自制教具在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用研究

代海年

摘要：通過(guò)對(duì)自制教具在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用研究，結(jié)合自己的教具制作實(shí)踐和對(duì)自制教具的認(rèn)識(shí)對(duì)自制教具的常用方法進(jìn)行了探討；通過(guò)自制物理實(shí)驗(yàn)教具的案例，對(duì)教具自制過(guò)程進(jìn)行闡述，較為詳細(xì)地介紹了自制教具在演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)、學(xué)生課外科技活動(dòng)和家庭實(shí)驗(yàn)中的具體應(yīng)用。希望通過(guò)該研究，讓自制教具得到進(jìn)一步推廣，從而提高中學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生能力向多元化的方向發(fā)展，以適應(yīng)社會(huì)對(duì)人才的需求。

關(guān)鍵詞：中學(xué)物理；自制教具；科學(xué)探究

1水柱大氣壓強(qiáng)測(cè)試儀

1.1設(shè)計(jì)原理

利用二力平衡的原理，對(duì)氣體壓強(qiáng)的測(cè)定轉(zhuǎn)化為對(duì)液體壓強(qiáng)的測(cè)定，測(cè)量介質(zhì)用水代替水銀，利用水桶里的水為傳導(dǎo)壓強(qiáng)的媒介，把大氣壓傳到塑料管內(nèi)的水，給其向上的支持力，以平衡塑料管內(nèi)的水柱壓強(qiáng)。水柱和水桶里的水成液封，相當(dāng)于封閉容器。塑料管頂和塑料管內(nèi)水柱頂部形成真空，由于平衡狀態(tài)下均勻液體中的壓強(qiáng)是可以傳遞的，在同一水平面上壓強(qiáng)相等。系統(tǒng)平衡以后，以水桶里水表面為參照面分析，因?yàn)楸铀艿缴厦娲髿鈮汉鸵后w內(nèi)部向上的壓強(qiáng)（簡(jiǎn)單理解為支持力），這個(gè)壓強(qiáng)在水平面上處處相等。塑料管內(nèi)的水與水桶表面的水層，受到上面h米的水壓強(qiáng)，因?yàn)轫敳渴钦婵?，沒(méi)有氣壓，所以下面受到通過(guò)水桶傳遞的外界大氣壓強(qiáng)，與管內(nèi)水壓平衡。因此：大氣壓強(qiáng)=管內(nèi)水柱高度產(chǎn)生的壓強(qiáng)。

根據(jù)液體壓強(qiáng)公式P=ρgh可以比較直觀、方便的測(cè)量出大氣壓強(qiáng)的值，也可以直接用管內(nèi)水柱的高度表示大氣壓。

1.2實(shí)驗(yàn)器材

①外徑16mm、內(nèi)徑12mm、長(zhǎng)約1m的透明pex塑料管11根 ②1216直通銅接頭10個(gè)，1216管開(kāi)關(guān)一個(gè)，1216管堵頭一個(gè) ③外徑160mm長(zhǎng)1.2m厚4mm水桶1個(gè)，兩端帶蓋，一端密封 ④自制合適支架一個(gè) ⑤20m皮尺一個(gè) ⑥開(kāi)口扳手兩個(gè) ⑦量度值為1.0～1.1kg/m?液體浮力密度計(jì)一個(gè) ⑧自備盛水器皿⑨紅色墨水 ⑩漏斗一個(gè)。

1.3使用方法

①將實(shí)驗(yàn)儀器搬至1—2樓樓梯拐彎處，把水桶放在支架上，在水桶里盛滿(mǎn)水（留2cm位置），用膠頭滴管滴幾滴紅墨水，再用透明塑料管攪拌至均勻，然后將液體浮力密度計(jì)放入水桶，待密度計(jì)平穩(wěn)后，讀出所示示數(shù)并記錄，可多次測(cè)量取平均值.

②取兩根透明塑料管，其中一根分別將開(kāi)關(guān)和雙通接頭接在塑料管兩端，另一根兩端不接雙通接頭，將剩余塑料管的一端分別接上雙通接頭。

③取不帶接頭的塑料管，將塑料管放入水桶中注滿(mǎn)水，然后在水中將堵頭接在塑料管上端，再?gòu)乃刑岢黾s90cm的塑料管。

④取一根透明塑料管，將銅接頭的螺絲帽與緊固圈放在帶有堵頭透明塑料管的一端，在水中用手?jǐn)Q緊螺絲，將接頭提出水面，用扳手加固接頭，依次連接帶有接頭的塑料管9—10根（北方9根南方10根），最后將帶有開(kāi)關(guān)和直通的塑料管接到上根塑料管上，將下方開(kāi)關(guān)關(guān)閉。

⑤取下最頂端堵頭，用漏斗給管中加水直到略溢出管口，安裝上堵頭并擰緊。

⑥打開(kāi)最下面的開(kāi)關(guān)，管內(nèi)水柱開(kāi)始下降，等到管內(nèi)水柱不 下移時(shí)，用皮尺測(cè)量水桶液面到管內(nèi)頂端水位高度h。

⑦根據(jù)液體壓強(qiáng)公式P=ρgh，算出本地大氣壓強(qiáng)的數(shù)值。

注：由于管長(zhǎng)及測(cè)量高度原因，實(shí)驗(yàn)操作中需要一個(gè)高10m左右的平臺(tái)，可以利用樓房樓梯進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量。

1.4儀器特點(diǎn)

⒈實(shí)驗(yàn)儀器通用性強(qiáng)，由于不同地方海拔高度不同，可以測(cè)出不同地方的大氣壓強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)效果明顯，成功率較高。

