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第8章 材料、仪器的巧用、妙用(5)

(4)九年级新课本中关于蜡烛在平面玻璃中成像的演示宜改为边讲边实验,如图2。这时可在桌面上用橡皮泥固定平面玻璃,而不采用笨重而昂贵的光具座,效果相当好。亦可用来固定透镜、光缝等光具(5)为演示不同液体的密度不同,最好能向学生出示两三种质量相等而体积不等的液体,如水、酒精、硫酸等。这就得配用两三个质量相等的容器(如烧杯),以便各盛一种液体后放到天平二盘上平衡,从而表明二液体质量相等。但实际上很难找到两个质量相等的同规格烧杯,这时可在烧杯外壁粘些橡皮泥作为配重,使二杯质量相等。这种配重法使杯和泥连成一体,比其他配重方法更为直观,更易于使学生接受。

(6)在二小车的首尾各粘一层橡皮泥,可以演示二小车作完全非弹性碰撞实验。

一种简易教具的制作与使用

一堂生动有趣的物理课离不开教具的使用。生活中的许多物品都可成为物理教具,但如何制作和使用简单高效的教具,确属物理教研的重要内容。在优秀课评比活动中,江苏省如东县中学吴维佳老师曾三次设计制作和使用纸箭头,取得了较好的教学效果。现将其教学实践介绍如下:

描述速度方向授课内容:高中第一册《曲线运动》

解决的问题:帮助突破曲线运动中速度方向判断这一难点。

制作:按图1,用硬纸板制几支单箭头和一支带连杆OA并可绕点A转动的箭头,尺寸宜大不宜小。

使用:①让学生判定曲线运动速度方向。在木质黑板上作图2所示曲线。分别在A、B、C、D各点用图钉钉上单箭头尾部,箭头指向任意。然后请学生上讲台,像拨时钟指针那样将箭头指向各点的即时速度方向。②说明圆周运动的速度方向和加速度的意义。在黑板上画一个圆,依图3安上可转箭头。先让OA绕O转,AB可绕A转指向不定。要求学生分析物体作圆周运动的速度方向,得出AB⊥OA的结论。然后固定∠OAB=90°,A仍可绕O转,再要求学生分析:A作为一物体绕O作圆周运动时,角速度的物理意义。

描述加速度的方向

授课内容:《匀变速直线运动加速度》

解决的问题:帮助突破加速度方向判定这一难点。

制作:按图4,用硬纸板制作扁平空心箭头和箭杆,再按虚线把两者套在一起,使其长度能在30-80cm之间自由伸缩。

使用:教者将纸制箭头拿在手上边讲解边演示。物体以某一初速度运动正如这有一定长度的纸箭头。拉箭头一端沿箭头方向向外运动(稍慢、勿拉脱),这就是加速度方向与速度方向相同的情形,此时箭头越来越长,表示速度矢量越来越大。如果让箭头一端沿与箭头相反方向运动,即让其收缩,这就是加速度方向与速度方向相反的情形。可以看到箭头变短,表示速度变小。

描述力的方向

授课内容:《功》

解决的问题:帮助突破功的正负这一难点。

制作:按图1用硬纸做两支相同纸箭头。

使用:结合教学内容在黑板上画出图5,用图钉把两支箭头的尾部分别钉在A、B两点,并可绕其转动。

(1)在复习初中“功”的知识时,结合提问:“当力的方向与位移的方向一致时,力所做的功如何计算?垂直时又如何计算?”分别把两个纸箭头同时拨到与S一致的方向和与S垂直的方向,让学生思考、回忆。

(2)在进行新课时,拨动两箭头都与S成一任意角α,分析当外力F与位移S成α角时,外力F做功的计算方法。

(3)在分析功的正负时,同时拨动两箭头到任意位置,注意两个箭头与S的夹角相等。使箭头在360°范围内转动,与学生一起分析、小结各种情况下外力做功正、负的问题。

(4)在强调公式的适用条件时,把两箭头拨到与S有不同夹角的位置,让学生分析判断:力的大小不变,方向改变,能否使用功的公式?

