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第5章 材料、仪器的巧用、妙用(2)

检验手摇直流发电机发电演示实验

课本介绍用25V、05A电珠作负载。在实验时摇慢了,灯泡不发光,摇快了灯泡易损坏。

为了增强演示效果,可在电路3中加一级三级管放大和闪光设备。如图4所示。在电路中将HF1500的负端引线切断,加焊一个发光二级管。为了不损坏集成块,笔者在电路中加接了限流可调电阻。实验时,只要均匀摇动直流发电机,闭合电键K,喇叭就发出音乐声,同时发出闪光。

以米尺为测量工具做实验

测大气压强

找一根粗细均匀、一端封闭的玻璃管,在玻璃管中注入一段水银柱,使其在管中封闭一定质量的气体。

将玻璃管开口向上竖直放置,用米尺测出水银柱长度h、气柱长度l1,再将玻璃管开口向下竖直放置,用米尺测出这时气柱长度l2。

开口向上时,被封闭的气体的压强:p1=p0+h,体积:V1=l1S,开口向上时,被封闭的气体的压强:p2=p0-h,体积:V2=l2S,根据玻意耳-马略特定律p1V1=p2V2,可知:

p0=l2+l1l2-l1h。

测质量

找两个质量均为m的小车放在光滑的水平面上,一个质量为M0的砝码,一个轻弹簧。将轻弹簧固定在一辆小车上,并将砝码放在小车甲上,将物块放在小车乙上,如图所示。手持两小车,用力将弹簧压缩,然后突然释放,甲乙两车便沿相反方向在水平面上各通过一段位移而停止。用米尺分别测出这两车的位移S甲、S乙。根据动量守恒定律得:

(M0+m)v甲=(M+m)v乙①S甲=12(M0+m)v2甲②S乙=12(M+m)v2乙③由①知:v甲v乙=M+mM0+m④由②、③知:S甲S乙=M0+mM+m·(v甲v乙)2⑤将④式代入⑤式,化简后即得:

M=S甲S乙(M0+m-s乙s甲m)。

如果小车的质量远小于砝码及物块的质量,则:

M=S甲S乙·M0。

测注满水池所用时间用水龙头向一水池注水时,可用米尺测出注满水池所用的时间。

测量方法如下:找一段橡皮管,一端接在水龙头上,另一端开口向上,打开水龙头,用米尺测出水向上喷射的高度h及管口直径D,再量出水池的长α、宽b、深c。

根据机械能守恒定律知:12mv2=mgh。

由此可得水的流速v=2gh,水的流量Q=v·S=14πD2·2gh。

因水池容积为:α·b·c,所以注满水池所用时间:t=αbcQ=4αbcπD22gh。

自制教学用具加强实验教学

现行物理教材

的特点之一就是十分重视实验教学,十分重视让学生自己进行随堂实验,即在教师的指导下,学生一边学习,一边实验,并积极进行思考。这样,教材对实验的高要求与当前农村中学实验器材不足的矛盾,尖锐地摆在执教老师的面前。能否解决这个矛盾,便成为用好这套教材的关键之一。为此,江苏苏州市浒墅关中学吴兆铨老师在学校领导的支持下,在同事们的协作下,积极自制教具和学具,为加强演示实验和开展学生边学边实验作了一些探索实践。

自制教具,首先满足演示实验的需要在物理实验器材严重不足的情况下,首先应制作供教师演示用的数量有限的实验器材。下面举例说明。

(1)利用现成器材制作“电荷间相互作用演示装置”。

电荷间相互作用实验,历来没有专用装置。按教材中的图示做实验,费力费时,效果不理想。设计和制作的图1所示的装置,它既能使硬橡胶棒等放稳,而且实验现象明显可信。

(2)利用清仓废弃材料制作“碘的升华、凝华演示器”。

用化工厂清仓废弃的100ml胖肚移液管,如图2(a)所示,截去两端的细管。并将一端封口,从另一端开口中,装入少许磺粒后再封口,如图2(b)所示。将它浸入从保温瓶中倒出的热水中,则固态碘就升华;再浸入冷水中,则气态碘就凝华。现象明显,并可长期反复使用。

