自制壓強(qiáng)釘板演示儀

江 寧

摘? ?要：剛開(kāi)始學(xué)習(xí)壓強(qiáng)概念時(shí)，學(xué)生只對(duì)壓力概念有膚淺的認(rèn)識(shí)。為了幫助學(xué)生理解壓強(qiáng)概念，文章介紹了壓強(qiáng)釘板儀器的制作，并介紹了如何通過(guò)壓強(qiáng)釘板的實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生來(lái)理解通過(guò)增大受力面積可以減小壓強(qiáng)的道理。

關(guān)鍵詞：自制教具;壓強(qiáng)釘板;受力面積;胸口碎大石;情感交流

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2019）6-0049-2

1? ? 傳統(tǒng)的壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)

壓力的作用效果不僅與壓力的大小有關(guān)，還與受力面積的大小有關(guān)，物理中采用單位面積上所受壓力的大小即壓強(qiáng)來(lái)表示壓力的作用效果。

傳統(tǒng)的物理教材采用的壓強(qiáng)小桌實(shí)驗(yàn)來(lái)演示壓強(qiáng)，利用控制變量法、效果對(duì)比來(lái)說(shuō)明壓強(qiáng)與壓力的大小有關(guān)，也說(shuō)明壓強(qiáng)與受力面積的大小有關(guān)。所有的實(shí)驗(yàn)教材上都有介紹。

許多版本的教材在習(xí)題和知識(shí)拓展中還有如圖1所示的壓強(qiáng)釘板實(shí)驗(yàn)，教師可以通過(guò)自制教具來(lái)向?qū)W生演示如何通過(guò)增大受力面積來(lái)減小壓強(qiáng)。

2? ? 小型壓強(qiáng)釘板實(shí)驗(yàn)儀的制作與實(shí)驗(yàn)

如圖2所示，取一塊25 cm×25 cm×2 cm左右大小的木板作為底座，接近板的四角對(duì)稱等距各開(kāi)一個(gè)直徑為2 cm的圓孔，從木板中央起向周?chē)悦? cm為間隔，用電鉆各打64個(gè)直徑為1 mm的小孔，最中間的一個(gè)小孔可稍大一點(diǎn)，以便更換長(zhǎng)釘，將64根3寸長(zhǎng)的鐵釘釘入小孔（最中間的鐵釘應(yīng)該是靈活的），取四根直徑為2 cm、高度為30 cm的不銹鋼鋼管作為支架插入底座板四角的圓孔中。

再取一塊25 cm×25 cm×2 cm左右大小的木板作為蓋板，接近板的四角對(duì)稱等距各開(kāi)一個(gè)直徑約為2.5 cm的圓孔，具體的尺寸以能方便套進(jìn)四根不銹鋼鋼管支架為準(zhǔn)。至此，小型壓強(qiáng)釘板制成。

具體實(shí)驗(yàn)如圖3所示，將一個(gè)小氣球放在小型壓強(qiáng)釘板的鐵釘排上，蓋上蓋板，并在蓋板上放置大質(zhì)量鉤碼，此時(shí)氣球雖然有明顯形變，但不破裂。然后，將中央可抽取的一根鐵釘換成長(zhǎng)鐵釘，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程，氣球當(dāng)場(chǎng)破裂。

此實(shí)驗(yàn)的懸念性非常強(qiáng)，觀賞效果佳，既可以演示，也可以分組，實(shí)驗(yàn)巧妙地說(shuō)明了壓強(qiáng)不僅與壓力的大小有關(guān)，還與受力面積的大小有關(guān)。

3? ? 大型壓強(qiáng)釘板的制作與演示

如圖3所示，取一塊80 cm×50 cm×2 cm左右大小的木板作為底座，在木板上以每1.5 cm為間隔，用電鉆各打50×30個(gè)直徑為1 mm的小孔，將1500根5寸長(zhǎng)的鐵釘釘入小孔，注意整體的釘尖面盡量平整。取一塊50 cm×50 cm×2 cm左右大小的木板作為蓋板，當(dāng)人躺在釘板上時(shí)，可將蓋板蓋在身上，蓋板上可以站1～2人。

具體實(shí)驗(yàn)演示時(shí)先將釘板立置，將一個(gè)馬鈴薯輕輕用力就可以釘在釘板的邊緣上以顯示釘?shù)匿h利。然后人平躺在釘板上，身上蓋上蓋板，請(qǐng)一名學(xué)生站立在釘板上，而受壓者安然無(wú)恙。將站立學(xué)生換成多層的磚塊，然后請(qǐng)學(xué)生用榔頭使勁砸壞板上的磚塊，受壓者同樣安全。

