原尚哲

摘 要：高中物理實(shí)驗(yàn)是提高對(duì)物理規(guī)律理解的重要手段，而利用常見的礦泉水瓶自制實(shí)驗(yàn)器材，可提高高中生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣、加深理解，并培養(yǎng)創(chuàng)新精神和動(dòng)手實(shí)踐能力。本文介紹用礦泉水瓶設(shè)計(jì)的物理小實(shí)驗(yàn)：完全失重、慣性、制作打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和驗(yàn)電器。

關(guān)鍵詞：高中物理；實(shí)驗(yàn)

對(duì)高中生而言物理似乎是高深莫測(cè)的，有些物理現(xiàn)象不好理解、不夠直觀，而物理小實(shí)驗(yàn)是幫助大家理解規(guī)律、提高學(xué)習(xí)興趣的好方法。做物理實(shí)驗(yàn)離不開實(shí)驗(yàn)器材，同學(xué)們通常認(rèn)為研究物理需要很復(fù)雜的儀器。其實(shí)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)并不神秘，用生活中常見的東西也可以設(shè)計(jì)物理小實(shí)驗(yàn)，幫助大家學(xué)好物理規(guī)律。本文介紹高中興趣小組用常見的礦泉水瓶設(shè)計(jì)的幾個(gè)物理小實(shí)驗(yàn)。

一、完全失重實(shí)驗(yàn)

物理課本中原有的完全失重實(shí)驗(yàn)，將彈簧秤和鉤碼一起做自由落體，觀察彈簧秤的顯示讀數(shù)，如果為零則完全失重。但實(shí)驗(yàn)過(guò)程中難以看清彈簧秤讀數(shù)，關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不易觀測(cè)，很難給大家留下深刻印象。為此我們重新設(shè)計(jì)了完全失重實(shí)驗(yàn)，采用易于取得的礦泉水瓶，使完全失重現(xiàn)象易于觀察。

實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1.在空礦泉水瓶底部開幾個(gè)小孔，裝進(jìn)紅色墨水。紅色墨水會(huì)從礦泉水瓶子底部流出來(lái)。同學(xué)們觀察分析可以得知，這是由于墨水受重力作用而具有重量，而礦泉水瓶底部的小孔無(wú)法提供支撐墨水重量的支持力，因而會(huì)從小孔中噴出。

2.從高處釋放裝有紅色墨水的礦泉水瓶，此時(shí)會(huì)很容易發(fā)現(xiàn)在下落過(guò)程中小孔不再流出紅色墨水了。這是由于墨水與瓶子一起做自由落體運(yùn)動(dòng)，此時(shí)礦泉水瓶和墨水都處于完全失重狀態(tài)，相互之間雖然接觸但相互作用力為零，相對(duì)速度因此也為零，所以墨水與礦泉水瓶不會(huì)分離，也就不再?gòu)男】讎姵隽恕?/p>

3.將裝著紅墨水的礦泉水瓶從靜止位置開始，開口向上豎直上拋，會(huì)發(fā)現(xiàn)除了上拋的一剎那墨水加速噴出外，水瓶離開手后水就不會(huì)從小孔中噴射出來(lái)了。這出乎大多數(shù)同學(xué)的意料，大家本以為礦泉水瓶向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，墨水不僅會(huì)從小孔中噴出，而且噴出速度會(huì)比瓶子不動(dòng)時(shí)更大：因?yàn)樗蛳铝?，而瓶子要向上走，因此?yīng)該加速噴出。

這樣的預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全背道而馳，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)結(jié)果是在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，小孔仍然沒有水流出來(lái)更別提以更高速度噴出了，而且無(wú)論瓶子拋出后是向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，礦泉水瓶底部小孔都不會(huì)噴水。

仔細(xì)分析后同學(xué)們對(duì)失重更加理解了，物體加速度與重力加速度是否一致是失重狀態(tài)的唯一判斷標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)驗(yàn)中礦泉水瓶離開手后和墨水一樣處于完全失重狀態(tài)，因此無(wú)論它們運(yùn)動(dòng)方向朝向哪里，兩者的相對(duì)速度都為零，也就無(wú)法分離因此墨水不會(huì)流出。

