愛喝水的“小鳥”

◎南京師范大學(xué)附屬中學(xué)江寧分校 尤文耀 陳奕琪

蘇教版初中物理的《杠桿》一節(jié)對(duì)杠桿的平衡條件進(jìn)行了科學(xué)探究。為了激發(fā)學(xué)生的興趣，物理社團(tuán)的老師提前讓學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，自制出一只愛喝水的“小鳥”?！靶▲B”能自動(dòng)點(diǎn)頭“喝水”，這種方式讓同學(xué)們對(duì)力與力臂有了新認(rèn)識(shí)，給他們帶去了神奇又好玩的體驗(yàn)。

一、器材準(zhǔn)備

濕紙巾1張，奶茶吸管1支，脫脂棉少量（1 g左右），鋼針1枚，紙杯2個(gè)，水適量，黑色和白色棉線各1根，羽毛2根，塑料小勺1個(gè)，100 mL的燒杯2個(gè)。

二、制作過程

1. 剪去塑料小勺的勺柄，利用熱熔膠將小勺粘貼在吸管的一端，如圖1。

圖1

2.測量吸管的長度L。將適量的脫脂棉搓成圓柱體（半徑略小于吸管的半徑），長度約為3/4 L左右。用濕紙巾包裹脫脂棉圓柱體。在這里，浸水的脫脂棉的作用是產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象和形成配重，吸水后的脫脂棉不容易成型，利用濕紙巾對(duì)其定型。此外，濕紙巾的毛細(xì)現(xiàn)象也非常顯著。

3.用針將一根黑色棉線垂直穿過脫脂棉圓柱體的右端（距離端口約1 cm處），剪斷棉線并在棉線兩端打結(jié)，用這兩個(gè)結(jié)點(diǎn)作為“小鳥”的眼睛，如圖2所示。

圖2

4.用針將另一根白色棉線從“小鳥的頭部”穿向脫脂棉圓柱體左端，針線隨之穿出吸管，牽引脫脂棉圓柱體至吸管一半長度左右，當(dāng)白色棉線延伸至小勺處時(shí)即可將其剪斷，以便利用毛細(xì)現(xiàn)象和重力作用將水引流到小勺。

5.用羽毛裝飾“小鳥”的頭部和尾部，進(jìn)行簡單的造型設(shè)計(jì)。

6.將吸管浸沒在水中，直至脫脂棉和濕紙巾吸水飽和。估測吸管的平衡支點(diǎn)，將鋼針穿過該支點(diǎn)作為轉(zhuǎn)軸，如圖3所示。取2個(gè)100 mL的小燒杯作為鋼針的支架，架起鋼針后，調(diào)整鋼針的位置直到吸管能夠平衡為止。

圖3

7.將紙杯A放在“小鳥”嘴的下方，使紙杯的高度適當(dāng)（可以剪去多余部分）。當(dāng)紙杯盛滿水后，“小鳥”的嘴接觸水面時(shí)，“小鳥”軀干傾斜向上，以便利用重力將水更快引流到小勺，提高“小鳥”點(diǎn)頭的頻率，如圖4所示（可在水中滴入紅墨水，便于觀察）。

圖4

8.用手撥動(dòng)吸管，讓“小鳥”的嘴接觸紙杯的水面。由于毛細(xì)現(xiàn)象和重力作用，水從“小鳥”嘴的位置經(jīng)濕紙巾和脫脂棉流到尾部的小勺中。小勺所受的重力與力臂的乘積變大，杠桿不再平衡，吸管向豎直位置轉(zhuǎn)動(dòng)，小勺中的水流出，滴落到接水杯B中，如圖5所示。

圖5

此后，由于尾端動(dòng)力與動(dòng)力臂的乘積小于前端阻力與阻力臂的乘積，尾端翹起，“小鳥”再次低頭接觸紙杯水面，好像喝水一樣。如此不斷循環(huán)，直到紙杯A的水面低至“小鳥”的嘴接觸不到為止?！靶▲B”自動(dòng)點(diǎn)頭的頻率最理想可達(dá)每分鐘15次左右，非常具有觀賞性。

三、總結(jié)

我國著名物理教育家朱正元教授曾說：“壇壇罐罐當(dāng)儀器，拼拼湊湊做實(shí)驗(yàn)?！遍_發(fā)貼近生活的物理課程資源，可以激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)，提升其實(shí)踐能力。

“愛喝水的‘小鳥’”這一物理小制作取材自生活中的常見材料，兼具知識(shí)性和趣味性。在今后的社團(tuán)課程中，老師將帶領(lǐng)學(xué)生們繼續(xù)探究：如何提高“小鳥”的點(diǎn)頭頻率 ？可以把這只“小鳥”看作是“永動(dòng)機(jī)”嗎？