书城科普读物动手做实验丛书--物理实验器材巧用
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第10章 材料、仪器的巧用、妙用(7)

如果将线绳拉得紧一些,则形成驻波的半波数就少;如果将线绳拉得松一些,则形成驻波的半波数就多。这说明驻波的半波数与线的张力有关。

演示共振

将钢锯条一端固定在木支架上,玩具电机固定在锯条中部,并在其轴上装一个偏心轮(偏心轮可用胶塞截取,厚3mm即可),锯条的悬空端立一支标尺,如图3所示。

实验时,将电机与滑动变阻器串联后再与直流电源相连。接通电源,锯条发生振动。改变滑动变阻器电阻从而改变电机的转速。当电机的转速改变到某一值时,即当电机的策动力的频率与锯条的固有频率相同时,可从标尺上看到锯条振动的振幅最大,这就是共振现象。

制作简易测力计

将钢锯条固定在装有底座的木板上,如图4所示。取一张纸贴在靠锯条自由端的木板上,并以锯条为半径在纸上画一弧线。锯条的自由端点为零刻度点。然后将木板平放于桌沿处,取一标准测力计挂在锯条自由端。平拉测力计,以测力计上的读数确定出锯条的测力刻度。取下标准测力计,再以50g钩码为标准,检验50g、100g、的测力刻度,并一一画好。

这样一个简单易行的测力计就制成了。

就地取材做好课堂小实验

初中学生进入高中以后,普遍感到物理难学。教学中如果能对有关知识引入一些实验,增加他们的感性认识,就可大大地降低学习难度。特别是农村中学如何就地取材做好课堂小实验显得更加重要,这对激发学生学习兴趣、加深学生对物理知识的理解,十分有效。溧水县中学汤义政老师介绍了几个实例:

判断静摩擦力的方向

在解决有关摩擦力的问题时,学生普遍感到判断静摩擦力方向比较困难。因为两个物体之间没有产生相对运动。如果在课堂上让学生自己亲手做做实验,问题就可得到圆满解决。

器材:鞋刷(自带)、重物(如铅笔盒)实验:将一只鞋刷刷毛向下地放在粗糙的平面上,用手水平地推鞋刷,观察一下刷毛向什么方向弯曲;把鞋刷翻一个身,使刷毛向上,把另一个表面粗糙的物体放在刷毛上,水平推这个物体或让整体做匀速、加速运动,看刷毛弯曲情况就可判断静摩擦力方向和有无。

三角悬臂支架的受力分解

力的分解一般是根据力的效果来分解的。对三角支架,如图1所示,重物对O点的拉力在进行分解时,学生普遍感到疑惑:为什么对M点产生“拉”,对N点产生“压”呢?如果让学生亲手做实验,效果就很好。

器材:细线、重物(例小锁)和铅笔。

实验:用线的一头系一重物,另一头系在中指上,再用一支铅笔支起重物,笔尖支在手掌上,如图2所示。这样根据手指和手掌的感受就知受力方向,分解力图如图3。

验证位移合成也遵循平行四边形法则

如果一个物体同时参与两个方向不规则的变速运动,其轨迹往往是一条不规则的曲线,在这种情况下,它的分位移与合位移之间的关系是否也遵循平行四边形法则呢?学生可以通过下面的简单实验进行验证。

器材:刻度尺、铅笔、纸实验:左手拿直尺,右手握住铅笔,使笔尖靠在直尺上,首先沿直尺从零点画一条20cm的线段,再保持笔尖于尺的零点平行推动直尺一段距离(如15cm),使笔在纸上画出一条沿推动方向的直线段,然后把直尺退回到起始位置,使笔和尺同时开始运动,且维持它们原来的各自方向和距离。笔尖在纸上就又画出了一条曲线(往往是不规则的)。作笔尖从原点到曲线终点的位移,你可以看出它与两个位移(直尺零点的位移,笔尖沿直尺方向的位移)之间可以构成一个以合位移为对角线的平行四边形,如图4所示。

