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        肥皂膜在中學(xué)物理實驗中的應(yīng)用

        2014-08-27 08:58:40
        物理之友 2014年1期
        關(guān)鍵詞:物理實驗

        (南京航空航天大學(xué)附屬高級中學(xué),江蘇 南京 210007)

        物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué),這決定了實驗在物理教學(xué)中的重要地位.通過實驗可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和求知欲望、創(chuàng)設(shè)物理學(xué)習(xí)情境、發(fā)展學(xué)生能力、培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神[1].新課程改革強調(diào)“關(guān)注物理知識在現(xiàn)代生產(chǎn)、生活等方面的廣泛應(yīng)用,以利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣”、提高“實驗和探究能力”[2],所以我們務(wù)必要重視實驗的意義和價值.

        物理演示實驗應(yīng)遵循直觀性、便捷性、安全性、啟發(fā)性等幾個原則.肥皂膜就是一個非常典型的實驗器材,包含了演示實驗絕大部分要求:生活中隨處可見,陽光下洗衣服時會飄起漂亮的肥皂泡,還會變換顏色;小孩子會興高采烈的吹肥皂泡;魔術(shù)表演中一個孩子被魔術(shù)師罩在一個非常大的肥皂泡中,讓人驚奇萬分……通過它可以展示很多物理現(xiàn)象和原理,效果明顯,學(xué)生興趣高漲,值得我們充分挖掘其教育功能.

        肥皂水的配制:用一個500mL的干凈燒杯,裝入30℃左右的清水200mL,選用泡沫較多的洗衣粉20g左右,將洗衣粉慢慢倒入水中,進行充分地攪拌,配制出飽和的肥皂水.靜置幾分鐘后,用另一個燒杯倒出上面的清亮肥皂水,倒掉沒有溶解的洗衣粉和雜質(zhì).將燒杯洗干凈,在燒杯中倒入20mL左右的甘油[3],再將配制好的肥皂水倒入,并再次攪拌,使甘油完全溶解,就成為我們所需要的肥皂液.

        1 表面張力實驗

        把一條細棉線的兩端系在鐵絲環(huán)上,棉線略松弛,然后將鐵絲環(huán)浸入肥皂液里,再拿出來時金屬環(huán)上形成肥皂膜,棉線仍然是松弛的.用燒熱的針刺破棉線某一側(cè)的薄膜,觀察現(xiàn)象.

        圖1

        觀察到的現(xiàn)象是:原先松弛的細線繃緊了,且向有肥皂膜的一側(cè)彎曲(如圖1).因為液體表面分子間距較大,分子間相互作用表現(xiàn)為引力,即為表面張力[4],從而使液體表面繃緊.

        2 液體表面積趨于最小

        用金屬絲做成立方體框,一根細線系在框架一角,手拎細線的另一端將框架浸入肥皂液中再緩慢取出,觀察肥皂膜的形狀.用金屬絲做成不同形狀的立方體框,重復(fù)剛才的實驗進行觀察.

        觀察到的現(xiàn)象是:雖然金屬絲框形狀不同,但是上面的肥皂膜總會變成與圖2類似的幾何形狀.液體表面張力使表面收縮、面積趨于最小.

        圖2

        3 光的干涉實驗

        在酒精燈的燈芯上撒一些食鹽,燈焰發(fā)出黃光.將金屬圓環(huán)在肥皂水中蘸一下,金屬環(huán)上形成肥皂膜.使肥皂膜豎直放置,觀察燈焰下肥皂膜的圖案.制作新的肥皂膜,將其放在太陽光下再次觀察圖案.

        圖3

        觀察到的現(xiàn)象是:燈焰下肥皂膜呈現(xiàn)明暗相間的條紋,太陽光下呈現(xiàn)彩色條紋.肥皂膜在重力作用下形成上薄下厚的鍥形膜,來自前后兩個面的反射光相干疊加,在一些位置形成亮紋,另一些位置則形成暗紋,因此在燈焰下形成明暗相間的條紋(如圖3).而太陽光中不同波長的光,在不同位置相互加強,因此陽光下肥皂膜的條紋是彩色的.

        4 氣體熱脹冷縮實驗

        圖4

        取一燒瓶,然后用帶有彎玻璃管的塞子塞住,固定于鐵架臺上,玻璃管末端套一段橡皮管與漏斗頸相連[5].先用漏斗頭蘸取少量肥皂泡,然后用手捂在燒瓶上,使瓶內(nèi)氣體溫度升高,觀察肥皂泡變化.當手移開后,再次觀察其變化(如圖4).

        觀察到的現(xiàn)象是:漏斗頭處出現(xiàn)一個逐漸變大的漂亮肥皂泡,說明瓶內(nèi)氣體受熱膨脹,使液泡變大.當手移開后,瓶內(nèi)氣體溫度降低,體積縮小,肥皂泡又逐漸縮小.肥皂泡大小的變化說明了氣體熱脹冷縮的性質(zhì).

        參考文獻:

        [1]閻金鐸,郭玉英.中學(xué)物理教學(xué)概論[M].北京:高等教育出版社,2009:107-109.

        [2]江蘇省教育考試院.2014年江蘇省普通高中學(xué)業(yè)水平測試(選修科目)說明[M].南京:江蘇教育出版社,2013:1-2.

        [3]彭友山.肥皂水的新配方[J].物理通報,2006,(7).

        [4]人民教育出版社,課程教材研究所,物理課程教材研究開發(fā)中心.物理“選修3-3”[M].北京:人民教育出版社,2010:38.

        [5]鞏建輝.用肥皂泡做物理實驗[J].實驗教學(xué)與儀器,2003,(4).

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