信手拈尺當(dāng)器材 匠心獨(dú)具做實(shí)驗(yàn)

劉小蘭

(江蘇省揚(yáng)州中學(xué),江蘇 揚(yáng)州 225000)

揚(yáng)州市高中物理實(shí)驗(yàn)技能大賽中有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)給老師們留下了深刻的印象：(1) 測量室溫。器材為：裝有冰水混合物的杯子、細(xì)玻璃管、橡皮泥和刻度尺等；(2) 測量水的折射率。器材為：水杯、硬幣和刻度尺等。兩者都是利用生活中常見的物品，要求參賽者巧妙設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，揭示物理規(guī)律。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的共同點(diǎn)都是要借助刻度尺，完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量，然后運(yùn)用物理原理，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)并不是高中課標(biāo)中規(guī)定的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，卻是我們在平時(shí)教學(xué)中可以開發(fā)的實(shí)驗(yàn)，不僅能培養(yǎng)教師的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，還能增強(qiáng)學(xué)生利用身邊隨手可得的物品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的意識(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣，提高他們的科學(xué)探究能力。通過參加這次實(shí)驗(yàn)技能比賽，筆者受到極大啟發(fā)，開展了物理實(shí)驗(yàn)生活化的研究。本文借助刻度尺這一信手拈來的身邊物品，通過巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，完成物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

1 力學(xué)實(shí)驗(yàn)

1.1 測量人的反應(yīng)時(shí)間

圖1

1.2 測量平拋運(yùn)動(dòng)的初速度

1.3 探究彈簧彈力與伸長量的關(guān)系

如圖2所示，將彈簧的一端掛在鐵架臺(tái)的橫桿上，保持彈簧豎直，調(diào)整刻度尺的位置，使彈簧下的指針位于刻度尺零點(diǎn)位置，在彈簧的下端掛鉤碼，當(dāng)彈簧穩(wěn)定后，彈簧所受彈力與鉤碼所受重力大小相等，隨著鉤碼個(gè)數(shù)的增加，彈簧伸長量也相應(yīng)增加，分別在彈簧下端掛1、2、3、4、5個(gè)相同的鉤碼，用刻度尺記錄指針在刻度尺上所處的位置，即彈簧伸長量x1、x2、x3、x4、x5，以彈力為縱坐標(biāo)、彈簧的伸長量為橫坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系，畫出彈簧彈力與伸長量的圖像，可得出結(jié)論：彈簧彈力與伸長量成正比。

圖2

1.4 探究合力與分力大小的關(guān)系

在探究合力與分力大小的關(guān)系時(shí)，當(dāng)分力大小一定、分力間夾角增大時(shí)，合力減小，因此合力可以大于、等于、小于分力。這個(gè)結(jié)論可以用計(jì)算法、畫圖法得到，也可用刻度尺來演示。實(shí)驗(yàn)器材為：兩把長為20cm鋼尺(代表20N的力)、兩把長為15cm鋼尺(代表15N的力)、一把長為40cm的刻度尺(代表40N的力)。如圖3所示，分別利用4個(gè)夾子將4把尺組裝成一個(gè)平行四邊形，長刻度尺的零點(diǎn)位置固定在平行四邊形的底端，并保持長刻度尺始終通過平行四邊形的對(duì)角線，那么，平行四邊形頂點(diǎn)在刻度尺上的位置即對(duì)應(yīng)于合力大小。通過增大20cm鋼尺和15cm鋼尺間的夾角，即增大兩分力的夾角(圖4)，發(fā)現(xiàn)對(duì)角線上長度變小，即合力在減小。在增大兩分力夾角的過程中，很容易得出合力可大于、等于、小于分力的結(jié)論。

圖3

圖4

2 聲學(xué)實(shí)驗(yàn)

2.1 聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的

將鋼尺的一端緊壓在桌面上，撥動(dòng)伸出桌面的一端會(huì)聽到聲音，這說明聲音是物體的振動(dòng)產(chǎn)生的。

2.2 聽覺范圍

將鋼尺平放在桌面上，鋼尺一端伸出桌面，用手撥動(dòng)鋼尺，當(dāng)伸出桌面過長時(shí)，鋼尺振動(dòng)很慢，聽不到聲音，此時(shí)的振動(dòng)頻率過低，超出了人的聽覺范圍。

3 電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)

3.1 靜電感應(yīng)

如圖5所示，把鋼尺平放在礦泉水的乒乓球上，用絲綢摩擦過的有機(jī)玻璃棒(帶正電)靠近不帶電的鋼尺，鋼尺被吸引過來。這個(gè)實(shí)驗(yàn)很好地解釋了靜電感應(yīng)現(xiàn)象：當(dāng)帶正電的有機(jī)玻璃棒與不帶電的鋼尺相互靠近時(shí)，由于電荷間的相互作用，會(huì)使鋼尺內(nèi)部的電荷重新分布，鋼尺中的負(fù)電荷會(huì)被吸引到靠近有機(jī)玻璃棒的一端，鋼尺中的正電荷會(huì)被排斥到遠(yuǎn)離有機(jī)玻璃棒的另一端。

圖5

3.2 金屬的導(dǎo)電性

如圖6所示，把鋼尺、小燈泡、一節(jié)干電池、導(dǎo)線串聯(lián)在電路中，接通電路，發(fā)現(xiàn)小燈泡發(fā)光了，說明鋼尺容易導(dǎo)電，是導(dǎo)體。

圖6

3.3 簡易指南針

如圖7所示，拿一塊強(qiáng)磁鐵，用它的一個(gè)磁極在鋼尺上沿著同一方向摩擦幾次，此時(shí)鋼尺被強(qiáng)磁鐵磁化，然后將磁化的鋼尺平放在礦泉水瓶口的乒乓球上，輕輕推動(dòng)鋼尺，靜止時(shí)磁化的鋼尺總有一端指南，另一端指北。

圖7

圖8

3.4 磁極間的相互作用

如圖8所示，用另一根磁化后的鋼尺的一端，分別去靠近兵乓球上被磁化的鋼尺兩端，可以體驗(yàn)到異名磁極相互吸引、同名磁極相互排斥，說明磁體之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的。

4 光學(xué)實(shí)驗(yàn)

4.1 測定水的折射率

圖9

圖10

4.2 演示光的全反射

將鋼尺沿其對(duì)稱軸用雙面膠帶貼去一半,保留雙面膠帶上的紙，把它放在火上燒，直到雙面膠帶上的紙燒為灰燼，可看到黑白分明的鋼尺(圖11)。如圖12所示，將鋼尺斜插入裝有水的燒杯中，從上面看到原來熏黑的部分很明亮，像鍍了一層銀，學(xué)生覺得很神奇。當(dāng)將鋼尺從水中取出時(shí)，發(fā)現(xiàn)熏黑的鋼尺沒有任何變化。這是因?yàn)檠诓糠指街目諝馀c水之間形成了一層空氣膜，光從水中入射到空氣中時(shí)會(huì)發(fā)生全反射。

圖11

圖12

5 結(jié)語

在高中物理教學(xué)中，教師要善于利用身邊物品做實(shí)驗(yàn)器材，巧妙設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，創(chuàng)造性地完成實(shí)驗(yàn)，踐行“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的課程理念，提升學(xué)生解決問題的能力。