超重和失重现象

为了加深对超重和失重理解,可做如下实验。

器材:手电筒(自带)、电池等。

实验:①超重:将手电筒有灯泡一端竖直向上放置,旋松后盖使小电珠刚刚熄灭,实验时将它保持竖直方向突然向上运动,你会看到小电珠就会点亮。

②失重:如果使上述电筒的后盖稍许再旋紧一点,直至小电珠刚刚点亮,然后手持手电筒保持竖直方向突然向下运动,小电珠就会熄灭。

巧用乒乓球五例

用乒乓球验证流体的流速大压强小这一原理,取材方便、方法简单、效果明显、富有趣味,深受学生欢迎。山东省文登师范学校董文承老师介绍了五例:

两球相吸在较光滑的水平桌面上放置两只乒乓球,两球间隔1cm。

用一细管向两管之间用力吹气,两球不分开,反而靠近(图1)。

漏斗吸球

在玻璃漏斗里放一只乒乓球,通过漏斗细端开口,向漏斗里用力吹气。

乒乓球吹不走,且在漏斗里不停地旋转(图2)。

水柱顶球

将橡皮管一端套在玻璃眼药水瓶粗端开口上,另一端套在自来水龙头上。眼药水瓶竖直放置,细口向上。调节龙头开关,从眼药水瓶细口向上喷出细水柱。捏住乒乓球,小心地放在水柱顶上,轻轻放开手指。乒乓球被水柱顶在上面,上下微微跳动,且不停地旋转(图3)。

冲不走球

拿一只乒乓球放在对着自来水龙头出口的地面上。打开龙头,让水成一股较细的水柱慢慢下流。调节乒乓球位置,使球正好对着水柱。这时放开手,球不但不会冲走,反而会原地滚动(图4)。

下沉上浮

用胶布把重约29g的小铁球和乒乓球连为一体(小铁块重量以能使乒乓球刚好沉在水里为宜),将乒乓球和铁块放进盛水较深的圆柱形玻璃水槽里。用细棒沿圆周在水里搅动,使水跟随旋转(细棒下插不能太深,应使水上下层旋转速度不等)。可以发现,下沉的乒乓球随搅动而上浮(图5)。

海绵在物理教学中的应用

海绵富有弹性,易于变形,在物理教学中可做不少实验,现介绍如下:

演示弹力产生的条件把一块厚海绵放在水平面上,一重物置于其上面(如图1),看到重物明显地陷入海绵,海绵欲恢复原状,就对重物产生向上的支持力,说明弹力产生条件是接触且发生形变。

演示力的作用效果

讲解放在斜面的物体重力的分解时,可做如图2的实验,在斜面和一档板前各放一块海绵,能明显见到两处凹陷,从而确定两分力的方向。

讲解三角形支架所受拉力的力的分解时,为演示水平杆受的挤压效果,可做如图3的实验,水平杆BC的左端放一海绵,看到海绵明显凹陷,说明杆受的确是压的效果,斜杆AB可用橡皮筋连接而成,被拉长说明是拉的效果。

演示衍射

将一块较薄的海绵贴近眼睛对准太阳观察,可看到漂亮的衍射现象。

演示固体的压强跟压力和支承面的面积关系

①在海绵的一个侧面上,用颜色画出水平宽条纹,如图4。

②木板四角钉上四颗大钉子做桌腿制成小木桌,把桌面放在海绵上,可看到桌面只稍微陷入海绵里。然后将200g砝码放在桌面上,可看到桌面陷入海绵部分变深一些,如图5。

③把小桌翻过来让桌腿立在海绵上,将200g砝码放在桌面上,可看到桌腿陷入海绵很深,见图6。

实验表明,支承面面积一定时,压力越大压强就越大。当压力一定时,支承面面积越小压强就越大。

演示缓冲(动量定理)

动量定理新课讲完后,教师在讲台上将一鸡蛋从高处自由落下,同学们担心鸡蛋打碎了,教师捡起完好的鸡蛋,同学们都诧异,这时教师从讲台后捡起一块海绵,同学恍然大悟。从而对动量变化相同时,作用时间愈长,所受力愈小,有了一个较深的印象。

自制教具成果展示

观察和实验是学习物理的基础,也是物理教学的重要手段,制作教具与使用教具对学生感性知识的形成,提高直观教学效果具有独特作用,成为现代化教学的重要手段。

我们发动任课教师齐心协力,人人动手,共同研制和完善压强一章的演示教具。

现将这次活动的部分成果展示如下:

固体的压强跟支承面积的关系

课本上用小木桌在沙上面正放、反放和加放重物来演示压力产生的效果跟受力面积的大小及压力的大小有关,从而引出压强概念。

我们改用泡沫塑料块紧装在长方形有机玻璃槽内,当长方体的金属块作竖放,侧放和平放时塑料块凹陷深浅程度明显,易于观察和对比。

多用唧筒

有机玻璃制作一个阀门腔,内分隔成两个阀门室及装有两个阀门(薄橡皮制作),结构如图2-1。

把它装接在注射器上,即具有打气、抽气及打水、抽水四种功能,成为许多有关演示的得力助手。

作为吸取式抽水机的演示装置。工作过程中活塞及阀门的活动情况的可见度大,工作原理一目了然。

液体对压强的传递

图3-1是有机玻璃制作或塑料瓶盖改制的圆盒式喷水头,其周界钻有一列均匀小孔,将它装接在上述多用唧筒(抽水机)上,演示时,水花四周均匀喷射,形象生动地表明液体能把它受到的压强向各个方向传递。

图3-2是用打孔器打有均匀圆孔的皮球或塑料球,内装橡皮膜(小气球),把它接在抽水机出水口上,演示帕斯卡球,形象与效果大为提高。

液压机的构造及工作原理的演示

液压机的小液缸部分采用上述多用唧筒,大液缸部分按课本示意图制作,力求制作的液压机与课本上图象一致,便于学生比较和领会。有所差异的仅是阀门2的位置移前些,其他结构均类似。

我们突出的改进是液体压入大液缸时是进入橡皮囊内(气球制作)再挤压大活塞上升,使制作上对大活塞跟大液缸的密合要求大大降低,使极难于制作的部分简易可行了。由于大活塞面积很大(10×10cm2),大活塞产生的举力相当可观,神奇地显示小力产生大力的异常功能。

汽车液压刹车

图5尽量按课本示意图制作,使模形与图象一致,我们主要改进即如同上述液压机的大液缸,当油进油缸时先压入橡皮囊内再推动活塞及刹车蹄,使制作上对活塞和油缸的密合程度要求很低,减小了摩擦,制动灵活,为透视表里,油缸可用有机玻璃制成长方形,并可使整个演示装置轻便,小型化。

连通器的演示

展评会上,连通器演示器作为小品,以其灵活多变仍具独特丰采。

图6-1是有机玻璃制作的方形薄容器,侧边上留个出水小孔,内装淡红色的水。把按茶壶外形剪空的纸片(6-2)贴在演示器上,再镶入绘制富有立体感的茶壶画像。演示时先显外形,再现内部,最后倾斜壶身,水从壶嘴流出。

图6-3是锅炉图象,贴在上述演示器上,在出水口加接一段虹吸管,演示时,由表及里,当打开锅炉开关出水时,连通器在锅炉上的重要应用不言而喻。

双联压强计及其应用

图7-1是四周用有机玻璃制作的方框,中间有隔成互不相通的两部分,各装一个接管,再接橡皮管连接到U形管上,在方盒的上下开口扎上橡皮膜,两压强计背靠背地连接在一起,其用途及用法:

(1)液体内部压强的演示可演示课文所述的演示内容,可以同时从直观对比中观察液体中同一深度,前后,左右的压强相等及不同深度压强变化。

(2)浮力的演示图7-2演示装置同时如实地反映了方块的前后,左右压强(压力)相等,上下所受压强(压力)不同,且上下的压强差随深度不变,显示浮力成因及物体所受浮力与深度有关。

为进一步揭示浮力原理,还可将双联压强计改按成图7-3的装置,即可把上下的压强差直接显示在一个压强计上,更方便于观察水平各向压强差为零,上下存在压强差,其值随深度不变。

(3)浸没水内并与器底密合的立方体有无受到浮力的演示按图7-2(或图7-3)演示装置,把方形体紧压器底后加水,这时从压强计U形管的液面显示,方形体上表面受到水的压强随水的深度增加而增大,下表面所受水的压强仍保持为零,有力地说明方形体没有受到浮力作用。