(3)配合教材研制“水流的形成演示装置”。

为了密切配合“电压”教学,从构思、设计、试制、修改到最后成型,先后花了近两个月的课余时间,研制了如图3(a)所示的“水流的形成演示装置”。将它与图3(b)所示的“电流形成示教板”在“电压”课堂教学中并列对照使用,取得了较好的教学效果。

(4)推陈出新,研制两套“浮力产生的原因的简易实验装置”。

①这是一套以“软体浮子”为主要部件的装置:用彩色气球,灌入少量水,稍稍吹气,使其能鼓起成水滴形,用线扎紧不漏气,这就制成了“软体浮子”,如图4(a)所示。将它放入剪去底部的圆柱形矿泉水瓶中后再注入水[图4(b)],软体浮子浸在水中却不浮起;若通过细线将浮子稍稍提起,当有水进入浮子的底下,浮子便立即浮起。

②这是一套更简易的装置,器材只有乒乓球和剪去底部的矿泉水瓶,如图5所示。众所周知,乒乓球是浮在水面上的,但放入倒置的瓶颈处注入水后,乒乓球却不能浮起来;当用塑料片或手掌去堵住瓶口流水时,乒乓球由于下面积水就立即浮在水面上了。

自制学具,积极开展学生边学边实验为了增加学生课堂学习的自行活动量,特别是增加学生实验操作的机会,有计划地与同事并发动学生一起制作学具,下面举几例说明。

(1)小型“直流电流磁力线实验装置”

用扎鞋底的粗钢针,一折为两,再用胶带纸、图钉制成如图6(a)所示,并磁化成尖端为N极的小磁针。用漆包线绕成线框嵌入有狭长缺口的三夹板中央,覆盖塑料板,再装上四条短脚,实验装置就制成了[图6(b)],再配上电池组、开关、接线和细铁屑瓶,就可进行实验了。

(2)“固体导电性实验板”

将电池中的碳棒、旧塑料铜芯硬线、有机片、铁丝、从皮线中剥离的橡胶皮、漆包线等用细铜线分别固定在三夹板上。配上电池线,小电珠、开关和接线,就可以让学生在新课教学中动手实验,认识导体和绝缘体。

(3)和实验室徐老师一起研究学具“磁场对电流作用的实验装置”

用3mm的裸铜线弯成如图8(a)所示的狭支架、直导轨和宽支架,并固定在木板上。再配上3mm铝质直导线和图8(b)所示的两用线圈,便可以进行三个实验:①“磁场对直线电流的作用及受力方向与磁力线方向、电流方向关系的研究”;②“认识磁场对通电线圈的作用”

;③简易小电动机模型。

用电子琴做的物理实验

电子琴不用作任何改动,可作出一系列直观形象的物理实验。

石家庄师专王武廷老师介绍有:

实验一演示乐音三要素把电子琴“线路输出”插口输出的信号接在示波器的Y轴输入。依次按下电子琴的1、2、3、音符琴键。学生可听到琴发出声音的音调升高,同时又能在示波器屏幕上看到基波振动的频率也在升高。这说明声源振动频率越高,发出声音的音调越高。

任按下一只琴键的同时调整电子琴输出音量,会发现示波器显示波形幅度发生变化。可说明响度与振幅的关系。

任按下一只琴键,然后再改变电子琴的音色(如:钢琴、小号、短笛等),在示波器上可看出不同音色的振动基波频率相同而谐波的频率和振幅各不相同。说明不同乐器的音品与泛音的频率、振幅等有关。

实验二演示声波的干涉选一个左右两端各有一个喇叭的双喇叭电子琴(两个喇叭的口径、相位要相同,间距越大越好),用这两只喇叭作为一对相干波源。把电子琴放在桌面上,喇叭口对着课堂上的学生。

