塑料饮料瓶的物理故事

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  摘 要:物理实验是学习、研究物理最主要的方法之一,通过物理实验,既可以帮助学生建立感性认识,又能激发学生的学习兴趣,提高学生的综合能力。生活中,有许多东西可以用来做物理实验的材料,塑料饮料瓶是其中之一。在教学过程中,教师要结合所学知识,让学生了解塑料饮料瓶身上的物理知识。同时,利用塑料饮料瓶,还可以制作出很多改良的物理实验演示仪器,从而提高实验的演示效果,提高学生实际操作能力。
  关键词:塑料饮料瓶;物理故事;演示效果
  我是一个塑料饮料瓶。头顶上盖子的竖纹,瓶身的形状,身上贴的说明标签,里面的饮料没有装满;在夏天,我从冰箱里面出来的时候,身上有很多小水珠……以上这些,都引起物理老师的注意,把我身上出现的特点编成物理题目。这可以检测学生对摩擦力、凸透镜、质量、密度、体积和物态变化等方面的物理知识的掌握情况。我身处人类的周围,容易可得。因此,我又得到很多物理老师的重用,物理老师把我制成各种实验演示装置。
  有这样一道物理题目:小明在空的塑料饮料瓶中装入少量热水,然后迅速把水倒出,再马上盖上瓶盖,发现瓶子变扁了。这个实验,证明了( )的存在。
  这一道题目,引起物理老师对“我”的关注。他也尝试用这种方法来做实验给学生看,但很难得到在这道题中出现的效果。因为把热水倒入饮料瓶中的时候,塑料瓶身被烫到变形,即使不变形,瓶身也只是被压扁了一点点,效果不明显。失败的原因,可能是这位物理老师没有掌握到操作的技巧。但他很聪明,马上想到另外一个方法。往瓶中注入热水的目的,是为了在瓶中产生热的水蒸气。热的水蒸气液化成水后,饮料瓶中的气压就会变低,从而导致饮料瓶被大气压压扁。于是,依据这个原理,他想到了一个改良的方法。
  实验器材:大的饮料瓶子、铁架台、烧瓶、塞子、玻璃管、水、火柴和一个小水桶。
  操作过程:把烧瓶中的水加热至沸腾,沸腾后,再利用玻璃管把水蒸气导入饮料瓶中,注意玻璃管要竖直插到瓶中,不能靠近瓶壁,因为饮料瓶中的玻璃管口靠近瓶壁,热的水蒸气会烫到瓶身变形的。水蒸气导入一会后,把玻璃管拿出来,迅速拧紧瓶盖。这时,你就会看见瓶身被压扁的清晰情景。
  这种做法的优点是:能令瓶中充满大量的水蒸气,这些水蒸气液化后使饮料瓶中的气压变得更低,饮料瓶被外界的大气压压得更扁。若你怕自己操作不当,怕水蒸气烫到瓶身而变形,你可以先把瓶子浸入冷水中,然后再向瓶中轻轻导入水蒸气。接着,在瓶口盖上盖子,再把瓶子从冷水中拿出来。其实验装置,你可以自己画一下。
  物理老师在按课本中的实验装置(图略)演示探究压强与流速关系的实验时,他发现,吹气处离水面比较高的时候,必须要使劲地吹气,才能做成功这个实验,才能看见有水雾喷出来。经过一番摸索和总结,物理老师找到了一个比较理想的操作方法:把吸管的吹气处靠近水面,你就能轻松地完成这个实验。但接着问题就来了,大多数学生都看不见水雾喷出来,实验的演示效果不太好。经过观察发现,最主要的问题是:水是透明的,产生的水雾量小,因此很难看到水上升至水雾喷出来的情景。这时,物理老师就想到用“我”代替吸管来做此实验。
  实验需要的材料:饮料瓶、透明塑料管、乒乓球、小网。
  制作过程:把瓶底切掉,在离瓶口不远处开个口,在开口处装入透明的塑料管,塑料管的长度大概10厘米左右就行了。塑料管的长度不能太长,因为透明塑料管长,你要费很大的劲才能把乒乓球吹起来。然后,向塑料管中装入乒乓球。接着,在塑料管的下端装上一个小网。就这样,这个改良的实验装置就大功告成了(图略)。
  操作过程:操作方法非常简单,你只要对着瓶口水平吹气就行了。利用这个实验装置做压强与流速关系的演示实验时,坐在课室最后一排的学生也能很清晰地看见乒乓球升起来,然后乒乓球飘出来的情景,可以说演示效果很好。这套实验装置,在2009年东莞市优秀自制教具评选中获得二等奖。
  细细说来,“我”的用处,还有很多。
  (1)课本中用瓶身刻有细槽的“我”,代替水桶来做帕斯卡实验,从而得知液体压强与深度的关系。很多老师把我改良一下来做这个实验。方法是这样的:在“我”里面装满水后,在“我”身上不同高度刺几个孔,你就会看见射出来的水远近不同,最下面的水喷射得最远,这也可以得知液体压强与深度的关系。而且这个装置还有一个用途:当把我的盖子拧紧后,水不会射出来,这可以证明大气压的存在。
  (2)利用“我”,可以探究压强与流速的关系。课本上,利用漏斗来吹乒乓球做此实验,但吹气比较费劲,不太容易成功。这时,物理教师就可以用“我”代替漏斗来做此实验,这样,同学们就能轻松地演示乒乓球不会被吹下去的实验效果。
  (3)利用“我”,还可以比较滑动摩擦力与滚动摩擦力大小的关系。方法是这样的:向我里面装少量的水,然后把“我”分别竖放和平放在桌面,用嘴吹“我”。竖放时,“我”很难被吹动。平放时,“我”就很容易被吹动了。
  (4)“我”的瓶身,有各种颜色,绿色的、黄色的、蓝色的,等等。因此,利用“我”,可以做研究关于透明物体的颜色这个实验。方法是这样的:从我身上剪出一块有色透明塑料,然后把“我”放在光源的前面,观察光经过有色透明塑料到达白纸上的颜色,这样可以得知有色透明塑料只能透过与它颜色一致的光,其他的光被吸收。这块塑料,还可以探究塑料的导电性能呢。通过实验,可以得知塑料的导电性弱,知道它是绝缘体。
  总之,物理实验是学习、研究物理最主要最基本的方法,教师通过一个个有趣的物理实验,既可以帮助学生建立感性认识,又能激发学生的物理学习兴趣,促进人才的成长。生活中,有许多东西可以用来做物理实验的材料,“我”就是其中之一。在教学过程中,教师要结合所学知识,让学生了解“我”身上隐藏着的那些物理知识。同时,利用“我”,还可以制作出很多改良的物理实验演示仪器,从而提高实验的演示效果,提高学生实际操作能力。
  “我”全身都是物理的“宝”,在我身上见证了一个又一个的物理知识。以上,只是我部分被改造成的演示实验装置说明,我还有开发的潜能,我期待你们对我的进一步改造。
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