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矿泉水瓶在初中物理实验教学中的应用

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  【摘 要】2020年春季教学受疫情影响,我校开启“云课堂”教学,非常规物理实验恰可弥补常规实验的缺失,引领学生进行自主探究性学习。在实际物理教学中,教师也常会有意识的选择并使用实验室内器材或实验室之外,生活环境中身边的材料、物品和器具等资源进行研发和自制实验器材,开展物理实验教学活动即“非常规” 物理实验,以便能够帮助学生更好的认识、构建物理概念和规律。本文将以矿泉水瓶为例,展示相关的非常规物理实验。
  【关键词】非常规物理实验;矿泉水瓶;应用
  在云课堂教学进行过程中,如何开展实验教学?我们收集整理了大量资料,并结合教学实际,,总结创新了部分物理实验,使之更好地服务于教学,服务于学生。本文将以矿泉水瓶为例,展示相关非常规物理实验。
  一、声现象——“声名远扬”
  1.声音的传播:利用两个矿泉水瓶和一根细线可制成简易电话,可说明固体可以作为声音传播的介质。
  2.音调与频率:将几个相同的矿泉水瓶灌入不同高度的水,在瓶口依次吹气,发出的音调不同。空气柱越短,振动频率越大,音调越高。
  二、物态变化——“水循环”
  物态变化:将矿泉水瓶装满水放入冰箱中,水结成冰即凝固;矿泉水瓶装一部分水,敞开瓶口,过一段时间观察到水变少了即汽化(蒸发)。将装满水冷冻后的矿泉水瓶拿出冰箱,发现瓶壁上有水珠即液化。将收集有水蒸气的矿泉水瓶进行降温处理至零度以下,发现瓶壁上有固体物质即凝华。
  三、光现象——“光彩斑斓”
  1.光的直线传播:将香烟或蚊香烟雾收集入矿泉水瓶中,用激光灯照射,可以观察到清晰光路,展示光在空气中沿直线传播。
  2.光的色散:在矿泉水瓶内装半瓶水后,将其透过阳光,可看见白光分解成有色光。
  3.光的折射:将矿泉水瓶装满水,在瓶后看的的物品都错位了。
  四、透镜及其应用——“镜像世界”
  1.放大镜实验:在矿泉水瓶里装满水,透过瓶子看手指变粗了。透过瓶子紧贴课本发现文字被放大了。
  2.光的会聚:将装有水的矿泉水瓶平放在太阳光下,学生会发现地上有一条亮线,说明对光线有会聚作用,进一步说明不能将喝剩水的瓶子随便乱丢,否则可能由于对太阳光的会聚引发火灾。
  五、物质的物理属性——“属性不变”
  1.质量:用家中电子秤测出一个矿泉水瓶的质量,然后将其剪碎再放到天平上测量,比较前后质量,说明质量不随形状而改变;
  2.密度:将装满水的盖严的矿泉水瓶放入冰箱冷冻室,当水凝固成冰,观察到矿泉水瓶的体积膨胀,说明冰的密度小于水的密度;用矿泉水瓶装满水,但装不下相同质量的汽油,说明汽油密度小于水的密度。
  还可以让学生在两个相同的矿泉水瓶中分别装满水和酒精,请家人调换位置后,提问学生哪一瓶是水,哪一瓶是酒精,如何区分?学生肯定会回答打开瓶盖闻闻气味。如果不打开瓶盖怎么区分呢?学生会跃跃欲试,让学生拿在手上,掂一掂,感觉瓶子连同里面物质的总质量是不同的。教师再提问两个瓶子中水和酒精的哪个物理量相同呢?学生:体积。从而引出相同体积的水和酒精质量是不相同的,从而引出新的物理量——密度。
  3.比热容:在两个矿泉水瓶中分别装相同质量的水和食用油,放在同一个地方的太阳底下照射,发现食用油的温度上升更快一些,说明食用油的比热容比水小。
  六、力——“力竿见影”
  1.力的作用效果:用力捏矿泉水瓶可以改变其形状,对放倒的矿泉水瓶外壁施加力可改变其运动状态,说明了力的作用效果。
  2.摩擦力:观察瓶盖上的纹路,可发现这是利用增大接触面粗糙程度来增大摩擦。
