淺談高中物理趣味實(shí)驗(yàn)的合理開發(fā)

葉光希

摘要：物理實(shí)驗(yàn)作為提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的重要途徑，已成為中學(xué)物理教學(xué)改革的突破口。本文選取了筆者在開設(shè)的選修課中幾個(gè)簡單有趣的物理實(shí)驗(yàn)，介紹了其制作過程，并將實(shí)驗(yàn)原理與課本知識點(diǎn)融合，為現(xiàn)階段“促進(jìn)學(xué)生有效學(xué)習(xí)”課堂變革及物理選修課程建設(shè)提供一些參考。

關(guān)鍵詞：趣味實(shí)驗(yàn);高中物理;中學(xué)教學(xué)

中圖分類號：G633.7 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? 文章編號：1992-7711（2019）02-0098

高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)在課程基本理念中指出：“高中物理應(yīng)促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生積極參與、樂于探究、勇于實(shí)驗(yàn)、勤于思考。”近兩年來，筆者一直面向我校高一學(xué)生開設(shè)選修課程——《趣味物理實(shí)驗(yàn)》。本文集錦了幾個(gè)趣味物理實(shí)驗(yàn)，供參考。

一、無線通信模擬演示

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：打開收音機(jī)（如圖1），將右邊線圈的耳機(jī)插頭插入收音機(jī)的耳塞插孔中，把揚(yáng)聲器的耳機(jī)插頭插入到左邊線圈的插孔中，將兩個(gè)線圈相互靠近。此時(shí)收音機(jī)發(fā)出的聲音信號就通過音響擴(kuò)散開來。若將兩個(gè)線圈靠近或遠(yuǎn)離，則聲音信號也隨之加強(qiáng)或減弱;若距離較遠(yuǎn)，音響就不發(fā)聲了;若在兩個(gè)線圈中插入鐵芯（如圖2），聲音會(huì)更強(qiáng)。

實(shí)驗(yàn)原理：無線通信的主要實(shí)驗(yàn)依據(jù)是互感現(xiàn)象，與變壓器原理類似。當(dāng)音頻插頭插到電子設(shè)備上時(shí)，原線圈中便產(chǎn)生交變電流，于是在副線圈中產(chǎn)生對應(yīng)的交變電流，音響接受到電信號便可以發(fā)聲了。

類似的，筆者也制作了光通信模擬演示儀。如圖4，是光纖通信模擬裝置發(fā)射部分的示意圖，主要器件有手電筒（或燈泡、燈珠均可）、電感和電容等。其中手電筒和電感L串聯(lián)，而隔直電容和音頻線的耳機(jī)插頭一端相串聯(lián)，整體再并聯(lián)到電感上。這樣當(dāng)耳機(jī)插頭接入到收音機(jī)的耳塞插孔后，收音機(jī)的聲音信號就變成了電信號，電信號再通過電容和電感調(diào)制到燈泡上，當(dāng)通過線圈的電流發(fā)生變化時(shí)，通過燈泡的電流也不斷變化，則燈泡的亮度也會(huì)不斷變化，這樣就實(shí)現(xiàn)了電信號和光信號的調(diào)制轉(zhuǎn)換。

二、奇異的串聯(lián)電路

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：將由2個(gè)燈泡組成的串聯(lián)電路的插頭接入插座中（如圖5所示），若只閉合開關(guān)K1，則燈泡L1發(fā)光;若只閉合開關(guān)K2，則燈泡L2發(fā)光。若同時(shí)閉合或斷開K1和K2，則燈泡L1、L2同時(shí)發(fā)光或熄滅。該串聯(lián)電路結(jié)果演示了并聯(lián)電路的現(xiàn)象，達(dá)到了并聯(lián)的效果。

將由4個(gè)燈泡組成的串聯(lián)電路的插頭接入插座中（如圖6所示），若只閉合開關(guān)K1，則燈泡L1、L3發(fā)光;若只閉合開關(guān)K2，則燈泡L2和L4發(fā)光。該串聯(lián)電路演示了混聯(lián)電路的現(xiàn)象，既有并聯(lián)的效果，又有串聯(lián)的現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)原理：如圖7，在每一個(gè)燈座和開關(guān)下面，都并聯(lián)了一個(gè)二極管，其中燈座之間、開關(guān)之間的二極管極性均為反向，且每一個(gè)開關(guān)和所控制的燈泡下面的二極管極性又是反向的。當(dāng)只接通一個(gè)開關(guān)的時(shí)候，如閉合開關(guān)K1，仔細(xì)分析電流的流向，發(fā)現(xiàn)燈泡L1只有半個(gè)周期通電;而燈泡L2則不通電（從其下面的二極管流過）。

