整合低成本实验资源,开发精彩物理实验

2015年05月05日 来源:物理教师2013.12 作者: 厦门外国语学校 钱永昌 、闪芳芳 浏览次数:660

整合低成本实验资源,开发精彩物理实验

——《流体压强与流速的关系》一节相关的低成本物理实验介绍

 

 

钱永昌[1]、闪芳芳   厦门外国语学校361012

 

摘要:以上海科技出版社8年级《流体压强与流速的关系》一节教学为例,结合日常生活中的一些现象,介绍一组相关低成本物理实验。通过这组实验达到激发学生认知冲突,引导学生积极思考并探究形成物理规律,学会应用物理知识解决实际问题,体现了从生活走向物理,从物理走向生活的课程理念。

关键词:低成本、创新实验、流体压强与流速                

低成本物理实验的特色在于:实验器材、实验条件、实验手段的生活化,成本低廉,易于推广。此外,低成本实验还吸收了一般实验的以下优点:1. 实验原理清晰、操作简单、现象明显。2. 实验能激发学生兴趣,包括:操作兴趣、观察兴趣、思考兴趣、探究兴趣。3. 有一定新奇性。有利于充分调动孩子们探究的积极性。正如学生在实验反思中提到的一样:“这样的实验在家里也可以完成,所以说,重要的并不是有没有好的器材,而是有没有探究的行动,只要有心,哪里都可以成为实验室” 。

本文以上海科技出版社8年级《流体压强与流速的关系》一节教学为例,结合在日常生活中的一些现象,介绍一组相关低成本物理实验。通过这组实验达到激发学生认知冲突,引导学生积极思考并探究形成物理规律,学会应用物理知识解决实际问题,体现了从生活走向物理,从物理走向生活的课程理念。

 

实验一:模拟风刮过门打开又关上

自制教具:可开关门的房屋模型

作品如图1所示。

作品简介:pvc泡沫板裁成相应的形状,再用胶水粘上。小合页用来装门,门可以打开或者关上。

器材:电吹风、带有可开、关门的房屋模型

操作:先用电吹风对着门吹,门向内打开;再让电吹风的风从门前水平吹过,门关上。

创新与特色:房屋模型为自制,以房屋模型模拟生活场景,学生联想到自己的生活经验,创设了问题情境,吸引住了学生,为教学的展开做了铺垫。

 

实验二:纸张相吸

器材:筷子、两张或一张A4纸

操作:如图2所示,先将纸边粘住筷子,用手提着筷子,将两张纸平行并排拿好相距约125px,自然下垂,从上向下向平行于两张纸的内侧吹气,可以观察到两张纸相互靠拢。如果用一张纸,则捏住纸边,让纸自然下垂,在纸的上方沿水平方向吹气,下垂的纸会向上飘起。

创新与特色:可用于分组实验。利用筷子固定纸片,手可握住筷子边缘,易于向纸片中间吹起不受手的干扰。现象明显,有一定的认知冲突,易于激发学生深入思考。

实验三:矿泉水瓶靠拢

器材:筷子、矿泉水瓶、细线

操作:将矿泉水瓶用细线并排吊起在筷子上,向瓶子中间水平吹气,如图3所示,观察到矿泉水瓶相互靠拢。

创新与特色:可用于分组实验,将矿泉水空瓶悬挂效果比在水平轨道吹乒乓球效果更直观、结果更稳定。

 

实验四:火苗相互“点头敬礼”

器材:两支高度相同蜡烛、火柴、吸管

操作:将蜡烛平行竖立在废纸(避免蜡烛油滴到实验台面)上并点燃,向火苗中间水平轻轻吹气,如图4所示,观察到火苗相互靠拢。

创新与特色:可用于分组实验,需要吹气的力度较小,如果持续吹气的时间久些,效果会更好。

 

实验五:泡沫小船靠拢或分开

器材:注射器、泡沫小船、水槽、细线

操作:细线用来稳定泡沫小船,避免旋转,用注射器吸水,平行于小船从不同位置水平喷水,如图5所示。观察到船向喷水的位置靠近。

创新与特色:可用于分组实验,有了线的牵引泡沫小船不会被冲走,且停止注射时还能恢复原状。操作简单、效果明显。

实验六:蜡烛被压入漩涡、鸡蛋在水中上升

自制器材:可安装在打蛋器上的长柄搅拌棒,如图6所示。在搅拌棒末端绑上扇子剪成的叶片。叶片宽度约为容器直径的1/3——1/2。

器材:打蛋器、长柄搅拌棒、高度约1000px的透明塑料烧杯、水、蜡烛、鸡蛋

操作:将长柄搅拌棒安装在打蛋器上,蜡烛漂浮在水面上,将搅拌头深入水下,搅动下方水。观察到出现漩涡,蜡烛随着漩涡转动,且沉入水中,如图7所示。图8中鸡蛋在水中沉底,如果用搅拌棒搅动上层水,则沉底的鸡蛋上浮如图9所示。