保持两喇叭在同一水平面上,按下一只琴键同时以竖直方向为轴线缓缓转动电子琴(图1)。

对每个学生来说,电子琴在转动过程中,两个喇叭发出相干波的波程差会改变,可明显的听到琴声忽强忽弱的变化,这就是声波的干涉。

实验三演示声音的共鸣用一小喇叭,接在电子琴“耳机输出”插口上,代替图2中的音叉演示声音共鸣。其效果比使用音叉好。这是因为音叉振动衰减得较快,发声时间较短。而用小喇叭发出的琴声可长时间不衰减。

用上述方法作实验有以下优点:

(1)电子琴发出的声音音色优美,学生在欣赏乐音的舒适轻松气氛中学到了知识。

(2)电子琴和示波器配合作实验,学生边听边看。不但听到了声音,而且“看”到了声音,学习兴趣极浓。从而使所学的知识在脑海中留下深刻的印象。

声能玩具的制作

①该玩具的产生:学生在学习“声音是怎么传播的”之后,看到“声波传播方向演示仪”

(自制教具)上羽毛随着声音强弱而跳动,联想到声波应具有能量,从而研制了这件声能玩具。用它确证了声波具有能量。

②结构与原理:将一漏斗扣在扬声器纸盒面上,在漏斗口安装风叶轮和泡沫球。扬声器发音时,可见泡沫球跳动,风叶轮转动。

③使用方法:将扬声器上的插头插入收录机的输出孔即可。

用微型电机做演示实验

利用废旧电动玩具或收录机中的微型电机,除可以演示电动机原理和电流做功外,还可做其它的演示,且效果很好。下面青海民族学院预科部马基英老师举了几例:

演示直流发电机将微型电机的两接线端与演示电流计相接,用手指拧转电机转轴,可看到电流计指针向某一方向偏转,如图1。

演示受迫振动

将弹簧振子用悬线绕过滑轮,与微型电机的偏心轴相连(在电机转轴上固定一金属块即可做为偏心轴),如图2。振子浸没在容器的水中,当电机转动时,有周期性的策动力通过悬线作用于弹簧上,并且和弹簧方向一致。由于振子浸没在水中,所受阻尼较大,从而使振动很快稳定下来。改变电机的转速(在电机的供电回路上串一变阻器),即改变策动力的频率可使振子在不同策动频率下作受迫振动。

演示共振

木板一端固定微型电机,在电机轴上固定偏心物,电机供电回路内串一变阻器,木板上插五根直径约3mm的钢丝,在钢丝的不同部位固定小块金属作振子,如图3。演示时,接通电源,可看到只有某一振子振幅最大,即发生共振。改变电机转速,可演示在不同策动频率时,不同的振子发生共振的现象。

演示纯电阻电路和非纯电阻电路讨论电功和电热的关系时,要从纯电阻电路和非纯电阻电路两种情况来考虑。然而学生往往分不清这两种电路,以致推出错误结论或得出不合实际的结果。有关上述两种电路的区别,可用以下两个实验说明。

(1)直观演示:

用图4所示电路,将微型电机与小灯泡串联起来,选用适当的电源电压,接通电路,电机转动时,灯泡发微光或不发光(与电压有关),用手握住电机转轴使之不能转动,则灯泡发强光或亮度明显增大。

电机转动时,其线圈除作为电阻发热外,还将电能转化为动能,因而供给灯泡的能量不足,使其不发光或发微光,此时是非纯电阻电路。当电机不转时,其线圈仅作为电阻发热而不使电能转化为动能,因而供给灯泡的能量较多,使其能发强光或亮度增大。此时为纯电阻电路。

(2)定量演示:

用图5所示电路,将微型电机与变阻器相连,安培表测电流,伏特表测电机两端电压。接通电源,用手握住电机使之不能转动,记下l1、U1,算出线圈阻值及内能,并算出电功。

放手使电机转动,记下l2、U2,算出此时线圈内能及电功,作比较。以下数据供参考:

