程文潔 管西巧

(1. 山東省淄博市張店區(qū)第四中學(xué),山東 淄博 255000;2. 山東省淄博市張店區(qū)第六中學(xué),山東 淄博 255000)

1 引言

在全球疫情不斷嚴(yán)峻的態(tài)勢(shì)下，校園疫情防控已經(jīng)常態(tài)化，學(xué)校的防疫物品也逐漸被師生所熟悉。利用消毒酒精、噴壺、醫(yī)用隔離面罩等學(xué)校常見(jiàn)的防疫物品進(jìn)行物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，能夠較好地讓學(xué)生體會(huì)到物理來(lái)源于生活，感受物理與科學(xué)和社會(huì)、生活的密切關(guān)系，也可以培養(yǎng)學(xué)生利用身邊常見(jiàn)物品進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的意識(shí)。

2 利用紅外熱成像測(cè)溫儀進(jìn)行熱學(xué)實(shí)驗(yàn)

學(xué)校在進(jìn)入校門(mén)的通道上都裝備了紅外熱成像測(cè)溫儀，它是綜合利用了紅外原理、人臉識(shí)別、AI等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離、多目標(biāo)、非接觸體溫檢測(cè)，能夠?qū)γ娌炕蝮w表溫度進(jìn)行精確測(cè)量，測(cè)溫精度高達(dá)0.3 ℃。另外，學(xué)校還裝備有相同工作原理的小型手持式紅外熱成像測(cè)溫儀，在教學(xué)中我們可以利用它們演示改變物體內(nèi)能兩種方式的實(shí)驗(yàn)。

人站在紅外熱成像測(cè)溫儀前測(cè)出此時(shí)的體溫，用手摩擦額頭約10秒鐘后再次測(cè)溫，會(huì)發(fā)現(xiàn)所測(cè)的體溫明顯升高，說(shuō)明對(duì)額頭做功增加了其內(nèi)能。還可以取一段鐵絲，在手持式紅外熱成像測(cè)溫儀前反復(fù)彎折，也會(huì)觀察到鐵絲的溫度明顯升高，同樣說(shuō)明了對(duì)物體做功可以增加其內(nèi)能。利用手持式紅外熱成像測(cè)溫儀還可以進(jìn)行熱傳遞改變物體內(nèi)能的實(shí)驗(yàn)，先使用測(cè)溫儀測(cè)出鐵絲在室溫下的溫度，然后將鐵絲浸入熱水中浸泡約10秒鐘，取出后再次測(cè)溫，會(huì)發(fā)現(xiàn)鐵絲的溫度明顯升高。

3 利用消毒酒精進(jìn)行系列實(shí)驗(yàn)

75%濃度的酒精能殺死大部分病毒，學(xué)校防疫中多用于對(duì)學(xué)生經(jīng)常觸摸到的樓梯扶手、門(mén)把手、窗戶(hù)開(kāi)關(guān)等位置的消毒。配合小噴壺、易拉罐、長(zhǎng)柄打火機(jī)以及桶裝水空水桶等生活中常見(jiàn)的物品可以進(jìn)行初中物理熱學(xué)和力學(xué)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

3.1 利用“易拉罐酒精炮”“礦泉水瓶酒精槍”演示熱機(jī)的工作原理

在一易拉罐底部用螺絲刀開(kāi)一個(gè)直徑1 cm左右的小孔，并將其用尼龍?jiān)鷰Ч潭ㄔ谑謾C(jī)支架的夾子上，再將手機(jī)支架固定在木板上，如圖1所示，即制成了“易拉罐酒精炮”。在小噴壺中裝入適量消毒酒精，在易拉罐罐口位置噴4—5次，將一次性紙杯輕扣在罐口位置，靜置10秒鐘讓酒精揮發(fā)，用長(zhǎng)柄打火機(jī)在易拉罐罐底小孔位置點(diǎn)火，由于酒精在罐內(nèi)燃燒后將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為紙杯的機(jī)械能，會(huì)觀察到紙杯被打出去。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)該由教師進(jìn)行操作，并注意安全。