创新与特色:使用的器材源于生活,将家用电器打蛋器进行了简单的改造,模拟出了生活中的漩涡,学生只见过漩涡的上面的情况,没见过漩涡的下面,以及物体进入漩涡后的运动。实验效果明显,也新颖。学生清楚看到漂浮物体在漩涡中转动且下降,进而从流体压强与流速的关系,分析物体的受力情况。加上鸡蛋上浮,与蜡烛下沉形成对比,为知识的巩固起到了很好的作用。

实验七:机翼模型的应用原理

自制教具:机翼模型、轨道

作品简介:

1.轨道用的是滚摆中的两根固定杆,并在方框形的水平仪上钻两个洞,将杆固定在上面。杆竖直且相互平行,相距约375px,如图10所示。

2.机翼模型用的是镍镉合金丝接学生电源通电把泡沫割成上凸下平的形状,如图11所示,平整,效果好。机翼模型上用电烙铁烧制两个略大于杆的孔,距离和两根杆的间距相同,保证模型可以自由的在杆上滑动。但是泡沫与杆之间的摩擦力很大,因此在两个孔中粘了两根塑料管,用的是小注射器的针筒,切割成相应的长度,减小了摩擦。

器材:机翼模型、轨道、大功率鼓风机、小型风速仪

操作:将上凸下平的机翼模型安装在轨道上,机翼和鼓风机的位置摆放(如图12)。打开鼓风机,先固定机翼模型,用小型风速仪分别测量机翼上方和下方的空气流速,进行比较。风速仪如图13所示。释放机翼模型后,观察到机翼模型上升。若将机翼倒置,则机翼不能上升,而是下降。说明机翼模型的上升是因为获得了升力。

 

 

 

 

 

 

 

创新与特色:

1. 机翼模型的制作。泡沫是密度较小且形状易塑造的一种材料,取材方便。同样的体积,相比于木头或轻木,其质量小很多,实验容易成功。切割时用通电的直电热丝,一次成型,方便快捷。电热丝用的是镍镉合金丝,取材于实验室,将其固定在支架上,接学生电源进行切割。

2. 轨道也取材于实验室,增加了水平仪和金属杆的用途。

3. 采用大功率鼓风机进行风洞实验。普通的电吹风虽然风力强劲,但是出风口较小,难以比较上下方的空气流速。电风扇吹出的风面积较大,但是风力不够。大功率鼓风机风力强劲且稳定。调整好机翼模型和鼓风机之间的距离,使吹向模型的风水平。可以观察到机翼模型迅速上升,效果好。

4. 用小型风速仪测出机翼模型上下方空气流速的不同。用风速仪定量的说明了机翼上下方气体流速的不同,为理论分析奠定了基础,而不是凭空捏造,增加了说服力。并且该过程由学生来测定,而不是老师来操作,增加了可信度,激发了学生的参与热情。

 

 

 

实验八: 制造浪漫雪景

1.器材:白色泡沫屑、洗衣机废旧排水管、大烧杯

2.使用:把白色泡沫屑放在大烧杯里,水管的一端开口插入大烧杯的泡沫中,另一端水管在空中以不同的速度甩动。

3.现象:如图14,随着速度的加快,白色泡沫屑从甩动一端飞出。

4.优点:现象明显、白雪纷飞可视性强。 实验成功率高,学生都可以操作。

实验九: “听话”的乒乓球

1.器材:电吹风、乒乓球

2.使用:如图15将电吹风通电竖直向上吹气,把乒乓球放在电吹风的出风口正上方,此时电吹风无法将乒乓球吹走。手提着电吹风保持竖直方向上上下、左右缓慢移动。       

3.现象:乒乓球也跟着出风口一起移动。如果电吹风的风力足够大还可以在竖直方向上放置多粒乒乓球。

4.优点:可以布置学生在家里完成。本实验操作简单,现象明显。激发学生思考乒乓球“听话”的原因在于电吹风的出风口空气流速大,压强小。

此外,还有一些相关实验如:“硬币跳高”、“漏斗吸乒乓球”、“自制喷雾器”等这里就不再一一赘述。

以上实验有些可用于教学引入、激发兴趣,有些可用于启发思考、形成规律,有些可用于现象分析、应用规律,还有些可用于课后拓展、巩固提高。教师可以根据实际情况,有选择的采用。

“我听了往往会忘记,我看了才可能领会,我做过了才会理解”——美国华盛顿大学的一条横幅上这样写道,它深刻地说明了实验的重要性。物理教学是以观察和实验为基础的一门学科,所以更要重视实验。而“低成本物理实验”便是“做”的很好的载体,它不仅是物理教学的重要手段,同时也是培养学生创新能力的重要途径。通过将生活中一些简单的材料、物品甚至废弃品设计实验,并且利用这些实验与学生共同进行自主、合作、探究学习,让学生感受成功的喜悦和物理科学的精彩。