礦泉水瓶在初中物理實驗教學中的應用

牛健全

【摘 要】2020年春季教學受疫情影響，我校開啟“云課堂”教學，非常規物理實驗恰可彌補常規實驗的缺失，引領學生進行自主探究性學習。在實際物理教學中，教師也常會有意識的選擇并使用實驗室內器材或實驗室之外，生活環境中身邊的材料、物品和器具等資源進行研發和自制實驗器材，開展物理實驗教學活動即“非常規” 物理實驗，以便能夠幫助學生更好的認識、構建物理概念和規律。本文將以礦泉水瓶為例，展示相關的非常規物理實驗。

【關鍵詞】非常規物理實驗;礦泉水瓶;應用

在云課堂教學進行過程中，如何開展實驗教學？我們收集整理了大量資料，并結合教學實際，總結創新了部分物理實驗，使之更好地服務于教學，服務于學生。本文將以礦泉水瓶為例，展示相關非常規物理實驗。

一、聲現象——“聲名遠揚”

1.聲音的傳播：利用兩個礦泉水瓶和一根細線可制成簡易電話，可說明固體可以作為聲音傳播的介質。

2.音調與頻率：將幾個相同的礦泉水瓶灌入不同高度的水，在瓶口依次吹氣，發出的音調不同。空氣柱越短，振動頻率越大，音調越高。

二、物態變化——“水循環”

物態變化：將礦泉水瓶裝滿水放入冰箱中，水結成冰即凝固;礦泉水瓶裝一部分水，敞開瓶口，過一段時間觀察到水變少了即汽化（蒸發）。將裝滿水冷凍后的礦泉水瓶拿出冰箱，發現瓶壁上有水珠即液化。將收集有水蒸氣的礦泉水瓶進行降溫處理至零度以下，發現瓶壁上有固體物質即凝華。

三、光現象——“光彩斑斕”

1.光的直線傳播：將香煙或蚊香煙霧收集入礦泉水瓶中，用激光燈照射，可以觀察到清晰光路，展示光在空氣中沿直線傳播。

2.光的色散：在礦泉水瓶內裝半瓶水后，將其透過陽光，可看見白光分解成有色光。

3.光的折射：將礦泉水瓶裝滿水，在瓶后看的的物品都錯位了。

四、透鏡及其應用——“鏡像世界”

1.放大鏡實驗：在礦泉水瓶里裝滿水，透過瓶子看手指變粗了。透過瓶子緊貼課本發現文字被放大了。

2.光的會聚：將裝有水的礦泉水瓶平放在太陽光下，學生會發現地上有一條亮線，說明對光線有會聚作用，進一步說明不能將喝剩水的瓶子隨便亂丟，否則可能由于對太陽光的會聚引發火災。

五、物質的物理屬性——“屬性不變”

1.質量：用家中電子秤測出一個礦泉水瓶的質量，然后將其剪碎再放到天平上測量，比較前后質量，說明質量不隨形狀而改變;

2.密度：將裝滿水的蓋嚴的礦泉水瓶放入冰箱冷凍室，當水凝固成冰，觀察到礦泉水瓶的體積膨脹，說明冰的密度小于水的密度;用礦泉水瓶裝滿水，但裝不下相同質量的汽油，說明汽油密度小于水的密度。

還可以讓學生在兩個相同的礦泉水瓶中分別裝滿水和酒精，請家人調換位置后，提問學生哪一瓶是水，哪一瓶是酒精，如何區分？學生肯定會回答打開瓶蓋聞聞氣味。如果不打開瓶蓋怎么區分呢？學生會躍躍欲試，讓學生拿在手上，掂一掂，感覺瓶子連同里面物質的總質量是不同的。教師再提問兩個瓶子中水和酒精的哪個物理量相同呢？學生：體積。從而引出相同體積的水和酒精質量是不相同的，從而引出新的物理量——密度。

3.比熱容：在兩個礦泉水瓶中分別裝相同質量的水和食用油，放在同一個地方的太陽底下照射，發現食用油的溫度上升更快一些，說明食用油的比熱容比水小。

六、力——“力竿見影”

1.力的作用效果：用力捏礦泉水瓶可以改變其形狀，對放倒的礦泉水瓶外壁施加力可改變其運動狀態，說明了力的作用效果。

2.摩擦力：觀察瓶蓋上的紋路，可發現這是利用增大接觸面粗糙程度來增大摩擦。

學生對靜摩擦力理解比較困難，相對靜止且有相對運動趨勢，難以分析。特別是學生對于在豎直方向受靜摩擦力而靜止的物體的受力情況理解困難，可以讓學生握住礦泉水瓶，稍稍松手，瓶子要往下掉。引導學生感受相對運動趨勢，接著進一步分析物體處于靜止狀態肯定受平衡力，受力分析后，就會將靜摩擦力理解到位了。親身體驗，感知靜摩擦力，是解決理解困難的最好辦法。

