用廢舊飲料瓶巧做物理實(shí)驗(yàn)

本文僅以飲料瓶(啤酒瓶、雪碧瓶、易拉罐)為例，談一下筆者指導(dǎo)學(xué)生是如何變廢為寶成學(xué)具，千方百計(jì)做實(shí)驗(yàn)的體會(huì)。

1 有關(guān)聲的系列實(shí)驗(yàn)

(1)證明聲波具有能量

將雪碧瓶的底切掉后用橡皮膜蒙著，讓其瓶口對(duì)著蠟燭火焰。用手敲擊橡皮膜，使橡皮膜發(fā)出聲音，這時(shí)可觀察到火焰在晃動(dòng)，如圖l所示。說明聲波具有能量。

(2)探究影響響度的因素

在圖1所示的實(shí)驗(yàn)中，重?fù)粝鹌つぃ曇舻捻懚却?，火焰的晃?dòng)幅度也大；輕擊橡皮膜，聲音的響度小，火焰的晃動(dòng)幅度也小，說明聲音的響度與振幅有關(guān)。振幅越大，響度越大；振幅越小，響度越小。

(3)探究影響音調(diào)的因素

如圖2所示，8個(gè)相同的啤酒瓶中灌入不同高度的水，敲擊它們，可以發(fā)出不同音調(diào)的聲音來。敲擊瓶口時(shí)，決定音調(diào)高低的因素是水柱的長(zhǎng)短，水柱越短，音調(diào)越高，從左到右發(fā)出聲音的音調(diào)是1、7、6、5、4、3、2、1。若向瓶口吹氣，也可以發(fā)出不同音調(diào)的聲音來。這些聲音產(chǎn)生的原因是瓶?jī)?nèi)的空氣在振動(dòng)，決定音調(diào)高低的因素是瓶?jī)?nèi)空氣柱的長(zhǎng)短，空氣柱越短，音調(diào)越高；向瓶口吹氣時(shí)，從左到右發(fā)出聲音的音調(diào)是1、2、3、4、5、6、7、1。

(4)探究影響音色的因素

再用二個(gè)形狀相同、灌入水的高度相同、但材料不同的飲料瓶(如玻璃瓶和塑料瓶)，無論是敲擊瓶口還是向瓶口吹氣，如圖3所示。它們發(fā)出聲音的音色是不同的，說明音色與聲源的材料有關(guān)。

2 有關(guān)熱的系列實(shí)驗(yàn)

(5)探究溫度計(jì)的原理

用啤酒瓶、橡皮塞、吸管和淺紅色的水自制成如4所示的液體溫度計(jì)。用手握啤酒瓶，吸管中紅色的水上升，因?yàn)槭值臏囟缺绕【破康臏囟雀撸治掌【破?，使啤酒瓶?jī)?nèi)水的溫度也升高。由于受熱膨脹，使吸管中紅色的水上升，說明溫度計(jì)是利用液體的熱脹冷縮的規(guī)律來工作的。實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)這種溫度計(jì)吸管中液柱的上升、下降變化不太明顯，導(dǎo)致溫度計(jì)示數(shù)不準(zhǔn)確。筆者就讓學(xué)生探究影響溫度計(jì)精度的因素，提出改進(jìn)的建議。如采用更細(xì)的吸管，或采用容積更大的飲料瓶，或采用膨脹系數(shù)更大的液體。

(6)觀察擴(kuò)散現(xiàn)象

兩個(gè)飲料瓶中分別裝有紅棕色的二氧化氮?dú)怏w和無色空氣，并將裝有密度大的二氧化氮?dú)怏w的瓶子置于下面，裝有密度小的空氣的瓶子置于上面，中間用玻璃板隔開，如圖5所示。抽出玻璃板，一段時(shí)間后，兩瓶氣體顏色變均勻，這就是擴(kuò)散現(xiàn)象，說明分子在不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。

(7)探究影響分子熱運(yùn)動(dòng)快慢的因素

甲、乙兩個(gè)飲料瓶中分別裝有熱水和冷水，同時(shí)往兩個(gè)飲料瓶中滴入一滴紅墨水。學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)甲瓶中的紅墨水?dāng)U散得快，乙瓶中的紅墨水?dāng)U散得慢，情形如圖6所示。說明分子的熱運(yùn)動(dòng)與物體的溫度有關(guān)，溫度高的分子熱運(yùn)動(dòng)快，溫度低的分子熱運(yùn)動(dòng)慢。

(8)探究做功可以改變物體的內(nèi)能

如圖7所示，在啤酒瓶?jī)?nèi)注入少量乙醚，塞上塞子，用一根繩子在啤酒瓶外壁纏繞1～2圈后，按圖中箭頭所指的方向來回快速拉動(dòng)繩子，發(fā)現(xiàn)塞子從瓶口沖出，瓶中出現(xiàn)白霧。說明繩子摩擦做功，內(nèi)能增大，溫度升高，將塞子沖出；氣體膨脹對(duì)外做功，內(nèi)能減少、溫度降低，出現(xiàn)白霧。即做功可以改變物體的內(nèi)能。