  学生对静摩擦力理解比较困难,相对静止且有相对运动趋势,难以分析。特别是学生对于在竖直方向受静摩擦力而静止的物体的受力情况理解困难,可以让学生握住矿泉水瓶,稍稍松手,瓶子要往下掉。引导学生感受相对运动趋势,接着进一步分析物体处于静止状态肯定受平衡力,受力分析后,就会将静摩擦力理解到位了。亲身体验,感知静摩擦力,是解决理解困难的最好办法。
  滚动摩擦:矿泉水瓶在桌面上很容易滚动,摩擦声小,而拖动瓶子滑动摩擦声音变大。
  3.影响压力作用效果的因素:
  (1)取一只空矿泉水瓶向瓶中装入少量的水,放在海绵上立刻看到海绵凹陷了一些,将矿泉水瓶装满水再放到海绵上,会发现海绵凹陷得更深了。可以得出压力的作用效果与压力大小有关。
  (2)取一只空矿泉水瓶向瓶中装满水,盖上瓶盖放在一块海绵上观察海绵的凹陷程度,然后将瓶子倒置过来,再放在海绵上观察海绵的凹陷程度,比较两次凹陷程度,可以得出压力的作用效果与接触面积大小有关。
  4.力的作用是相互的:互相敲击两只空矿泉水瓶,两只水瓶会弹开,两只手都感到力的作用,说明力的作用是相互的。
  七、力与运动——“惯性使然”
  惯性:取一只空矿泉水瓶截去上半部分并装入适量的水,然后盖上一块硬纸板,将鸡蛋放在硬纸板上,用手指突然弹击硬纸板,可以观察到鸡蛋并没有随硬纸板一起飞去而是安然的落入瓶中。鸡蛋正是由于自身惯性还保持原来的静止状态而落在正下方。
  八、压强与浮力——“物体浮沉”
  1.在矿泉水瓶中装上适量的热水,涮一涮,再将热水倒掉,用盖子盖紧瓶口。一会儿瓶子会渐渐变扁了,从而引入大气压强的学习,验证大气压的存在。
  2.液体内部压强与深度有关:在一矿泉水瓶侧壁钻三个上下位置不同的小孔,用橡皮泥塞住,给瓶里充满水将瓶放在桌面上然后把橡皮泥同时拔出,发现从不同的孔向外喷水的水平射程不同,从而演示了液体内部压强与深度有关。学生知道两者的关系后,再提问:若在瓶子侧壁下部开一个小孔,则水流的流速与时间有怎样的关系?可加深思考与认识。
  3.液体内部向各个方向都有压强:在矿泉水瓶体的不同方向上钻很多细细的小孔,水不会立刻大量流出,然后装满水盖上瓶盖,两手用力挤压瓶体,可看到水从不同的小孔中向各个方向喷出,可以展示液体内部向各个方向都有压强。
  4.浮力产生的原因:将矿泉水瓶的底部切掉,瓶口朝下,把乒乓球放入其中并落在瓶颈处,从上面倒水,直到水满后,乒乓球也不会浮起来,而只有用手从下面堵住瓶口时,乒乓球才会浮起来,这时乒乓球上、下表面均受到水的压力且下表面所受的压力大于上表面所受的压力。
  5.体验浮力:取一只空矿泉水瓶,漂浮在水面,让学生将其往水中按,会感受到向上一个力——浮力。同时会发现随着物体排开液体的体积增大时,手受到的向上的力越大。
  6.鉴别物质:在矿泉水瓶中装适量水,分别漂浮在水面和盐水上,可以观察到矿泉水瓶漂浮在盐水上时,露出液面的体积V排大,根据阿基米德原理,可推出排开液体体积与液体的密度的关系,结合本实验可以顺势分析轮船从长江驶入大海时,船体是上浮还是下沉,可充分练习体会物体漂浮条件与阿基米德原理。
  7.浮沉子:在矿泉水瓶中装满水,将一个口服液玻璃瓶装少量水倒扣漂浮在瓶内水中,用盖子盖紧瓶口,可以发现当用力挤压矿泉水瓶时,小玻璃瓶将会下沉,松开手玻璃瓶又会上浮,通过这种方式改变小玻璃瓶的自重,这也就是潜水艇的浮沉原理。
  九、估测——“常见标准”
  让学生亲自测量,瓶盖、瓶身直径、高度等作为日后长度估测的标准。常见矿泉水容积为500ml,可粗略计算,质量为500g,方便作为体积与质量的估测标准。
  这样的例子还有很多很多,我们在教学中可以不斷总结创新和完善,同时在教学中引导学生用生活中常见、甚至是废物做实验,研究相应的物理问题,真正体现物理与生活的紧密联系,不但会使学生感到亲切好玩,更是利于激发学生学习兴趣,引导学生最终将废矿泉水瓶扔到可回收垃圾箱,增强环保意识,培养学生动手能力以及创新精神,从而收到令人惊喜的效果。
  (作者单位:西安市航天城第一中学)

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