从以上三例中我们不难发现,使用纸箭头教具至少具有这样五个优点:①增加动感。画几根表示各种情形下矢量方向的直线,不如像拨时钟指针那样让箭头转圈,以转到不同位置来表示矢量的不同方向。②把一些抽象的矢量概念形象化,易于理解。③与用直尺画线相比,转动箭头省时间,表示的状态多。④易于制作。⑤能够活跃课堂气氛,增强学生学习兴趣。

纸箭头的应用当然不止以上三例,中学物理中矢量是很多的,在许多情形下,我们可以借助纸箭头来帮助学生理解概念、规律和解题。这样做对提高我们的课堂教学效率无疑是很有益处的。

用废旧灯泡做的电学实验

烧断了钨丝的白炽灯,弃之可惜,还可用它来做很多物理实验,能收到意想不到的效果。湖南衡阳市第十三中学赵德彪老师介绍了几个用废旧灯泡做电学实验的例子:

制作验电器

将一只废旧灯泡的底部玻璃壳用酒精灯加热,然后将底部玻璃壳放入冷水中急剧冷却,由于玻璃收缩不均匀,灯泡玻璃球壳的底部会裂成很多缝,然后将这些玻璃碎块挖掉,并修平开口,让灯泡能正立在桌面上。再用镊子将两条灯丝引线分别弯成“L”形,以便挂放铝箔。

从香烟包装纸上取两条长方形铝箔条,将其对折,分别挂到灯丝的两条引线上,然后将灯泡正立放在桌面上,便做成了两个简单的验电器,如图1所示。当用带电体接触灯头上锡焊点时,下面的金属箔就会张开。由于两个验电器一体化,用它来做有关的实验非常方便。

演示绝缘体变导体的实验

将一只废旧灯泡的玻璃球壳打破,取出玻璃芯及灯丝引线,与额定电压为220V的灯泡串联,通过插头接入220V的照明电路,如图4所示。在未用酒精灯给玻璃芯加热之前玻璃处于冷态,是绝缘体,灯泡不亮。然后用酒精灯加热玻璃芯,玻璃芯被烧到发红程度时,灯泡逐渐变亮了,这就说明玻璃在高温下由绝缘体变成导体了。

演示稀薄气体放电

找断了钨丝的25W和40W的废旧灯泡各一个,如图3分别用胶水将一条1cm宽的锡箔纸围贴在灯泡的玻璃外壳上,然后将一根细裸铜线系在锡箔外,并引出一根接线。在小木板上装一灯座,用导线将灯座内的二接线柱连接起来,引出一根接线。将上述废灯泡插入灯座,便制成了一个稀薄气体放电管图3(实验时二个灯泡分先后二次分别插上)。演示时,将二根接线分别接到感应圈的两个高压电极上,启动感应圈即能看到灯泡内因辉光放电而产生美丽的光柱。25W的灯泡内真空度较高,其光柱的颜色是淡黄色的(较暗淡),而40W的灯泡内充进了一点惰性气体,气体的压强也较高些,其光柱的颜色是紫色的,非常明亮。

演示阴极射线

选一只15W废灯泡,用木板支架将其固定,如图4所示。在灯泡左边接触头上焊一条导线(焊接在剩残丝多的触头上)作为阴极,再取一块锡箔贴在灯泡任一处,用导线连在感应圈的另一极上(可用胶布将导线贴在锡箔上)。令感应圈放电,即能看到灯泡上有蓝色的小光点出现。当把条形磁铁或蹄形磁铁靠近灯泡移动时,蓝色小光点也相应不断移动。这就证明了是阴极射线现象。如将蹄形磁铁置于如图4处,蓝色小光点向下偏;当磁铁的磁极反转,则向上偏。按左手定则判定,阴极射线是从阴极发出的电子流。这个实验若能在暗室里或晚上进行,则能看得更清楚。