线圈内阻次数l1(安)U1(伏)R(欧)(欧)101403827120160402502603017545257电机不转(纯电阻电路)次数l1(安)U1(伏)Q1=l21t(焦)W1=U1l1t(焦)10140380508t0532t20160400664t0640t30175450795t0789t电功W与电热Q在误差范围内相等,即W=Q。因而有W=UIt=I2Rt=U2Rt及Q=I2Rt=UIt=U2Rt电机转动(非纯电阻电路)次数l1(安)U2(伏)Q2=l22t(焦)W2=U2l2t(焦)100285800203t0162t200265600175t0146t300245500150t0132t由上表知W>Q。此时W=Ek+Q。

用竹筒做的小实验两则

牛顿七色盘

有关白光由色光合成,可以用牛顿七色盘的实验来说明。用一端留有个节疤的竹筒,在中部钻一小孔(图1)用3-5mm厚的木板锯成直径15cm的圆盘,在圆盘中心钉上一条圆木条,扎上30cm长的细线,线的另一头穿过竹筒中部的小孔后扎在小木棒上,用力拉小木棒,圆盘快速转动,这时贴在圆盘上的七色纸合成为白色。

马德堡半球实验用直径8-10cm的两头留于节疤的薄壁竹筒一节,将它切成两等分(图2),切口如不平整紧密,可在水泥地上磨平,点燃纸片或酒精棉花投入一只竹筒内,再将用水浸湿的吸水纸(中间穿一小孔)盖上,把另一只竹筒用力压在这只竹筒上,由于两只竹筒内氧气被烧尽,一部分受热膨胀,冷却后两筒内的气体压强小于外界大气压,两只竹筒吸住了。

介绍一组用硬币做的实验

学生可以利用一元硬币动手做许多实验,这对于提高学生的学习兴趣,培养学生的动手能力会产生很好的效果。湖南株洲市二中黄国雄老师介绍了几则用硬币做的学生实验。

平衡实验

用几枚硬币叠放在桌子边缘,并使硬币伸出桌面。如果叠的方法恰当,只需用四枚硬币,便可以使上端的硬币完全伸出桌面而奇迹般地保持平衡,如图1所示。

惯性实验

用几枚硬币整齐地叠成一堆,放在水平桌面上,如图2所示,再用一把薄尺迅速地将最底端的硬币依次击出,上端的硬币却不会随被击出的硬币移动。

碰撞实验

在较光滑的桌面上水平放置一把直尺并固定不动,将一枚硬币紧靠直尺边缘平放,用另一枚硬币顺着直尺边缘向原先静止放置的硬币冲去,如图3所示,两枚硬币将发生弹性正碰。相碰的瞬间,原来运动的硬币立即静止不动,而原来静止的硬币立即运动起来。如果用一枚硬币去碰撞两枚靠在一起静止放置的硬币,如图4所示,则会发现被碰的硬币仍静止于原处,而前面一枚硬币立即运动起来。

磁化实验

将一根磁铁悬挂在空中,手持一枚硬币置于磁铁下方并与磁铁相隔一定的距离,然后将另一枚硬币放在第一枚硬币的下端,如图5所示,下端这枚硬币便会悬而不落。接着可以再往下端加硬币,做成长长的一串。

排斥实验

手持几枚硬币整齐地叠放在一起,将它们并列地靠近磁铁,如图6所示。磁铁将硬币吸引过去后,再松开持币的手,硬币便会自动地互相分开,用手将硬币重新挤压在一堆,松手后硬币又自动分开。

磁悬浮实验

用磁铁吸住一颗小铁钉的平底端,使铁钉处于竖直状态,然后在铁钉的尖端下方竖直放置一枚硬币,如图7所示,硬币将会悬于铁钉之下,用手扶住铁钉使其固定不动,在硬币的一侧轻轻地推一下硬币,硬币便能转动自如,过很长时间才会停下来。

堆币实验

在水平桌面上,若要用几枚硬币竖直堆成如图8所示的形态,这似乎很难成功。如果事先将最底层的某个硬币吸上一块小磁铁,或在桌面下端放置一块磁铁,堆起来就轻而易举了。

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