几则橡皮筋设计的课外小实验

来源 :中学物理·初中 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gebilangzi
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  物理是一门以观察和实验为基础的科学,很多自然规律的发现都是来自科学家对生活现象的观察和研究.初中学生对物理现象怀着强烈的好奇心,而兴趣是推动人类认知活动行为的驱动力.课外物理实验正是将这种驱动力转化为对自然规律认知活动的重要途径.鼓励初中生利用课外时间进行小实验有利于增长学习物理的兴趣、提高独立实验的能力,通过参与实验方案的设计和实验器材的准备等过程,学生能够充分理解实验现象和所揭示的科学规律.指导学生设计和制作简单、安全、易获取的实验方法和器材是引导学生开展课外物理小实验的必要环节.
  本文利用生活中最常见的皮筋设计出有趣的物理课外小实验,探究物理学习和日常生活中的自然规律.弹性是橡皮筋的基本特性,根据这一基本特性,皮筋实验设计可以分成两类:一是利用弹性形变量和所受力的大小关系特性可以设计出简易测力计,呈现力的存在,感知力的大小;二是通过皮筋的弹性形变设计小魔术,揭示弹性势能特性和能量转化的规律.
  1 感受力
  1.1 感受摩擦力
  让同学们用橡皮筋在水平木板上拉一木块(如图1),观察到橡皮筋被拉长了,木块没有移动,而橡皮筋伸长了,证明了我们对物体施加了力的作用,受到力的作用物体却并没有移动,说明在木块与桌面间有一些“隐身的力”在与我们“拔河”,反抗我拉走木块的力.这些调皮的“隐身的力”就是摩擦力,这种摩擦力是物体想要运动但又没有运动(即只有相对运动趋势)时产生的,叫静摩檫力.继续用橡皮筋拉着木块在桌子上运动,这时橡皮筋也拉长了,说明也有力的作用.这种摩擦力就是滑动摩擦力.若在图1的木块下垫几根原珠笔芯后再拉橡皮筋,当木块被拉动时就会发现橡皮筋伸长量明显减小,说明相同条件下,滚动摩擦比滑动摩擦小得多.经过以上模拟实验,同学们感同身受,不但亲身体验了摩擦力,而且对摩擦力的三要素以及分类也有了感性认识.
  如果说刚才的实验让学生感到新奇,那么接下去的魔术——“神奇的戒指”就让他们跃跃欲试,摩拳擦掌.(如图2),只见“神奇的戒指”会自动从低处向高处走.其奥秘是:将一段单股的橡皮筋拉长,中间穿过戒指,低处的手中留下一段;两手一高一低,低处的手慢慢地放出这段橡皮筋,橡皮筋在逐渐恢复的过程中,戒指相对于皮筋静止,就从低处慢慢上升,观众们看到的现象就好像戒指在皮筋上向上爬.该魔术表演中:戒指因为受到了静摩擦力的作用在橡皮筋保持相对静止,而逐渐从手中滑出的皮筋又不易被察觉.我们可以从这一魔术中直观地体验静摩擦力的存在,并思考戒指所受摩擦力的方向.这样,我们就将不易显现的静摩擦力用趣味魔术的形式表现出来,更容易被学生接受.
  1.2 感受“分子引力”
  笔者用橡皮筋吊着一块玻璃,让这块玻璃靠近并刚好接触水面(如图3所示),由于分子引力的作用,手拉橡皮筋时它会有明显伸长,虽然玻璃还是“纹丝不动”,但却明显感受到有一个“神奇”力存在,(虽然拉手的力是橡皮筋伸长后产生的弹力)这个神奇的力就是分子引力,这种体验让学习者欣喜若狂,乐此不疲.
  1.3 巧测浮力
  在木板上端固定一根橡皮筋,在橡皮筋的下端挂一小石块,将小石块完全浸没于水中,这时,橡皮筋与绳的记号处指在A处,即由于水的浮力使橡皮筋縮短了AB的长.(如图4所示)当把被小石块排出的水放入不计质量的小塑料袋后,将小塑料袋再挂在橡皮筋下端,由于重力的作用又使橡皮筋伸长了AB的长度.形象地说明物体所受浮力的大小等于物体排开的液体重.这比教材上验证阿基米德定律的实验要简明生动得多.橡皮筋这种应用起到了将抽象推理具体化,繁难的证明简单化的巧妙作用.
  2 感受能量转化
  2.1 会跳的卡片
  如图5所示,取一张硬卡片并将其沿中线对折,在两边各剪两个小缺口,把橡皮筋套在上边,使卡片形成人字形.这样就做成了一个会跳的卡片.把卡片开口朝下放在桌面上并按平,突然松开卡片,卡片就会向上跳起.卡片向上弹跳起来的原因是按下纸片时,橡皮筋发生弹性形变而具有弹性势能.松手后,皮筋的弹性势能转化为化为重力势能.
  2.2 自动上行的“魔罐”
  把一个外表看上去很普通的铁罐放在一个不太陡的斜坡上,松手后铁罐竟然向上坡滚去.是什么反抗了重力让铁管向上滚动呢?原来有一根皮筋贯穿于铁罐中部,同时皮筋上又挂着一个重物.在开始实验前我们将铁罐滚动几圈,里面的皮筋就被卷紧了,铁罐由斜面底部自动滚上去的原因,是卷紧的皮筋的弹性势能转化为重力势能(图6).
  3 感受皮筋发声
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