同理，在一空礦泉水瓶的瓶蓋中間開(kāi)一直徑為2厘米的圓孔，將直徑1.5厘米的PVC管截取約15厘米長(zhǎng)，套在長(zhǎng)柄打火機(jī)上。用小噴壺往礦泉水空瓶中噴消毒酒精4-5次，將PVC管插入礦泉水瓶中即制成了“礦泉水瓶酒精槍”，點(diǎn)火后內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能即可將礦泉水瓶打出去。

3.2 利用“壓扁水桶實(shí)驗(yàn)”驗(yàn)證大氣壓存在

圖2

準(zhǔn)備一只1.8 L的桶裝飲用水空水桶，用注射器抽取10毫升左右消毒酒精，注射入空水桶中，上下左右搖晃，使酒精粘在水桶內(nèi)壁上，將多余的酒精倒出后靜置約10秒鐘，使酒精揮發(fā)。取一張紙巾折疊后用打火機(jī)點(diǎn)燃，迅速塞入水桶中，燃燒片刻后用手堵住桶口，由于酒精燃燒排出桶內(nèi)空氣，降溫后使得桶內(nèi)氣壓降低，在大氣壓作用下會(huì)將水桶壓扁，實(shí)現(xiàn)了壓扁水桶和不用手抓即可將水桶提起的神奇實(shí)驗(yàn)效果(圖2)。本實(shí)驗(yàn)也應(yīng)由教師演示，并佩戴護(hù)目鏡確保安全。

3.3 蒸發(fā)吸熱實(shí)驗(yàn)

由于酒精具有較強(qiáng)的揮發(fā)性，還可以用其讓學(xué)生體驗(yàn)蒸發(fā)吸熱現(xiàn)象。用棉簽蘸取適量消毒酒精涂在手背上，觀察酒精變化，會(huì)發(fā)現(xiàn)酒精很快蒸發(fā)掉，用另一只手觸摸會(huì)明顯感覺(jué)到原先涂抹酒精處溫度要低一些，說(shuō)明蒸發(fā)會(huì)吸熱。

4 利用消毒噴壺進(jìn)行相關(guān)教具制作

噴壺是利用初中生所熟知的流體壓強(qiáng)原理制成，在學(xué)校防疫中主要用于噴灑消毒液進(jìn)行公共區(qū)域的消毒，在教室、走廊、校門(mén)口等區(qū)域都會(huì)有裝配，也是學(xué)生所熟知的防疫器材之一。利用它也可以制作相應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)教具用于日常教學(xué)。

4.1 “做功改變物體內(nèi)能”演示實(shí)驗(yàn)教具的制作

圖3

需要的器材有：氣壓式壓力噴壺、最大量程為16 kPa的膜盒壓力表、迷你電子溫度計(jì)、自行車(chē)內(nèi)胎氣門(mén)芯、PVC軟管、膠槍等。首先在噴壺的壺身鉆兩個(gè)孔，在一個(gè)孔插入迷你電子溫度計(jì)探針并用熱熔膠密封；在另一個(gè)孔裝上自行車(chē)內(nèi)胎氣門(mén)芯，為保證良好氣密性，需要墊上膠皮再擰緊固定氣門(mén)芯的螺絲。取一段約20 cm的PVC軟管，一端固定在噴壺壺身的氣門(mén)芯上，另一端連接膜盒壓力表接口，并用膠槍將壓力表和電子溫度計(jì)固定在壺身的合適位置，制成“做功改變物體內(nèi)能”演示教具(圖3)。當(dāng)往噴壺里打氣時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)壓力表示數(shù)增大，溫度計(jì)示數(shù)增大；當(dāng)放氣時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)壓力表示數(shù)減小，溫度計(jì)示數(shù)明顯降低，并能降低到室溫以下。上述實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：通過(guò)做功的方式可以改變物體內(nèi)能，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀明顯。