二、設(shè)計(jì)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

高中階段力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)重要器材就是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，其工作原理的關(guān)鍵就是在紙帶上等時(shí)打點(diǎn)。改造礦泉水瓶替代打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的做法，提高了大家的實(shí)驗(yàn)興趣，也更便于直觀理解。

實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1.在去掉瓶蓋的礦泉水瓶底部穿一個(gè)小孔，將瓶?jī)?nèi)裝上紅色墨水。

2.手提礦泉水瓶平穩(wěn)移動(dòng)，代表打點(diǎn)計(jì)時(shí)器上紙帶的走動(dòng)，水滴以相等時(shí)間下落到地上，代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打點(diǎn)。地上水滴間距增大表明在做加速運(yùn)動(dòng)；而地上水滴間距不變表明是在做勻速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)?shù)厣纤尉奂谕坏攸c(diǎn)則表明瓶子處于靜止?fàn)顟B(tài)。打點(diǎn)的時(shí)間間隔可以通過(guò)小孔的大小、水瓶高度和瓶?jī)?nèi)水深來(lái)控制。

這樣制作的礦泉水瓶把復(fù)雜的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作原理形象的演繹出來(lái)，既節(jié)省了經(jīng)費(fèi)還便于理解，可謂一舉兩得。

三、慣性小實(shí)驗(yàn)

用礦泉水瓶設(shè)計(jì)小實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證慣性與質(zhì)量的關(guān)系：將塑料玩具小球固定在細(xì)繩一端放入裝滿水的瓶?jī)?nèi)，繩的另一端固定在瓶蓋上，旋緊瓶蓋倒立，小球自然漂起。手持倒立瓶子向某個(gè)方向做加速運(yùn)動(dòng)。出乎大家意料的現(xiàn)象發(fā)生了：瓶子里漂浮著的塑料小球不但不像想象的那樣向后擺，反而向前擺動(dòng)。

這種現(xiàn)象原因是：礦泉水瓶向某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于慣性的存在，瓶中的水要保持原有狀態(tài)而向與瓶子移動(dòng)的反方向運(yùn)動(dòng)，迫使球漂向與礦泉水瓶相同的移動(dòng)方向。這充分說(shuō)明水的慣性比塑料小球的慣性大很多，也證明了慣性大小由物體的質(zhì)量決定而與其他無(wú)關(guān)，質(zhì)量越大慣性越大，質(zhì)量越小則慣性越小。這個(gè)實(shí)驗(yàn)直觀的演示了慣性物理現(xiàn)象。

四、制作驗(yàn)電器

利用礦泉水瓶做靜電實(shí)驗(yàn)，讓大家體會(huì)到物理就在身邊，消除對(duì)電現(xiàn)象的神秘感：將干凈礦泉水瓶用吹風(fēng)機(jī)吹干，并用軟木塞塞住瓶口，木塞鉆孔后插入鐵絲，鐵絲在瓶子里的一端彎成鉤狀，鉤子上放上煙盒內(nèi)錫箔紙剪成的細(xì)條。為了保持干燥、防止靜電釋放，瓶子里還需要放些干燥劑，這樣利用密封干燥的礦泉水瓶就制成了簡(jiǎn)易的驗(yàn)電器。

用泡沫塑料在頭發(fā)上摩擦?xí)r會(huì)有靜電聚集，然后將它接觸驗(yàn)電器外露的鐵絲一端，可以看見鐵絲下端的兩片錫箔張開，這說(shuō)明制作的驗(yàn)電器可以檢測(cè)到靜電的存在。這樣通過(guò)自制簡(jiǎn)單的器材做物理實(shí)驗(yàn)，很好地消除了大家對(duì)電的神秘感。

通過(guò)高中生興趣小組用礦泉水瓶做物理小實(shí)驗(yàn)，不僅豐富了實(shí)驗(yàn)器材、節(jié)省了經(jīng)費(fèi)，還提高了同學(xué)們對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣，加深了對(duì)物理現(xiàn)象的理解，消除了對(duì)物理現(xiàn)象的神秘感，使物理規(guī)律生動(dòng)的展現(xiàn)在眼前，同時(shí)培養(yǎng)了同學(xué)們的創(chuàng)新精神和動(dòng)手實(shí)踐能力，對(duì)設(shè)計(jì)制作和參與實(shí)驗(yàn)的所有人都很有幫助。

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（作者單位：華中師范大學(xué)第一附屬中學(xué)）