用烟盒铝箔做物理小实验

香烟铝箔易取易得,随处可见,用它来做物理实验,可很好地激发学生的兴趣,收到良好效果。山东即墨县八中姜远卓、孙彩先老师介绍了几种实验或仪器的做法。

首先是铝箔的获取,方法是用水将其有托纸的一面湿透,然后再用铅笔刀刮掉,就可获得一张完整的铝箔。注意:一定不能用火烧的办法获取。

演示通电导线的相互作用力将原演示装置中的导线换成05cm宽的铝箔条即可,改制后,由于铝箔面积大,质轻且软,效果十分明显。

莱顿瓶

讲到电谐时,课本上提到一个莱顿瓶,学生对此瓶很感兴趣,让学生按书上的说明,用铝箔可做成一个莱顿瓶。

纸制电容器

将香烟内壳的铝箔裁成3cm宽的长条,将其有托纸的一面相告,然后卷起,引出电极引线,即为一个纸制电容,可用来演示电容器通交流、阻直流的特性,效果明显。

代替导电纸使用

可用来做描绘等势线的实验,由于香烟铝箔获得容易,因此可使这个实验由分组普及到每个人,提高学生亲自动手的机会。

演示感生电流的产生方法是按图2(a)所示,将铝箔裁成03cm宽的长条,然卷成一个圆环,再折叠成图2(b)的形状。然后再放到通电线圈的上方,环与通电线圈之间放一边长为5cm的硬纸片,再按图1的线路装置进行实验。当改变电路当中电阻大小时,可看到铝箔环扩张或收缩,效果明显,极大地调动了学生的兴趣,通过这个实验使学生加深了对法拉第电磁感应定律的认识与理解,同时还对安培力也加深了理解。

试电笔妙用10例

试电笔是物理实验中最常见的电工工具之一。现行初中物理下册又介绍了它的构造及使用。

那么,它还有哪些功用呢?

(1)区别照明电路中的火线和地线:将试电笔分别触及照明电路中的两根电源线,使试电笔发亮的是火线,不发亮的是地线。

(2)区别交流电和直流电:将试电笔两端与被测电源相接如图1所示。如果试电笔中的氖管的两端均发光,则说明此电源是交流电。若氖管中的两端只有一端发亮,则是直流电。若交流电(或直流电)电压超过220V,应适当串联分压电阻,以免烧坏氖管。

(3)区别直流电源的正、负极:将试电笔接在直流电的正、负极之间。如图2所示。氖管发亮的那一端所接的为负极,不发亮那一端为正极。

(4)检查电器设备是否漏电:用试电笔触及电气设备的外壳。氖管发亮,即漏电。

(5)粗估电压:一只经常由自己使用的试电笔,可以根据氖管发亮的强弱及在氖管中发亮的长短,粗略估计电压的高低。电压愈高,氖管发光愈亮,发亮区也愈长。有些高电压(如感应圈、电视机的高压嘴)附近,试电笔即使不接触也会发亮。说明这些地方的电压更高。

(6)判断照明电路中地线是否断线:合上电源开关,当用电器不能工作时,用试电笔触及用电器引入线两端,若两根引入线均使氖管发亮,说明地线已断。

(7)检验物体是否带电:试电笔中的氖管的起辉电压约90V左右,通常静电实验中的带电体对地电压很高,一般在几百伏以上。例如:摩擦过的起电棒的对地电压在几百伏到上千伏;带电的起电盘对地电压上万伏。当带电体电压较低时,可将氖管从试电笔中取出,用手拿着它的一端(相当于接地),用另一端去接触带电体,氖管就会发亮,如图3所示。如果带电体电压很高(例如韦氏感应起电机产生的电压)。可将试电笔固定在绝缘棒(例如塑料筷子)上。只需靠近此带电体,氖管也会发亮。

(8)判断高压带电体上电荷的正、负:把试电笔靠近带电体(例如感应圈的一个极)如果氖管发亮是在手持的一端,说明此带电体带正电荷。反之,说明带电体带负电荷。为了确定感应圈的正、负极,也可将试电笔与感应圈的次级两端接成如图2所示。氖管发亮的那一端,就是感应圈的负极。与氖管不发亮的那一端相接的是感应圈的正极。感应圈两极间电压虽然高,但电流小,故不会损坏试电笔。

