物理兴趣、实验探索_实验物理论文

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物理第二课堂如何培养学生的科学兴趣,激发学生的求知欲,提高学习的积极性、主动性,培养动手能力和创造性思维,趣味实验起着重要作用,下面介绍几个有趣的小实验。

1 不落的纸片

在满满的一杯水的杯口上,盖上一片玻璃或一张硬纸片,按住玻片或硬纸片将杯子反转(颠倒)过来,玻片或硬纸片不会掉下来,这是大家都知道的现象,学生会告诉老师,这是由于大气压的缘故。可是,如果这只杯内只有半杯水,甚至只有一点点水铺在杯底,盖上明信片那样厚的纸片或薄塑料盖,再将杯子翻过来(如下图所示),纸片会落下来吗?

有的学生认为纸片一定会落下来,因为杯内气体压强为大气压,由于水的自身重量的压迫而使纸片下落。如果学生自己动手做这个实验,结果他们会惊异地发现半杯水下面的纸片照样掉不下来,难道这也是由于大气压的缘故吗?

让我们来仔细分析一下,当用纸片盖住杯口后,把杯子倒置过来时,杯内封闭了一定质量的气体,开始时,气体体积未变,也就是这时杯内气体压强和外界大气压一样大,水柱和纸片由于自身的重量向下落,水柱向下落后,杯内气体体积增大,密度减小,压强也减小,一直减小到杯内气体对水柱的压强P[,1]加上水柱和纸片自重产生的压强P[,2]与外界大气压P[,0]相等为止,这时水柱不再继续下落, 杯口外面有一较短的水柱,(纸片与杯口不是密接的,杯口有少许水溢出),纸片在水柱的下面,虽然已脱离杯口一点,但由于大气压的缘故,仍不会掉下来。

这时有同学提出这样的问题“水柱应下落多少才行呢?如果水柱下落得太高,有一大段水柱在杯口外面,岂不是要向四周溢出来吗?”我们知道一个大气压约等于10m 高水柱产生的压强, 假设水柱下落1 /100h(h为杯内水柱高度),即杯内封闭气体体积增大了1/100, 也就是外界大气压比杯内气体压强大,它们的压强差约为10cm水柱产生的压强,即当杯内水柱下落1/100,大气压就能托住10cm水柱,而一般半杯水不足10cm,这样水柱下落1mm(即h/100), 大气压就能托住纸片,纸片不掉下来。

2 一纸托千斤

将一只空塑料瓶(如奶瓶等)的底部剪去,蒙上一层薄纸,用细绳扎紧,并向瓶中缓缓注入细砂,将另一直径略小的瓶子置于细砂上,并在小瓶的上面横放一块木板做成T型支架,在木板上加载重物, 甚至坐上几个人,塑料瓶底的纸片也不会被压破,做完这个实验可以将细砂倒出,再用重物压纸片,会发现纸片被捣破,以此检验纸片的真伪,解除学生对纸的怀疑。

为什么一张薄张能托住细砂及其上面的重物呢?我们知道,相互接触的两个物体间有力的作用而无相对运动趋势时,力垂直作用于两个相接触物体的公切面,当与重物接触的最上面一层细砂受到垂直向下的压力时,由于细砂形状类似球体,因此就将这个压力沿着和它相接触的砂粒的公切面的法线方向作用到其他砂粒上,通过这样不断作用,以至最后在管壁和底部几乎均匀的受到砂粒的压力,且由于管壁面积较大,因而受到总的压力比底部受到的大;由于砂粒受压,有向下运动的趋势,因而管壁对砂粒有向上的摩擦力,阻碍了细砂向下运动,减少了底部纸片实际承受的压力,所以一张薄纸能“托”住千斤重物。

3 铜丝灭火

将铜丝绕成圈,罩在蜡烛的火焰上(如图),这时空气并没有被隔绝,但发现火焰明显变少,甚至熄灭,这是怎么一回事呢?

我们知道铜的传热快,火焰产生的热量迅速被铜吸去,使火焰周围温度骤降,当石蜡油的温度低于其燃点时,火焰熄灭。

4 谁先熄灭

点燃长短不同的两根蜡烛,将一空雪碧瓶剪半,用下半部罩住这两根蜡烛,观察哪根蜡烛先熄灭。

如果将蜡烛上的罩子换成很大的玻璃罩,又是哪根蜡烛先熄灭呢?做一做这个小实验,就会发现,当罩子矮小时,高的蜡烛先熄灭,而当罩子较大时,矮的蜡烛先熄灭。这又是什么道理呢?

我们知道气体温度愈高,密度愈小,所以在较小罩内,由于蜡烛燃烧,二氧化碳气体温度较高,向上升,使罩内上方二氧化碳浓度大,较高的蜡烛因缺氧而熄灭。而大罩内,空间较大,二氧化碳上升后,遇罩壁冷却而下沉,因此大罩下方二氧化碳浓度较大,较矮的蜡烛因缺氧而熄灭。

以上是我校在开展第二课堂活动中所做的几个小实验,简单有趣,便于操作,解释若有不当之处,请各位老师斧正。

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