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        自制多功能氣體壓強與流速關(guān)系演示儀

        2021-09-10 22:19:02彭鈺嵋邱文婷李佳健王笑君李德安
        物理教學(xué)探討 2021年8期
        關(guān)鍵詞:拓展性集成低成本

        彭鈺嵋 邱文婷 李佳健 王笑君 李德安

        摘? 要:現(xiàn)有的氣體壓強與流速關(guān)系演示儀中,普遍存在實驗現(xiàn)象缺乏趣味性、資源集成度低、拓展性不強等問題。為改進現(xiàn)有的不足,文章設(shè)計了多功能演示儀,收集有趣味性的實驗素材,利用低成本材料集成了8個氣體壓強的實驗,教師能根據(jù)不同的教學(xué)情境演示不同實驗。同時,組合式的設(shè)計具有可拓展性,給師生進一步探究提供了可能。

        關(guān)鍵詞:氣體壓強與流速;低成本;集成;拓展性;物理教學(xué)

        中圖分類號:G633.7 文獻標(biāo)識碼:A ? ? 文章編號:1003-6148(2021)8-0052-3

        1? ? 引? 言

        對于“流體壓強與流速關(guān)系”這節(jié)課,教材中有“吹硬幣”“吹紙張”的小實驗?!按涤矌拧睂嶒灪艽蟪潭壬先Q于硬幣的大小和質(zhì)量,能做出明顯現(xiàn)象的是鋁制硬幣,但此類硬幣生活中已很少見。針對課標(biāo)要求,很多學(xué)者進行了教學(xué)討論和教具制作[1-4],但目前文獻中提到的教具普遍存在一些不足:一是實驗現(xiàn)象缺乏趣味性,不利于學(xué)生形成感性認(rèn)識;二是集成度低,不能很好地實現(xiàn)資源整合;三是可拓展性不強,師生很難在原有教具的基礎(chǔ)上進一步拓展探究。為了提高課堂教學(xué)的演示效果,本文自制了多功能氣體壓強與流速關(guān)系演示儀,充分利用生活中的低成本材料,集成了8個氣體壓強的實驗,教學(xué)中不僅可以激發(fā)學(xué)生的興趣,還給教師和學(xué)生留下了選擇和拓展探究的空間。演示儀所用材料取材于生活,成本低,效果好,激發(fā)學(xué)生興趣的同時提高了教學(xué)效果。

        2? ? 演示儀設(shè)計原理

        課標(biāo)要求:了解流體壓強與流速的關(guān)系及其在生活中的應(yīng)用,例如能簡單解釋飛機的升力。在人教版教材中,正式知識講述前先安排了“吹硬幣”和“吹紙張”兩個小實驗。因此,本節(jié)課的重點是在實驗中了解流體壓強與流速的關(guān)系,難點是用流體壓強與流速的關(guān)系解釋其在生活中的應(yīng)用。

        為突破課程的重難點,本演示儀設(shè)計整合了兩類實驗,一類為講授知識時用于演示或探究的常規(guī)實驗,一類為講授知識后聯(lián)系實際的應(yīng)用拓展實驗,詳細(xì)內(nèi)容如表1所示。

        3? ? 演示儀的制作

        3.1? ? 材料

        20、25、32三種規(guī)格的PVC管,不同規(guī)格的PVC轉(zhuǎn)接頭,不同大小的PVC三通口,排水軟管,三種不同顏色的顏料,大小兩種規(guī)格的泡沫球,玻璃杯,實驗燒杯,礦泉水瓶,漏斗,木板,小蠟燭,簽字魔術(shù)棒,吸管,氣泵,泡沫,卡紙。

        3.2? ? 制作方法

        先用木板和木條搭建一個實驗臺,首先在實驗臺供氣區(qū)部分嵌入一個可調(diào)節(jié)氣流流速的開關(guān),再在供氣區(qū)處固定一根PVC管,作為鼓風(fēng)機接入實驗臺提供氣流的入口。在供氣區(qū)的右端固定兩個木架子,作為實驗臺的放置架用于安放不同實驗的裝置部分(圖1、圖2)。接下來分不同的實驗進行裝置部分的制作。

        4? ? 演示儀與教學(xué)結(jié)合

        物理是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科,實際教學(xué)中可能會出現(xiàn)一節(jié)課演示多個實驗的情況。用組合的方式將多個實驗集成于一身,教師上課需要演示多個實驗時不用整理多套儀器,只需攜帶一個演示儀即可演示多個實驗。演示儀中的常規(guī)實驗,在教學(xué)中可以用在課前引入環(huán)節(jié)以激發(fā)學(xué)生的好奇心,或用于實驗探究環(huán)節(jié),讓學(xué)生在實驗過程中得到結(jié)論。演示儀的拓展實驗,在教學(xué)中可以用于應(yīng)用拓展環(huán)節(jié),在講授知識后聯(lián)系實際應(yīng)用,促進學(xué)生對知識的理解和運用。

