基于生活巧設(shè)物理實(shí)驗(yàn)

物理知識(shí)往往是抽象的，且有一定難度，但如果我們以生活為基礎(chǔ)，通過(guò)設(shè)計(jì)巧妙的物理實(shí)驗(yàn)，將抽象的知識(shí)變得具體可感，那么學(xué)習(xí)物理就會(huì)變得較為容易。本文將通過(guò)有趣且實(shí)用的物理實(shí)驗(yàn)告訴大家：學(xué)好物理，并沒(méi)有想象中那么困難。

一、自由落體運(yùn)動(dòng)

自由落體運(yùn)動(dòng)是指物體僅在重力的作用下由靜止開(kāi)始下落的運(yùn)動(dòng)。其特點(diǎn)是初速度為零，加速度為重力加速度g，是一種勻加速直線運(yùn)動(dòng)。伽利略也通過(guò)比薩斜塔實(shí)驗(yàn)表明了這一結(jié)論的準(zhǔn)確性。但我們?cè)谏钪袥](méi)法直觀地感受到自由落體運(yùn)動(dòng)的存在，因?yàn)槲覀兛吹降挠鹈?、紙張和垃圾袋等東西飄落的過(guò)程似乎都是慢悠悠的，而且飄落的軌跡也并不總是直線，與自由落體運(yùn)動(dòng)所描述的勻加速直線運(yùn)動(dòng)下落有所差別。這是不是因?yàn)槲矬w太輕而導(dǎo)致的？我們可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來(lái)探究一下。

實(shí)驗(yàn)材料：一張A4紙，一個(gè)小石塊。

實(shí)驗(yàn)步驟：

1.使A4紙和小石塊在同一高度同時(shí)下墜，觀察哪個(gè)物體先落地；

2.將A4紙揉成一團(tuán)，使其和小石塊在同一高度同時(shí)下墜，觀察哪個(gè)物體先落地；

3.重復(fù)上述步驟多次。

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有揉過(guò)的A4紙下落速度很慢，而揉過(guò)的紙的下落速度和小球相差無(wú)幾，這是因?yàn)樵谧匀画h(huán)境中，有空氣阻力對(duì)物體下落造成影響，物體的下落速度、與空氣的接觸面積和空氣本身的密度等，都會(huì)影響空氣阻力的大小。由此可見(jiàn)，與空氣的接觸面積較大，沒(méi)有揉過(guò)的紙張受空氣阻力影響也就較大；揉過(guò)的紙和空氣的接觸面積與空氣密度相差不大，所以下落速度與小石塊基本一致。這就證明了自由落體運(yùn)動(dòng)與質(zhì)量是無(wú)關(guān)的。

二、研究光的折射現(xiàn)象

在生活中，我們把一根筷子插入水中，會(huì)發(fā)現(xiàn)筷子好像被“折斷”了，這就是光的折射現(xiàn)象。下面，我們也通過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究這一現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)材料：一個(gè)透明玻璃杯、水、一支鉛筆。

實(shí)驗(yàn)步驟：

1.將鉛筆插入裝有水的透明玻璃杯中；

2.從不同角度觀察鉛筆在水中的部分，記錄觀察到的現(xiàn)象；

3.改變鉛筆插入水中的深度，再次觀察現(xiàn)象。

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們會(huì)看到鉛筆在水面處好像被“折斷”了，這是因?yàn)楣庠趶囊环N介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生折射。光在空氣中的傳播速度與在水中的傳播速度不同，導(dǎo)致了光線的偏折。光在空氣中傳播時(shí)，其傳播速度較快，而在水中傳播時(shí)，速度會(huì)變慢。當(dāng)光從空氣進(jìn)入水中時(shí)，由于速度的變化，光線會(huì)改變傳播方向。根據(jù)折射定律，入射角和折射角之間存在一定的關(guān)系。入射角是光線從空氣中入射到水面的角度，折射角是光線在水中的角度。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們可以觀察到，當(dāng)從不同角度觀察鉛筆時(shí)，入射角發(fā)生變化，折射角也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生改變，從而導(dǎo)致我們看到的鉛筆的位置和形狀發(fā)生變化。改變鉛筆插入水中的深度，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)折射現(xiàn)象的明顯程度也會(huì)有所不同。當(dāng)鉛筆插入較淺時(shí)，折射角較小，鉛筆 “折斷”的程度較輕；當(dāng)鉛筆插入較深時(shí)，折射角較大，鉛筆 “折斷”的程度更明顯。這是因?yàn)殡S著鉛筆插入深度的增加，光線在水中傳播的路程變長(zhǎng)，折射的效果更加顯著。

