨水不會流出。

二、設計打點計時器

高中階段力學實驗中的一個重要器材就是打點計時器，其工作原理的關鍵就是在紙帶上等時打點。改造礦泉水瓶替代打點計時器的做法，提高了大家的實驗興趣，也更便于直觀理解。

實驗步驟如下：

1.在去掉瓶蓋的礦泉水瓶底部穿一個小孔，將瓶內裝上紅色墨水。

2.手提礦泉水瓶平穩移動，代表打點計時器上紙帶的走動，水滴以相等時間下落到地上，代替打點計時器在紙帶上打點。地上水滴間距增大表明在做加速運動；而地上水滴間距不變表明是在做勻速運動；當地上水滴聚集在同一地點則表明瓶子處于靜止狀態。打點的時間間隔可以通過小孔的大小、水瓶高度和瓶內水深來控制。

這樣制作的礦泉水瓶把復雜的打點計時器的工作原理形象的演繹出來，既節省了經費還便于理解，可謂一舉兩得。

三、慣性小實驗

用礦泉水瓶設計小實驗，驗證慣性與質量的關系：將塑料玩具小球固定在細繩一端放入裝滿水的瓶內，繩的另一端固定在瓶蓋上，旋緊瓶蓋倒立，小球自然漂起。手持倒立瓶子向某個方向做加速運動。出乎大家意料的現象發生了：瓶子里漂浮著的塑料小球不但不像想象的那樣向后擺，反而向前擺動。

這種現象原因是：礦泉水瓶向某個方向運動時，由于慣性的存在，瓶中的水要保持原有狀態而向與瓶子移動的反方向運動，迫使球漂向與礦泉水瓶相同的移動方向。這充分說明水的慣性比塑料小球的慣性大很多，也證明了慣性大小由物體的質量決定而與其他無關，質量越大慣性越大，質量越小則慣性越小。這個實驗直觀的演示了慣性物理現象。

四、制作驗電器

利用礦泉水瓶做靜電實驗，讓大家體會到物理就在身邊，消除對電現象的神秘感：將干凈礦泉水瓶用吹風機吹干，并用軟木塞塞住瓶口，木塞鉆孔后插入鐵絲，鐵絲在瓶子里的一端彎成鉤狀，鉤子上放上煙盒內錫箔紙剪成的細條。為了保持干燥、防止靜電釋放，瓶子里還需要放些干燥劑，這樣利用密封干燥的礦泉水瓶就制成了簡易的驗電器。

用泡沫塑料在頭發上摩擦時會有靜電聚集，然后將它接觸驗電器外露的鐵絲一端，可以看見鐵絲下端的兩片錫箔張開，這說明制作的驗電器可以檢測到靜電的存在。這樣通過自制簡單的器材做物理實驗，很好地消除了大家對電的神秘感。

通過高中生興趣小組用礦泉水瓶做物理小實驗，不僅豐富了實驗器材、節省了經費，還提高了同學們對物理實驗的興趣，加深了對物理現象的理解，消除了對物理現象的神秘感，使物理規律生動的展現在眼前，同時培養了同學們的創新精神和動手實踐能力，對設計制作和參與實驗的所有人都很有幫助。

參考文獻：

[1]周靜.新課程標準下的高中物理實驗教學案例[J].科技信息（學術研究），2007，10：203-204.

[2]黃國雄.重新發現物理實驗：中學物理實驗資源開發利用的資源與案例[M].高等教育出版社.

[3]蔣萬君.用PC機代替打點計時器計時[J].物理實驗，2002，22（8）：31-32.

（作者單位：華中師范大學第一附屬中學）