        4.1? ? 課前的多個趣味引入

        (1)隔杯吹蠟燭

        用一個燒杯把蠟燭籠罩起來,從另一側(cè)的燒杯底部吹。讓學(xué)生猜想是否能把蠟燭吹滅,然后進行操作,觀察到蠟燭隔著玻璃杯被吹滅(圖3)。

        用有趣的實驗作為引入,能讓學(xué)生積累足夠的感性認(rèn)知,激發(fā)學(xué)生的好奇心。在第一個實驗完成演示后,教師若還想通過演示其他實驗進一步激發(fā)學(xué)生的好奇心,只需要將展示平臺上的模塊換成下一個實驗的模塊即可。例如,此處可將木板和送風(fēng)口換下,再裝上演示“氣吸球”的管道。

        (2)氣吸球

        把電源打開給裝置通風(fēng),兩個漏斗處有風(fēng)吹出,將兩個小球放在漏斗下方。讓學(xué)生猜想球會不會掉下來,松手后觀察到小球沒被吹走且懸在漏斗處不往下掉(圖4)。

        4.2? ? 趣味應(yīng)用拓展

        流體壓強與流速的關(guān)系在生活中的應(yīng)用非常多(如飛機起飛等)。在講述完知識后若能采用演示的方法,對相關(guān)應(yīng)用進行演示并配合原理解說,可以促進學(xué)生對知識的理解和掌握。運用此演示儀的演示操作也同上,只需要將原來的演示模塊取下,換上應(yīng)用拓展的演示模塊,即可用演示儀進行拓展教學(xué)。

        (1)飛機的升力模型

        將機翼模塊安放就位,連接氣泵電源,打開開關(guān)給裝置通入氣流,機翼迎風(fēng)升起(圖5)。

        在演示的同時用互動的方式給學(xué)生分析:飛機在平地啟動時,氣流經(jīng)過機翼被分為上下兩股氣流。氣流在同時間內(nèi)通過機翼,上方氣流流過距離較長,因此經(jīng)過機翼上方的氣流較快。根據(jù)氣體壓強與流速的關(guān)系,氣體流速越小氣體壓強越大,機翼下方的氣體壓強較大,向上的壓強差使飛機獲得升力。

        (2)草原鼠的空調(diào)洞穴

        首先,講述草原鼠利用自然風(fēng)給家“安裝空調(diào)”的故事,讓學(xué)生思考草原鼠如何讓風(fēng)通過洞穴。然后進行操作演示:在管內(nèi)加入幾個泡沫小球,通過小球的運動顯示風(fēng)向,打開電源給裝置通氣,觀察到雖然自然風(fēng)只從平地刮過,但洞穴內(nèi)也會有風(fēng)將球從左往右吹出管口(圖6)。

        演示的同時配合講解:當(dāng)一股氣流從左往右吹過小丘時,小丘上的氣流流速比平地的更快。根據(jù)氣體壓強與氣體流速的關(guān)系,平地上氣體流速小,氣體壓強比較大,壓強差使氣流從平地經(jīng)過洞穴到達小丘口,因此草原鼠在洞穴里就能吹到“空調(diào)”。

        5? ? 結(jié)束語

        本演示儀高集成的設(shè)計讓操作更簡便,演示時只需安裝對應(yīng)模塊,打開電源即可展示,有助于教師在有限的課堂時間達到更高的效率。同時,組合的模式可以讓教師根據(jù)教學(xué)情況靈活選擇實驗進行演示。

        其次,該演示儀具有較好的拓展性。演示儀具有可組合的優(yōu)勢,師生可自行更換組裝不同規(guī)格的管道,實現(xiàn)進一步拓展探究。例如:可以在原有的裝置條件下,在水中放入兩個小球,用一根針管吸水向兩小球之間排水,從而對液體壓強與流速的關(guān)系進行探究,有條件的還可以在原有基礎(chǔ)上,加上傳感器的配合使用進行定量探究。

        此外,本演示儀還具有成本低、可視化程度高等優(yōu)點。材料來源于日常生活,遵從低成本取材的原則,安全、環(huán)保無污染。巧妙利用小球、水柱等將流體壓強和流速的關(guān)系轉(zhuǎn)化為可以看到的現(xiàn)象,可視化程度高。

        參考文獻:

        [1]邵邦武.演示流體壓強與流速關(guān)系的實驗裝置[J].物理實驗,2015,35(01):18-20.

        [2]李杰,董孝軍.“氣體壓強與流速的關(guān)系”演示器的創(chuàng)作[J].物理教師,2008,29(02):31.

        [3]莫琪.“流體壓強與流速的關(guān)系”演示器[J].物理教師,2004,25(08):25.

        [4]張伙成.自制漏斗演示流體的流速與壓強關(guān)系的實驗[J].教學(xué)儀器與實驗,2002(12):23-24.

        (欄目編輯? ? 劉? ?榮)

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