三、驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)

動(dòng)量守恒定律是指如果一個(gè)系統(tǒng)不受外界力或所受外界的力的矢量和為零，那么這個(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。這一定律還可以表述為“當(dāng)沒(méi)有外界的力作用時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部不同物體間動(dòng)量相互交換，但總動(dòng)量之和為固定值”。定律中說(shuō)的動(dòng)量交換、固定值這類詞語(yǔ)有些抽象，不易于理解。我們可以用一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明這一定律，這樣一來(lái)，理解難度也就降低了。

實(shí)驗(yàn)材料：兩個(gè)質(zhì)量不同的小球（如乒乓球和玻璃球）、光滑的水平軌道、刻度尺。

實(shí)驗(yàn)步驟：

1.將水平軌道放置在平穩(wěn)的桌面上，確保軌道表面光滑；

2.把兩個(gè)小球放在軌道的一端，讓一個(gè)小球靜止，另一個(gè)小球以一定的速度去撞擊靜止的小球；

3.觀察碰撞后的兩個(gè)小球的運(yùn)動(dòng)情況，并用刻度尺測(cè)量它們的運(yùn)動(dòng)距離。

根據(jù)動(dòng)量守恒定律，兩個(gè)物體在碰撞前后的總動(dòng)量保持不變。如果兩個(gè)小球的質(zhì)量分別為 m1 和 m2，碰撞前的速度分別為 v1 和 v2（其中一個(gè)為 0），碰撞后的速度分別為 v1'和 v2'，那么 m1v1 + m2v2 = m1v1' + m2v2'。

通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們可以直觀地看到兩個(gè)小球碰撞前后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化。當(dāng)質(zhì)量較大的玻璃球撞擊靜止的乒乓球時(shí)，玻璃球的速度會(huì)明顯減小，而乒乓球則會(huì)以較快的速度運(yùn)動(dòng)。通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)小球碰撞前后的速度和質(zhì)量，可以計(jì)算出碰撞前后的總動(dòng)量，從而驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。

四、探究彈力與形變的關(guān)系

在生活中，我們經(jīng)常會(huì)看到彈簧、橡皮筋等物體在受力時(shí)會(huì)發(fā)生形變，力撤掉之后又恢復(fù)到原來(lái)的形狀，非常神奇。我們可以通過(guò)下面的實(shí)驗(yàn)來(lái)觀察彈力與形變的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)材料：一根彈簧，幾個(gè)不同質(zhì)量的砝碼，一把刻度尺。

實(shí)驗(yàn)步驟：

1.將彈簧豎直懸掛起來(lái)；

2.依次在彈簧下端掛上不同質(zhì)量的砝碼，記錄彈簧的伸長(zhǎng)量；

3.分析砝碼質(zhì)量與彈簧伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系。

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們首先將彈簧豎直懸掛起來(lái)，此時(shí)彈簧處于自然狀態(tài)，沒(méi)有受到外力作用，長(zhǎng)度為原長(zhǎng)度。當(dāng)我們依次在彈簧下端掛上不同質(zhì)量的砝碼時(shí)，彈簧會(huì)受到重力的作用而發(fā)生形變，伸長(zhǎng)量逐漸增大。我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，砝碼質(zhì)量越大，彈簧的伸長(zhǎng)量也越大。這表明彈簧的彈力與形變之間存在一定的關(guān)系。根據(jù)胡克定律，在彈性限度內(nèi)，彈簧的彈力與彈簧的伸長(zhǎng)量成正比。即 F = kx，其中， F表示彈簧的彈力，k表示彈簧的勁度系數(shù)，x則表示彈簧的伸長(zhǎng)量。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們可以計(jì)算出彈簧的勁度系數(shù)k。對(duì)于不同質(zhì)量的砝碼，我們可以根據(jù)重力公式 G = mg（其中 G表示砝碼的重力，m 表示砝碼的質(zhì)量，g表示重力加速度）計(jì)算出砝碼的重力，這個(gè)重力就是彈簧的彈力 F。然后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中記錄的彈簧伸長(zhǎng)量 x，代入胡克定律公式，就可以求出勁度系數(shù) k。

基于生活巧妙設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)，是學(xué)習(xí)高中物理的有效途徑。通過(guò)生活中的物理現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)操作，我們可以更加直觀地感受物理的魅力，提高學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)知識(shí)的理解，培養(yǎng)實(shí)踐能力和科學(xué)思維，增強(qiáng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。