(9)判断直流电是否接地和是正极接地,还是负极接地:在对地绝缘的电气设备中,人站在地上用试电笔接触直流电,如果氖管发亮,说明直流电存在接地现象。若氖管不亮,说明不存在直流电接地。如果氖管发亮是在手持的一端,说明负极接地。反之,说明正极接地。

(10)判断电路接触是否良好:用试电笔触及电路,氖管发亮有闪烁现象时,可能是某线头松动,接触不良或电压不稳定所致。

说明:因氖管的起辉电压约90V,故以上的判断不管是直流电或交流电它们的电压均要在90V以上。电压过低(小于氖管的起辉电压),以上判断就无能为力了。

蜡烛在物理实验中应用

蜡的应用

(1)利用石蜡做悬浮演示实验。

因蜡的密度(约09×103kg/m3)跟植物油的密度(09×1033kg/m3)非常接近。蜡块浸没于油中任何位置均可很好地悬浮;找不到合适的油也可用水代替,只要在蜡块中适量地插入一些大头针,蜡块也能很好地悬浮于水中。

(2)利用石蜡做布朗运动实验。将一小块蜡(约5g)放入烧杯中,再在烧杯中加入粘度较小密度接近石蜡的色拉油100ml,用酒精灯给烧杯加热直至石蜡全部熔化后停止加热,再不断地用玻璃棒快速搅动直至冷却到室温,由于蜡的熔点是54℃,所以室温时原来熔化的石蜡早已凝固,由于快速搅拌的缘故,蜡只能凝结成一些极小的蜡珠(肉眼看不见)而悬浮于油中。

取少许蜡油悬浊液置于显微镜下,便能观察到小蜡珠的布朗运动。

(3)由于石蜡易熔易凝固,且能在熔化后很好地吸附在多种固体物质的表面,故可用于密封瓶口,用于仪器上标签及仪器柜上标签的防腐防潮,或固定某些小物件,如:组装收音机时可用蜡固定其磁棒天线或中周及微调电容等。

(4)利用石蜡做润滑剂。

(5)由于石蜡的绝缘性能优良,做静电实验时还可用拔出棉线芯后的蜡烛做绝缘支架。

烛烟的应用

由于烛烟是极其微小的碳粒为主要成分,它比商店买的碳素墨水中所含碳粒还要小得多,故收集烛烟中的碳粒溶于水后用于做布朗运动的观察实验,现象更为明显。

铅笔在物理实验中的应用

铅笔是每位学生都具备的学习用品,利用它还能做许多物理实验。福建省漳平县永福初中易一江老师列举数例如下。

测金属丝的直径把金属丝紧密而不重叠地绕在圆铅笔上,绕n圈(如图1),用刻度尺量出铅笔上绕有金属丝部分的长度l,就可以利用公式d=l/n算出金属丝的直径。

观察光的折射和反射

把铅笔斜插入水中,水中部分的一段铅笔看起来向上折了,这就是光的折射的缘故。把铅笔靠近玻璃杯内的水面,从水面上往下看,可看到铅笔在水中的像,这个像就是由水面反射而生成的虚像。

比较滚动摩擦与滑动摩擦

把铅笔分别如图2甲、乙所示放在硬纸板上,慢慢抬起一端。甲图中,要抬起较大的角度,铅笔才会下滑;乙图中,只要稍抬起一点,铅笔就滚下,说明滚动摩擦比滑动摩擦小得多。

铅笔芯作润滑剂

生锈的锁不易打开,用小刀把铅笔芯削成粉末,灌入锁孔,能起润滑作用,使锁容易开启。

铅笔芯是导体,笔杆的干木头是绝缘体如图3连成电路,小灯发光,说明铅笔芯是导体。若让导线A、B线头接触笔杆木头两端处,小灯不发光,说明干木头是绝缘体。

自制滑动变阻器

将沿笔从中剖成两半,用有笔芯的一半做如图4的实验。移动线头A在笔芯上的位置,则小灯的亮度随之改变,在这里笔芯成了“滑动变阻器”的电阻丝。

螺旋是斜面的变形

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