⒉大氣壓強(qiáng)測(cè)量?jī)x是對(duì)托里拆里實(shí)驗(yàn)的一個(gè)改進(jìn)，在水銀具有危害人體健康的情況之下，使用水作為媒介，提高了實(shí)驗(yàn)的可操作性，使得學(xué)生可以自主操作實(shí)驗(yàn)。

⒊實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)將10m長(zhǎng)水管分割成1m的短管，用接頭分別連接，使得實(shí)驗(yàn)儀器便于攜帶和存放。

⒋實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和制作時(shí)注意避免了可能對(duì)學(xué)生帶來(lái)的傷害，人性化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)儀器大小，使學(xué)生更加容易體會(huì)大氣壓強(qiáng)。

2液體流速與壓強(qiáng)演示儀

2.1設(shè)計(jì)背景

流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系實(shí)驗(yàn)，大多采用氣體演示實(shí)驗(yàn)儀，用液體演示實(shí)驗(yàn)很少。該儀器既可做氣體也可做液體壓強(qiáng)與流速關(guān)系演示。

2.2實(shí)驗(yàn)原理

1、液體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系

第一部分的實(shí)驗(yàn)裝置如圖5—3所示。液體在管中作穩(wěn)流時(shí)，在管子粗的地方，流速小，壓強(qiáng)大；在管子細(xì)的地方，流速大，壓強(qiáng)小。由于①②③號(hào)管的粗細(xì)不同，所以管中液體流速不相同，管中壓強(qiáng)也不相同，故⑤號(hào)管中水柱的高低也各不相同。我們通過(guò)觀察三個(gè)細(xì)管中水柱的高低既可得出液體壓強(qiáng)與流速的定性關(guān)系。

2、氣體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系

第二部分的實(shí)驗(yàn)裝置如圖5—3所示。氣體在管中作穩(wěn)流時(shí)，在管子粗的地方，流速小，壓強(qiáng)大；在管子細(xì)的地方，流速大，壓強(qiáng)小。由于①②③號(hào)管的粗細(xì)不同，所以管中氣體的流速不相同，管中壓強(qiáng)也不相同，故與之相連的細(xì)管口處壓強(qiáng)不同，故管中水柱的高低也各不相同。我們通過(guò)觀察三個(gè)細(xì)管中水柱的高低來(lái)判斷氣體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系。

本實(shí)驗(yàn)裝置通過(guò)用兩種不同的流體來(lái)演示流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系，說(shuō)明流體的流速越大，壓強(qiáng)越?。涣魉僭叫?，壓強(qiáng)越大。

2.3操作步驟

1、液體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系

（1）按照?qǐng)D5—3將裝置接好。

（2）用夾子⑧夾住橡膠管，在漏斗⑥中加適量的水，使管⑤中的水接近管的頂端，用滴定管將管內(nèi)的空氣泡排盡。

（3）打開(kāi)夾子⑧讓水流通，觀察三個(gè)管中水柱的高低。

2、氣體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系

（1）在1做完后去掉⑥號(hào)管上部的漏斗，在⑥號(hào)管末端放紙巾，用口對(duì)著管口稍吹氣，使管④中的水位達(dá)中上部。

（2）去掉夾子⑧，用口對(duì)⑥號(hào)管末端（隔著中間開(kāi)有孔的紙巾）吹氣，觀察④號(hào)管中水柱高度的變化。

2.4物理教學(xué)中的使用

本實(shí)驗(yàn)裝置適用于中學(xué)物理《流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系》演示實(shí)驗(yàn)，可清楚地觀察氣體、液體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系，教學(xué)效果顯著。

2.5使用效果

本實(shí)驗(yàn)裝置為演示性實(shí)驗(yàn)裝置，其演示效果明顯，操作簡(jiǎn)便快捷，實(shí)用性較高。本人通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該裝置重復(fù)性高，實(shí)驗(yàn)成功率高，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，適合作為教具用于中學(xué)物理教學(xué)活動(dòng)中。

2.6教具特點(diǎn)

1.本教具適用于中學(xué)物理流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的教學(xué)活動(dòng)中，既可證明液體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系，也可以用來(lái)證明氣體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)裝置兩種用途的效果?，F(xiàn)在市面上銷(xiāo)售的證明流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的實(shí)驗(yàn)儀器只能證明其中的一種，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)同時(shí)證明氣體壓強(qiáng)和液體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的儀器，本裝置將兩者結(jié)合起來(lái)，避免了裝置多而復(fù)雜為實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的諸多不便。

2.教具采用塑料管、飲料瓶等物品制成，實(shí)驗(yàn)環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)且實(shí)用。

2.7說(shuō)明

本實(shí)驗(yàn)裝置中管徑大小以及管的長(zhǎng)度對(duì)實(shí)驗(yàn)效果有較大影響。管徑越大，管中聚集的氣泡越少，但用水量就越大；管徑越小，管中聚集的氣泡越多，用水量相對(duì)較少。經(jīng)多次試驗(yàn)，選用了管徑為11mm、14mm、23mm的三種管來(lái)制作做本實(shí)驗(yàn)較理想。

3、結(jié)束語(yǔ)

本研究在梳理國(guó)內(nèi)外自制教具文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，結(jié)合中學(xué)物理課堂實(shí)踐，從教具的產(chǎn)生背景、器材介紹、使用方法和效果分析上對(duì)中學(xué)物理教學(xué)中自制教具的原則、方法進(jìn)行闡述。其中，產(chǎn)生背景是對(duì)教具研究、開(kāi)發(fā)的整個(gè)思路過(guò)程進(jìn)行介紹，即為什么想到去制作這個(gè)教具，希望能夠拋磚引玉，激發(fā)一線(xiàn)物理教師的創(chuàng)作靈感。

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（作者單位：庫(kù)車(chē)縣古渡中學(xué)）