4.2 制作紅外感應(yīng)噴霧手消毒器

圖4

如圖4所示，利用手壓式噴壺等材料制成了紅外感應(yīng)噴霧手消毒器，實(shí)現(xiàn)了人手靠近時(shí)自動(dòng)噴灑消毒酒精對(duì)手部進(jìn)行消毒，人手拿開(kāi)即停止噴霧的效果，可用于八年級(jí)物理“看不見(jiàn)的光”一節(jié)中紅外線知識(shí)的教學(xué)。需要的器材有：手壓式噴壺、紅外感應(yīng)模塊、TT雙軸直流減速電機(jī)、偏心輪、電池盒、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線、硬鐵絲等。首先用膠槍將TT雙軸直流減速電機(jī)固定在壺身背面合適位置，并用壓花鋼軸將偏心輪固定在減速電機(jī)一側(cè)軸上。用硬鐵絲連接偏心輪和噴壺手柄尖端，反復(fù)調(diào)節(jié)鐵絲長(zhǎng)度，使偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)噴壺手柄往復(fù)運(yùn)動(dòng)并能正常噴霧。再用導(dǎo)線將電池盒、減速電機(jī)、開(kāi)關(guān)、紅外感應(yīng)模塊串聯(lián)連接，調(diào)整紅外感應(yīng)模塊至合適位置并用膠槍固定即可。本裝置可以指導(dǎo)學(xué)生自己去動(dòng)手制作，在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦能力的同時(shí)，還能加深學(xué)生對(duì)串聯(lián)電路結(jié)構(gòu)和紅外線知識(shí)的理解。

5 利用醫(yī)用隔離面罩進(jìn)行光現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)

醫(yī)用隔離面罩由PET高透材質(zhì)面屏、海綿、松緊帶等組合制作而成，是醫(yī)護(hù)人員在面對(duì)潛在傳染性疾病患者時(shí)佩戴的面部防護(hù)用品。在校門(mén)口值班、采集核酸時(shí)經(jīng)常會(huì)見(jiàn)到醫(yī)務(wù)人員佩戴，在學(xué)校的防疫物資中也都有儲(chǔ)備。我們可以利用面罩上的PET高透材質(zhì)面屏制作偽3D全息投影儀，來(lái)提高初中學(xué)生學(xué)習(xí)光學(xué)知識(shí)的興趣。首先，在坐標(biāo)紙上畫(huà)出一上底為1 cm、下底為5 cm、高為3.5 cm的等腰梯形，然后根據(jù)線條在面屏上裁剪出四個(gè)相同的等腰梯形，再將四個(gè)梯形用膠粘合成一個(gè)金字塔狀漏斗。在較暗的環(huán)境下，將播放3D全息視頻的手機(jī)或平板，倒扣在漏斗小口上方，并確保四個(gè)分屏畫(huà)面在漏斗的中間位置。我們就能從塑料片的各個(gè)方向都能觀察到一個(gè)立體的像(圖5)。此實(shí)驗(yàn)裝置制作簡(jiǎn)單、效果明顯，學(xué)生在家完全可以選用相近透明材料獨(dú)立制作完成。為了使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，我們還可以將上述用隔離面罩面屏制作的金字塔狀漏斗作為模具，堵住漏斗小口，往里注滿(mǎn)環(huán)氧樹(shù)脂水晶滴膠(其中A膠、B膠需要按3∶1的比例混合后攪拌均勻)，靜置24小時(shí)后環(huán)氧樹(shù)脂水晶滴膠會(huì)充分固化，便得到一實(shí)心、透明的偽3D全息投影裝置，利用它所成的立體像會(huì)更加清晰。

圖5

6 結(jié)語(yǔ)

利用生活中常見(jiàn)的防疫物品進(jìn)行初中物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、自制教具，不僅能夠開(kāi)闊學(xué)生視野，提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)物理概念，還能創(chuàng)造有利條件培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新能力，切實(shí)提高學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。