礦泉水瓶在初中物理實(shí)驗(yàn)中的妙用

(江蘇省昆山市婁江實(shí)驗(yàn)學(xué)校,江蘇 昆山 215300)

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,在初中階段,很多學(xué)生之所以對(duì)物理感興趣,就是因?yàn)槠渲杏泻芏鄬?shí)驗(yàn)非常有趣。我們可利用生活用品制作實(shí)驗(yàn)教具,為初中物理教學(xué)服務(wù)，筆者以常見的礦泉水瓶為例,介紹7個(gè)物理實(shí)驗(yàn)與大家分享。

1 透鏡實(shí)驗(yàn)

“透鏡”是初中光學(xué)中的一節(jié)內(nèi)容。為了增加趣味性,課堂上可做如下實(shí)驗(yàn):取一礦泉水瓶,往瓶?jī)?nèi)裝滿水(瓶口處需留一小段空氣,目的是使后續(xù)的操作中瓶?jī)?nèi)出現(xiàn)一氣泡),蓋上瓶蓋并順時(shí)針擰緊后,讓瓶子平放在物理教科書上。透過沒有氣泡部分的瓶身觀察書上的字,發(fā)現(xiàn)字被放大了;再透過有氣泡部分的瓶身觀察書上的字,發(fā)現(xiàn)字縮小了,現(xiàn)象真的很奇妙。其中的奧秘是:沒有氣泡部分的瓶身相當(dāng)于凸透鏡，瓶的截面是個(gè)圓，中間厚,邊緣薄；有氣泡部分的瓶身相當(dāng)于凹透鏡，瓶的截面是被挖去一小塊的圓,中間薄,邊緣厚。

2 制作水平儀

“水平儀”是力學(xué)中的一個(gè)測(cè)量工具,它是根據(jù)儀器內(nèi)氣泡的位置來反映被測(cè)物體是否水平的一種儀器。為了讓學(xué)生對(duì)它有一個(gè)更好的認(rèn)識(shí),課堂上可現(xiàn)場(chǎng)為學(xué)生做一個(gè)水平儀:取一礦泉水瓶,往里面裝滿染色后的水(瓶口處需留一小段空氣),蓋上瓶蓋并順時(shí)針擰緊后,讓瓶子平放在桌面上，這時(shí)瓶中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)氣泡。若氣泡的位置正好在中間,說明桌面是水平的;若氣泡在左端,說明桌面的左側(cè)偏高;若氣泡在右端,說明桌面的右側(cè)偏高。

3 液體壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)

“液體的壓強(qiáng)”是繼固體壓強(qiáng)后的一節(jié)內(nèi)容,課堂上為了吸引學(xué)生的注意力,激發(fā)學(xué)生的興趣,可做如下實(shí)驗(yàn):取一礦泉水瓶,往瓶?jī)?nèi)裝滿水(瓶蓋不要蓋上)。之后在瓶的側(cè)壁等高的位置扎兩個(gè)小孔,這時(shí)可觀察到水從這兩個(gè)小孔中流了出來,而且水的射程基本是相等的。接著,在其中一個(gè)小孔的下方迅速再扎一個(gè)孔,這時(shí)可觀察到水從這個(gè)小孔中也流了出來,而且水的射程比從上面兩個(gè)小孔中流出來的水射程要遠(yuǎn)。其原因是:同種液體,深度相同,液體產(chǎn)生的壓強(qiáng)相同;深度越大,液體產(chǎn)生的壓強(qiáng)就越大。

4 體驗(yàn)大氣壓強(qiáng)存在實(shí)驗(yàn)

“氣體的壓強(qiáng)”是比較抽象的一節(jié)內(nèi)容,因?yàn)榇髿饪床灰?摸不著,由此產(chǎn)生的大氣壓強(qiáng)也觀察不到。為了讓學(xué)生直觀地感受到大氣壓強(qiáng)的存在,可做如下實(shí)驗(yàn):取一礦泉水瓶,往瓶?jī)?nèi)加入少量熱水,輕輕搖晃幾下,使熱水能充分潤(rùn)濕瓶的內(nèi)壁。之后倒出瓶?jī)?nèi)的水,迅速蓋上瓶蓋并順時(shí)針擰緊。幾秒鐘后會(huì)發(fā)現(xiàn)瓶身慢慢被壓扁了,就像有一只無(wú)形的手在捏瓶身。其原因是:剛開始里面的氣體溫度高,很快這些氣體因降溫而收縮,壓強(qiáng)變小,外面的大氣壓把礦泉水瓶壓扁了。