三、簡易直流電動(dòng)機(jī)

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：將1號干電池裝在電池盒里，強(qiáng)磁鐵放置在上方，再將線圈架在支架上，電路接通，輕輕撥動(dòng)線圈，線圈便旋轉(zhuǎn)起來。

實(shí)驗(yàn)原理：通電線圈在磁場中受到力的作用，力矩不平衡使線圈旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)到漆包線包圍位置的時(shí)候，由于慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到力矩不平衡位置，就會(huì)一直旋轉(zhuǎn)。

實(shí)驗(yàn)步驟：①預(yù)留約1厘米的漆包線線頭，然后將漆包線繞成合適的環(huán)形，并盡量多繞幾匝;接著將多余的線沿環(huán)形線圈纏繞，盡量密集些;相應(yīng)地在另一端也保留約1厘米的線頭，兩個(gè)線頭盡量接近線框中點(diǎn)。②將其中一端的線的外皮漆全部用小刀刮去，另一端則刮去半邊即可。③截取兩段約7厘米長的漆包線，兩頭刮去漆皮，并折成M字型，注意向下凹陷的部分的漆一定要刮干凈。④用夾子將步驟③所做的兩根漆包線固定在干電池正負(fù)兩極間，并將長方形帶腳線圈擱在其上。⑤將永久磁鐵放置在線圈下方，用手輕輕撥動(dòng)線圈，線圈便會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來。

四、水火箭

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在火箭體內(nèi)灌入一定量的水，利用打氣筒充入空氣到達(dá)一定的壓力后發(fā)射。空氣壓力把水從火箭尾部的噴嘴向下高速噴出，在反作用下，水火箭快速上升，像導(dǎo)彈一樣有一個(gè)飛行軌跡，最后達(dá)到一定高度后下落，基本上都能達(dá)到五六樓層的高度。

實(shí)驗(yàn)原理：牛頓第三定律（力的作用是相互的）。

實(shí)驗(yàn)步驟：①利用飲料瓶制作成箭體、箭頭、尾翼。②將橡皮塞塞入瓶口，目測需要的長度，切除多余部分，將氣門芯按順序裝入橡皮塞。③發(fā)射架的制作，將圓形鐵圈固定在鐵架臺的合適位置，火箭底部能架在上方，氣筒皮管夠得著即可。④在空曠處給火箭灌水，用打氣筒充氣到一定程度，水火箭就會(huì)噴射而出。

五、簡易投影儀

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在一個(gè)漆黑的房間里，用智能手機(jī)全屏播放一段視頻，將手機(jī)放在支架上，蓋上蓋子，畫面投影到白墻，就可以觀看影片了。

實(shí)驗(yàn)原理：凸透鏡成像

實(shí)驗(yàn)步驟：①挖出圓孔。在大紙盒側(cè)面上畫出一個(gè)與透明膠帶紙環(huán)等大的輪廓，再用美工刀切割出圓孔。②安裝投影儀的鏡頭。將透明膠帶的紙環(huán)按在挖好的圓孔上，用膠條粘住，再將放大鏡粘在前面。③固定支架。用鞋蓋裁剪出一個(gè)與鞋盒等寬的支架，用透明膠條粘成一個(gè)底座。④制作調(diào)焦距的拉條。在鞋盒后面底部挖一條縫隙，作為可拉動(dòng)滑動(dòng)的軌道，用多余的紙板剪出一條拉條穿過縫隙，粘在底座上。⑤最后，將手機(jī)放到底座上，然后蓋上鞋蓋即可放映。由于手機(jī)的屏幕亮度不同，最好將手機(jī)亮度調(diào)到最亮，這樣投影的效果就會(huì)越好。在暗室中投影到白墻上，拉動(dòng)調(diào)焦拉條，調(diào)到合適位置，投影清晰即可。

總之，物理教師可以通過開設(shè)一系列趣味物理實(shí)驗(yàn)的選修課程，把課本中的物理知識通過各種趣味物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)富有情趣的意境，啟發(fā)學(xué)生積極思考，讓他們自己去設(shè)計(jì)，去做實(shí)驗(yàn)，嘗試對實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出合理的科學(xué)解釋，使他們在實(shí)驗(yàn)的過程中感受物理知識的實(shí)用性，以提高他們學(xué)習(xí)的積極性。

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（作者單位：浙江省溫州市第二外國語學(xué)校 325015）