3 有關(guān)光的系列實(shí)驗(yàn)

(9)探究光的直線傳播規(guī)律

飲料瓶甲中注入一些煙霧、飲料瓶乙中注入水和少量牛奶，然后分別用激光手電筒從飲料瓶的瓶口豎直向下照射，會(huì)看到一束紅色的激光射向瓶底，如圖8所示，說明光在空氣中或水中都是沿直線傳播的。由于紅色激光在無色的空氣或水中是看不清其傳播路徑的，所以在瓶甲中注入煙霧，在瓶乙的水中注入少量牛奶，是為了能看清楚紅色激光的傳播路徑是直的。

(10)探究小孔成像的規(guī)律

將易拉飲料罐的拉蓋去掉，套上半透明的電冰箱用的保鮮袋紙作為光屏，按圖9所示裝置做小孔成像實(shí)驗(yàn)?？梢苑謩e做探究小孔所成的像與孔的形狀、孔的大小、物體離孔的距離(物距)、光屏離孔的距離(像距)等因素是否有關(guān)以及小孑L成像的條件等5個(gè)系列實(shí)驗(yàn)。得出小孔成像的條件是光屏離孔的距離遠(yuǎn)大于孔的直徑；小孔所成像的大小與孑L的形狀、大小無關(guān)，與物體離孔的距離(物距)、光屏離孔的距離(像距)等因素有關(guān)，當(dāng)物距大于像距時(shí)，成倒立縮小的實(shí)像；當(dāng)物距等于像距時(shí)，成倒立等大的實(shí)像，當(dāng)物距小于像距時(shí)，成倒立放大的實(shí)像。

(12)探究折射成像的規(guī)律

在盛水的雪碧瓶中，投入一粒石子A，結(jié)果發(fā)現(xiàn)雪碧瓶?jī)?nèi)有A、B、C三粒石子，如圖10所示。其實(shí)，A是石子本身，B和C都是石子A的像。其中B是從雪碧瓶的上方往下看時(shí)發(fā)現(xiàn)的像，這時(shí)雪碧瓶?jī)?nèi)的水就好像是一塊厚玻璃，發(fā)生了光的折射而形成的虛像，像B的大小與石子A圖l O相同，像B在物A的上方。C是從雪碧瓶的側(cè)面向里看而發(fā)現(xiàn)的，這時(shí)雪碧瓶?jī)?nèi)的水就好像是一個(gè)凸透鏡，成的是正立、放大的虛像。

(13)探究放大鏡成像

在盛水的雪碧瓶后放置一本打開的書，隔著雪碧瓶看書本上的字，發(fā)現(xiàn)看到的字比書本上原來的字大多了，如圖1l所示。說明此時(shí)雪碧瓶?jī)?nèi)的水就好像是一塊放大鏡，看到的是正立、放大的虛像。

4 有關(guān)力的系列實(shí)驗(yàn)

(14)探究影響摩擦力大小的因素

用一只啤酒瓶裝滿水，用手握著瓶須豎直提起瓶子，這是一件輕而易舉的事，如圖12所示。再用濃肥皂水涂抹在瓶頸上和手指上，再想握著瓶頸提起這瓶水，即使化了九牛二虎之力也難以辦到，說明摩擦力與接觸面的粗糙程度有關(guān)，接觸面越粗糙，摩擦力就越大；接觸面越光滑，摩擦力就越小。

(15)演示慣性原理

固定在水平小車面上的啤酒瓶中裝有水，上面有一個(gè)小氣泡，當(dāng)突然推動(dòng)小車使其以向右運(yùn)動(dòng)的瞬間，會(huì)發(fā)現(xiàn)氣泡相對(duì)瓶子也向右運(yùn)動(dòng)，如圖13所示。說明水的慣性比小氣泡的慣性大得多，突然推動(dòng)小車使啤酒瓶中的水向右運(yùn)動(dòng)的瞬間，水由于慣性要保持原來的靜止?fàn)顟B(tài)而向左運(yùn)動(dòng)，迫使小氣泡相對(duì)于啤酒瓶向右運(yùn)動(dòng)。這也說明物體慣性的大小由其質(zhì)量的大小決定。質(zhì)量越大，慣性越大；質(zhì)量越小，慣性也越小。

(16)驗(yàn)證流速與壓強(qiáng)的關(guān)系

向塑料管小孔A吹氣，發(fā)現(xiàn)啤酒瓶中的液體會(huì)從細(xì)塑料管B管中噴出，如圖14所示。驗(yàn)證小孔A處空氣的流速大、壓強(qiáng)小，瓶?jī)?nèi)液體上方空氣的流速小、壓強(qiáng)大，液體就沿塑料管B上升至管口，受氣流沖擊而噴出。