此實(shí)驗(yàn)的懸念性更強(qiáng)，觀賞效果更佳，實(shí)驗(yàn)巧妙地說(shuō)明了壓力一定時(shí)，受力面積越大壓強(qiáng)越小的物理原理。

注意點(diǎn)：為確保安全，制作此儀器前，事先最好將諸多鐵釘尖稍微磨鈍一點(diǎn);由于用釘較多，儀器制成后的質(zhì)量約為30 kg，搬運(yùn)或移動(dòng)時(shí)比較費(fèi)力;制作時(shí)在木板上橫豎以每1 cm為間隔將更安全;實(shí)驗(yàn)時(shí)身穿一件襯衫即可，不建議光膀子做此實(shí)驗(yàn)，筆者曾事先試過(guò)，雖然受壓身體沒(méi)有受傷的痕跡，但明顯有疼痛的感覺(jué);身上的磚塊層盡量多一點(diǎn)，因?yàn)榇u塊越多，慣性越大，磚塊因保持原來(lái)的靜止?fàn)顟B(tài)而不容易向下傳遞力，筆者實(shí)驗(yàn)時(shí)身上放置4～5層磚塊，砸磚塊時(shí)身體有輕微被打的感覺(jué);躺下與起立時(shí)，最好有人幫忙，否則身體如果在釘板上發(fā)生平移就容易受傷;為了防止砸出的碎磚傷害頭部，實(shí)驗(yàn)時(shí)最好在頭部與磚塊層之間放一塊擋板;不建議將磚塊換成大石頭來(lái)演示“胸口碎大石”的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)榇笫^質(zhì)量太大，雖然慣性大，但在搬移的過(guò)程中容易失手砸傷人;此實(shí)驗(yàn)最好教師演示，雖然危險(xiǎn)性不大，但仍不建議學(xué)生躺在釘板上實(shí)驗(yàn)。

4? ? 實(shí)驗(yàn)后的感想

物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的一門(mén)科學(xué)，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)和分組實(shí)驗(yàn)，不僅能讓學(xué)生獲取最直接的感性認(rèn)識(shí)，而且能培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，從而為學(xué)生開(kāi)拓物理思維打下基礎(chǔ)。

4.1? ? 壓強(qiáng)釘板實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)生的求知欲

自制的器材本身就有一點(diǎn)神秘性，學(xué)生會(huì)感嘆：這么簡(jiǎn)單的器材竟然能產(chǎn)生這樣的效果。由于此實(shí)驗(yàn)真實(shí)、直觀、形象、生動(dòng)，有很強(qiáng)的吸引力，極易喚起學(xué)生的直接興趣，而且初中生天生好奇、好動(dòng)，生動(dòng)、有趣的實(shí)驗(yàn)讓他們注意力高度集中，新奇的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更出乎他們的意料，盎然的興趣培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性。

4.2? ? 壓強(qiáng)釘板實(shí)驗(yàn)給學(xué)生創(chuàng)設(shè)了掌握知識(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境

物理概念和規(guī)律都是從大量的具體實(shí)例中抽象出來(lái)的，學(xué)生通過(guò)直觀的壓強(qiáng)現(xiàn)象獲取了對(duì)壓強(qiáng)概念最必要的感性認(rèn)識(shí)，清晰的認(rèn)識(shí)促使學(xué)生對(duì)壓強(qiáng)概念產(chǎn)生了明確、具體的認(rèn)知。學(xué)生進(jìn)入了實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在教師的引導(dǎo)下，通過(guò)觀察、實(shí)驗(yàn)、操作甚至是游戲等親身體驗(yàn)，促成了對(duì)壓強(qiáng)概念的掌握。

4.3? ? 壓強(qiáng)釘板實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)了師生之間的情感交流

陶行知先生提出“教學(xué)做合一”教育思想，朱小蔓教授提出“情感教育”理論，此實(shí)驗(yàn)正是在“教學(xué)做合一”的過(guò)程中促進(jìn)了師生的情感交往，教師通過(guò)“做”來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲、促進(jìn)學(xué)生積極思維和主動(dòng)探究的同時(shí)，形成了積極順暢的師生情感交流，情感價(jià)值得以正視。

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（欄目編輯? ? 王柏廬）