原尚哲

摘 要：高中物理實驗是提高對物理規(guī)律理解的重要手段，而利用常見的礦泉水瓶自制實驗器材，可提高高中生對實驗的興趣、加深理解，并培養(yǎng)創(chuàng)新精神和動手實踐能力。本文介紹用礦泉水瓶設(shè)計的物理小實驗：完全失重、慣性、制作打點計時器和驗電器。

關(guān)鍵詞：高中物理；實驗

對高中生而言物理似乎是高深莫測的，有些物理現(xiàn)象不好理解、不夠直觀，而物理小實驗是幫助大家理解規(guī)律、提高學習興趣的好方法。做物理實驗離不開實驗器材，同學們通常認為研究物理需要很復(fù)雜的儀器。其實中學物理實驗并不神秘，用生活中常見的東西也可以設(shè)計物理小實驗，幫助大家學好物理規(guī)律。本文介紹高中興趣小組用常見的礦泉水瓶設(shè)計的幾個物理小實驗。

一、完全失重實驗

物理課本中原有的完全失重實驗，將彈簧秤和鉤碼一起做自由落體，觀察彈簧秤的顯示讀數(shù)，如果為零則完全失重。但實驗過程中難以看清彈簧秤讀數(shù)，關(guān)鍵的實驗現(xiàn)象不易觀測，很難給大家留下深刻印象。為此我們重新設(shè)計了完全失重實驗，采用易于取得的礦泉水瓶，使完全失重現(xiàn)象易于觀察。

實驗步驟如下：

1.在空礦泉水瓶底部開幾個小孔，裝進紅色墨水。紅色墨水會從礦泉水瓶子底部流出來。同學們觀察分析可以得知，這是由于墨水受重力作用而具有重量，而礦泉水瓶底部的小孔無法提供支撐墨水重量的支持力，因而會從小孔中噴出。

2.從高處釋放裝有紅色墨水的礦泉水瓶，此時會很容易發(fā)現(xiàn)在下落過程中小孔不再流出紅色墨水了。這是由于墨水與瓶子一起做自由落體運動，此時礦泉水瓶和墨水都處于完全失重狀態(tài)，相互之間雖然接觸但相互作用力為零，相對速度因此也為零，所以墨水與礦泉水瓶不會分離，也就不再從小孔噴出了。

3.將裝著紅墨水的礦泉水瓶從靜止位置開始，開口向上豎直上拋，會發(fā)現(xiàn)除了上拋的一剎那墨水加速噴出外，水瓶離開手后水就不會從小孔中噴射出來了。這出乎大多數(shù)同學的意料，大家本以為礦泉水瓶向上運動時，墨水不僅會從小孔中噴出，而且噴出速度會比瓶子不動時更大：因為水要向下流，而瓶子要向上走，因此應(yīng)該加速噴出。

這樣的預(yù)測與實驗結(jié)果完全背道而馳，因為實驗結(jié)果是在運動過程中，小孔仍然沒有水流出來更別提以更高速度噴出了，而且無論瓶子拋出后是向哪個方向運動，礦泉水瓶底部小孔都不會噴水。

仔細分析后同學們對失重更加理解了，物體加速度與重力加速度是否一致是失重狀態(tài)的唯一判斷標準。本實驗中礦泉水瓶離開手后和墨水一樣處于完全失重狀態(tài)，因此無論它們運動方向朝向哪里，兩者的相對速度都為零，也就無法分離因此墨水不會流出。

二、設(shè)計打點計時器

高中階段力學實驗中的一個重要器材就是打點計時器，其工作原理的關(guān)鍵就是在紙帶上等時打點。改造礦泉水瓶替代打點計時器的做法，提高了大家的實驗興趣，也更便于直觀理解。

實驗步驟如下：

1.在去掉瓶蓋的礦泉水瓶底部穿一個小孔，將瓶內(nèi)裝上紅色墨水。

2.手提礦泉水瓶平穩(wěn)移動，代表打點計時器上紙帶的走動，水滴以相等時間下落到地上，代替打點計時器在紙帶上打點。地上水滴間距增大表明在做加速運動；而地上水滴間距不變表明是在做勻速運動；當?shù)厣纤尉奂谕坏攸c則表明瓶子處于靜止狀態(tài)。打點的時間間隔可以通過小孔的大小、水瓶高度和瓶內(nèi)水深來控制。

這樣制作的礦泉水瓶把復(fù)雜的打點計時器的工作原理形象的演繹出來，既節(jié)省了經(jīng)費還便于理解，可謂一舉兩得。

三、慣性小實驗

用礦泉水瓶設(shè)計小實驗，驗證慣性與質(zhì)量的關(guān)系：將塑料玩具小球固定在細繩一端放入裝滿水的瓶內(nèi)，繩的另一端固定在瓶蓋上，旋緊瓶蓋倒立，小球自然漂起。手持倒立瓶子向某個方向做加速運動。出乎大家意料的現(xiàn)象發(fā)生了：瓶子里漂浮著的塑料小球不但不像想象的那樣向后擺，反而向前擺動。

這種現(xiàn)象原因是：礦泉水瓶向某個方向運動時，由于慣性的存在，瓶中的水要保持原有狀態(tài)而向與瓶子移動的反方向運動，迫使球漂向與礦泉水瓶相同的移動方向。這充分說明水的慣性比塑料小球的慣性大很多，也證明了慣性大小由物體的質(zhì)量決定而與其他無關(guān)，質(zhì)量越大慣性越大，質(zhì)量越小則慣性越小。這個實驗直觀的演示了慣性物理現(xiàn)象。

四、制作驗電器

利用礦泉水瓶做靜電實驗，讓大家體會到物理就在身邊，消除對電現(xiàn)象的神秘感：將干凈礦泉水瓶用吹風機吹干，并用軟木塞塞住瓶口，木塞鉆孔后插入鐵絲，鐵絲在瓶子里的一端彎成鉤狀，鉤子上放上煙盒內(nèi)錫箔紙剪成的細條。為了保持干燥、防止靜電釋放，瓶子里還需要放些干燥劑，這樣利用密封干燥的礦泉水瓶就制成了簡易的驗電器。

用泡沫塑料在頭發(fā)上摩擦時會有靜電聚集，然后將它接觸驗電器外露的鐵絲一端，可以看見鐵絲下端的兩片錫箔張開，這說明制作的驗電器可以檢測到靜電的存在。這樣通過自制簡單的器材做物理實驗，很好地消除了大家對電的神秘感。

通過高中生興趣小組用礦泉水瓶做物理小實驗，不僅豐富了實驗器材、節(jié)省了經(jīng)費，還提高了同學們對物理實驗的興趣，加深了對物理現(xiàn)象的理解，消除了對物理現(xiàn)象的神秘感，使物理規(guī)律生動的展現(xiàn)在眼前，同時培養(yǎng)了同學們的創(chuàng)新精神和動手實踐能力，對設(shè)計制作和參與實驗的所有人都很有幫助。

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（作者單位：華中師范大學第一附屬中學）