(17)驗(yàn)證大氣壓強(qiáng)的存在

用一啤酒瓶，配上橡皮塞，塞中穿一根細(xì)飲料管，先用抽氣筒(或醫(yī)用的大注射器)將啤酒瓶中的空氣抽出，使瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減低，然后用小水夾K把橡皮管夾住，勿使漏氣，如圖15所示。將塑料管B的一端插入有紅水的杯中，松開小水夾，發(fā)現(xiàn)紅色的水將沿著塑料管B上升，并從細(xì)玻璃管A中噴出，象噴泉一樣噴入啤酒瓶中。驗(yàn)證了大氣壓的存在，是大氣壓強(qiáng)將紅色的水壓向啤酒瓶，形成噴泉。

(18)感知大氣壓強(qiáng)的巨大

在一只空雪碧瓶?jī)?nèi)裝滿開水后倒掉，并迅速用瓶蓋蓋住后，立即用冷水澆，如圖16所示。我們將會(huì)驚奇地發(fā)現(xiàn)，雪碧瓶被一股神奇的力量(大氣壓)所壓癟。

(19)演示大氣壓強(qiáng)

取一只雪碧瓶，瓶底用大頭針刺幾個(gè)小孔，瓶?jī)?nèi)裝滿水，并用瓶蓋蓋緊，水不會(huì)從瓶底的針孔中流出來，如果把瓶蓋掀開，水立即從瓶底的針孔中流出，再用瓶蓋蓋緊瓶口，水就又不能從針孔中流出來了。

(20)驗(yàn)證液體的壓強(qiáng)

找一個(gè)上端開口的透明的小飲料瓶，在底部鉆一個(gè)小孔，用手堵住小孔將瓶按入水槽內(nèi)，放開手指，小孔處的水將受到向上的壓強(qiáng)，會(huì)看到水像噴泉一樣噴入瓶?jī)?nèi)，如圖17所示。

(21)探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)的規(guī)律

在雪碧瓶的側(cè)壁上從中點(diǎn)開始由下到上依次開三個(gè)小孔，內(nèi)部裝水，會(huì)看到小孔中水流噴出，最下面的孔水噴得最遠(yuǎn)，最上面的孔水噴得最近，如圖18所示。說明液體內(nèi)部的壓強(qiáng)隨著液體深度的增大而增大。

(22)探究壓力的作用效果

用一裝純凈水的飲料瓶和放在水平桌面上的海綿做實(shí)驗(yàn)，探究“影響壓力作用效果的因素”，如圖19所示。由圖甲和乙可知，受力面積一定，壓力的作用效果與壓力的大小有關(guān)；壓力越大，海綿的形變就越大，壓力的作用效果就越明顯。由圖乙和丙可知，壓力一定，壓力的作用效果與受力面積的大小有關(guān)；受力面積越小，壓力的作用效果就越明顯。

(23)探究浮力產(chǎn)生的原因

取一只雪碧瓶，取掉下半部，將口朝下，并將乒乓球放在瓶中，然后在瓶中加水，乒乓球不會(huì)浮起來，但有少量的水沿瓶流下，如圖20所示。再用手掐住瓶口，球的底部有了水，就很快浮到水面。說明浮力產(chǎn)生的原因是液體對(duì)物體上下表面產(chǎn)生的壓強(qiáng)差。

(24)探究物體的沉浮條件

取一雪碧瓶；瓶中灌滿水，水中浮有一個(gè)裝有適量水的眼藥水小瓶，其中有一段空氣，并倒立在水中，下端開口，將雪碧瓶口密封，用手?jǐn)D壓雪碧瓶就發(fā)現(xiàn)小眼藥水瓶下沉，松手后，小瓶又上浮，如圖21所示。

(25)有趣的魔瓶實(shí)驗(yàn)

取一雪碧瓶，底部鉆一個(gè)小孔，孔內(nèi)穿一段細(xì)管(可用輸液用的細(xì)塑料管)，彎在瓶?jī)?nèi)，如圖22所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先在瓶?jī)?nèi)裝入紅色水，水位在AA'，水不能從小孔流出來，然后向瓶?jī)?nèi)倒入一小杯清水，使水位到達(dá)BB'，紅水就從小孑L連續(xù)流出來，直到水位降到CC'時(shí)為止，一小杯“白酒”倒入罐內(nèi)，會(huì)流出數(shù)杯“色酒”，令觀者目瞪口呆。上述實(shí)驗(yàn)如不倒人靖水，而是沿水平方向向瓶底快速吹氣，紅水也能從罐底小孔流出來。

(欄目編輯 黃懋恩)