5 制作浮沉子

“浮沉子”是“物體的浮與沉”一節(jié)中的小制作。這個(gè)實(shí)驗(yàn)有很強(qiáng)的趣味性。它的制作如下:取一礦泉水瓶,里面裝入大半瓶水,再找一個(gè)小玻璃瓶,在小玻璃瓶中放入適量的水(不能太多,否則小玻璃瓶會(huì)直接沉底;也不能太少,否則實(shí)驗(yàn)時(shí)小玻璃瓶很難沉下去),用手堵住小玻璃瓶口,再把它倒置,快速放入礦泉水瓶中,蓋上瓶蓋并順時(shí)針擰緊。此時(shí),小玻璃瓶是漂浮在水面上的。用力捏礦泉水瓶身,會(huì)看到小玻璃瓶下沉至水底,松手后,小玻璃瓶又會(huì)重新浮起來。其原理是:手在捏緊、松開瓶子時(shí),由于水面上方的氣壓變化引起水進(jìn)出小玻璃瓶,導(dǎo)致小玻璃瓶所受重力發(fā)生改變,從而產(chǎn)生浮沉的現(xiàn)象。

6 浮力產(chǎn)生原因?qū)嶒?yàn)

很多學(xué)生在學(xué)習(xí)浮力時(shí),把它和壓強(qiáng)割裂開來理解,其實(shí)浮力產(chǎn)生的原因是由于上下表面的壓力差。為了直觀地說明這一結(jié)論,可做如下實(shí)驗(yàn):取一礦泉水瓶,用剪刀在瓶的中間位置把瓶身一剪為二。把帶有瓶口的那一半留下,并把它倒置過來,把兩個(gè)乒乓球放入瓶?jī)?nèi)(一個(gè)會(huì)下落至瓶口,另一個(gè)會(huì)疊在它的上面)。再慢慢注入水,結(jié)果可發(fā)現(xiàn)疊在上面的乒乓球浮了起來,另一個(gè)被堵在了瓶口。其原因是:上面的乒乓球下方有水,上下兩表面受到水的壓力差(即浮力)使它往上浮。而下面的乒乓球下方?jīng)]有水,所以下表面不受水向上的壓力,而上表面由于受到水向下的壓力而使乒乓球被壓在了瓶口。

7 點(diǎn)火爆炸實(shí)驗(yàn)

在“機(jī)械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化”中,有一個(gè)點(diǎn)火爆炸的實(shí)驗(yàn),這個(gè)實(shí)驗(yàn)的觀賞性和震撼性都比較強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)可如下操作:取一個(gè)礦泉水瓶,在它的側(cè)壁(靠近底部的位置)開一個(gè)孔,孔的大小需能讓點(diǎn)火槍的頭塞入。用滴管向瓶?jī)?nèi)滴幾滴酒精,慢慢搖晃瓶子,使瓶?jī)?nèi)酒精盡可能多潤(rùn)濕瓶子內(nèi)壁。蓋上瓶蓋(不要順時(shí)針擰,否則蓋子很難飛出去,只需輕輕蓋在瓶上就可以),把點(diǎn)火槍的頭塞入孔中,按下點(diǎn)火開關(guān)。這時(shí),可看到瓶蓋飛了出去。其原理是:點(diǎn)火槍產(chǎn)生的火花使瓶?jī)?nèi)的酒精氣體迅速燃燒產(chǎn)生高溫高壓的氣體,這些氣體沖擊瓶蓋,把自身的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為瓶蓋的機(jī)械能,于是瓶蓋沖了出去。

以上是筆者利用礦泉水瓶巧妙設(shè)計(jì)的物理實(shí)驗(yàn)。激發(fā)了學(xué)生物理學(xué)習(xí)的興趣，幫助學(xué)生深刻理解了物理概念、原理，促進(jìn)了學(xué)生物理思維的發(fā)展，提高了學(xué)生物理學(xué)習(xí)能力。