滾動摩擦：礦泉水瓶在桌面上很容易滾動，摩擦聲小，而拖動瓶子滑動摩擦聲音變大。

3.影響壓力作用效果的因素：

（1）取一只空礦泉水瓶向瓶中裝入少量的水，放在海綿上立刻看到海綿凹陷了一些，將礦泉水瓶裝滿水再放到海綿上，會發現海綿凹陷得更深了。可以得出壓力的作用效果與壓力大小有關。

（2）取一只空礦泉水瓶向瓶中裝滿水，蓋上瓶蓋放在一塊海綿上觀察海綿的凹陷程度，然后將瓶子倒置過來，再放在海綿上觀察海綿的凹陷程度，比較兩次凹陷程度，可以得出壓力的作用效果與接觸面積大小有關。

4.力的作用是相互的：互相敲擊兩只空礦泉水瓶，兩只水瓶會彈開，兩只手都感到力的作用，說明力的作用是相互的。

七、力與運動——“慣性使然”

慣性：取一只空礦泉水瓶截去上半部分并裝入適量的水，然后蓋上一塊硬紙板，將雞蛋放在硬紙板上，用手指突然彈擊硬紙板，可以觀察到雞蛋并沒有隨硬紙板一起飛去而是安然的落入瓶中。雞蛋正是由于自身慣性還保持原來的靜止狀態而落在正下方。

八、壓強與浮力——“物體浮沉”

1.在礦泉水瓶中裝上適量的熱水，涮一涮，再將熱水倒掉，用蓋子蓋緊瓶口。一會兒瓶子會漸漸變扁了，從而引入大氣壓強的學習，驗證大氣壓的存在。

2.液體內部壓強與深度有關：在一礦泉水瓶側壁鉆三個上下位置不同的小孔，用橡皮泥塞住，給瓶里充滿水將瓶放在桌面上然后把橡皮泥同時拔出，發現從不同的孔向外噴水的水平射程不同，從而演示了液體內部壓強與深度有關。學生知道兩者的關系后，再提問：若在瓶子側壁下部開一個小孔，則水流的流速與時間有怎樣的關系？可加深思考與認識。

3.液體內部向各個方向都有壓強：在礦泉水瓶體的不同方向上鉆很多細細的小孔，水不會立刻大量流出，然后裝滿水蓋上瓶蓋，兩手用力擠壓瓶體，可看到水從不同的小孔中向各個方向噴出，可以展示液體內部向各個方向都有壓強。

4.浮力產生的原因：將礦泉水瓶的底部切掉，瓶口朝下，把乒乓球放入其中并落在瓶頸處，從上面倒水，直到水滿后，乒乓球也不會浮起來，而只有用手從下面堵住瓶口時，乒乓球才會浮起來，這時乒乓球上、下表面均受到水的壓力且下表面所受的壓力大于上表面所受的壓力。

5.體驗浮力：取一只空礦泉水瓶，漂浮在水面，讓學生將其往水中按，會感受到向上一個力——浮力。同時會發現隨著物體排開液體的體積增大時，手受到的向上的力越大。

6.鑒別物質：在礦泉水瓶中裝適量水，分別漂浮在水面和鹽水上，可以觀察到礦泉水瓶漂浮在鹽水上時，露出液面的體積V排大，根據阿基米德原理，可推出排開液體體積與液體的密度的關系，結合本實驗可以順勢分析輪船從長江駛入大海時，船體是上浮還是下沉，可充分練習體會物體漂浮條件與阿基米德原理。

7.浮沉子：在礦泉水瓶中裝滿水，將一個口服液玻璃瓶裝少量水倒扣漂浮在瓶內水中，用蓋子蓋緊瓶口，可以發現當用力擠壓礦泉水瓶時，小玻璃瓶將會下沉，松開手玻璃瓶又會上浮，通過這種方式改變小玻璃瓶的自重，這也就是潛水艇的浮沉原理。

九、估測——“常見標準”

讓學生親自測量，瓶蓋、瓶身直徑、高度等作為日后長度估測的標準。常見礦泉水容積為500ml，可粗略計算，質量為500g，方便作為體積與質量的估測標準。

這樣的例子還有很多很多，我們在教學中可以不斷總結創新和完善，同時在教學中引導學生用生活中常見、甚至是廢物做實驗，研究相應的物理問題，真正體現物理與生活的緊密聯系，不但會使學生感到親切好玩，更是利于激發學生學習興趣，引導學生最終將廢礦泉水瓶扔到可回收垃圾箱，增強環保意識，培養學生動手能力以及創新精神，從而收到令人驚喜的效果。

（作者單位：西安市航天城第一中學）