設計巧妙的幾個物理實驗

李擎宇

摘 要：以旋轉液體和閃電花的實驗改進說明創(chuàng)新需要奇思妙想，以變色保溫杯的發(fā)明說明創(chuàng)新需要集智取長，多思多練中巧妙設計一些物理實驗，不但對知識能有再認識，也會發(fā)展自己的創(chuàng)新能力。

關鍵詞：實驗；創(chuàng)新；發(fā)明

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）2-0057-2

物理是一門以觀察和實驗為基礎的自然科學，實驗現(xiàn)象蘊含著物理規(guī)律，對實驗的創(chuàng)新改進不僅能使實驗效果更佳，在創(chuàng)新中也能發(fā)揮個人創(chuàng)造潛能，潛移默化地影響個人能力素養(yǎng)。只要我們以飽滿的創(chuàng)造熱情去積極探索、思考和想象，就會在動手動腦的同時收獲累累碩果。

1 奇思妙想，開展創(chuàng)新

創(chuàng)新離不開奇思妙想，以想象為基礎開展奇妙的構思，可以幫助我們沖破現(xiàn)有知識經(jīng)驗的局限，有意無意地發(fā)明出一些奇異的物理實驗裝置。在制作發(fā)明的過程中，不知不覺地培養(yǎng)了創(chuàng)新能力，這種創(chuàng)新能力又激發(fā)我們去發(fā)現(xiàn)新問題，創(chuàng)新地解決問題。如演示磁場對帶電粒子有力的作用，中學課本是用洛倫茲力演示裝置，帶電粒子是電子，有沒有其它的帶電粒子可以演示這個實驗呢？筆者改進的裝置原理如圖1：

圓形容器中間固定一鐵棒接電源一端，容器四周用漆包線纏繞接電源另一端，直流電源用48 V電動車充電器，容器中盛有氫氧化鈉溶液（可滴入幾滴酚酞），容器放在一個強磁體（可用環(huán)形磁鐵或電磁鐵）上，可見紅色的堿溶液一會就會旋轉變成無色，變換電源正負極，堿液會反向旋轉。這個改進實驗也說明了磁場對帶電離子也有力的作用，這種離子的載體是液體，因而溶液會旋轉起來。

進一步實驗中，筆者又突發(fā)奇想，閃電能不能在磁場中受力運動呢？于是筆者做了閃電花實驗裝置，基本思路是：通過電子感應圈產(chǎn)生高壓，進行尖端放電，產(chǎn)生閃電效果，磁體上下移動，閃電光路在磁場作用下會上下移動，磁體旋轉，閃電會跟著旋轉，從而產(chǎn)生閃電花。這樣的實驗效果，白天光照充足時觀察也是非常明顯的。原理及實物如圖2：

2 集智取長，發(fā)展創(chuàng)新

現(xiàn)代各種知識之間呈現(xiàn)出協(xié)作化、綜合化趨勢。發(fā)明和創(chuàng)造僅僅靠個人努力是不可想象的。一個人要有所創(chuàng)新，除了個人的努力，還要具有善于與人合作的精神，能夠處理好與他人的協(xié)作關系，搜集群體人的智慧取長補短，才會靈感迸發(fā)。在一次課外活動中，筆者對茶杯的保溫性能作了研究，想把茶杯做成比真空保溫杯還要保溫的茶杯。如何解決這個問題，筆者專門邀請了近10名的同學、老師一起討論研究，先后經(jīng)過多次改進，終于發(fā)明這款變色保溫杯，原理及實物圖3：

可變色的保溫水杯的基本構成為兩層側壁，外層為真空包裝，覆蓋杯子下端大部分（與普通保溫水杯類似），內層下端裝有海波，上端封閉NO2和N2O4氣體，氣體顏色在杯口下端可以觀察到。當杯子倒入熱水時，海波晶體熔化吸熱，對熱水快速降溫。同時由于溫度高，NO2和N2O4進行可逆反應，紅棕色的NO2明顯變多，顏色加深，杯口貼有水溫顏色對比圖，可方便知道水溫。當水溫降低時，海波凝固放熱，保證水溫在凝固點48 ℃左右很長一段時間。這款杯子巧妙地利用了海波晶體的熔化吸熱和凝固放熱，給內膽降溫保溫，使保溫杯的保溫性能大大提高。這個裝置如果能做成嬰兒杯，嬰兒喝奶溫度控制的難題便迎刃而解了。

在創(chuàng)新的道路上筆者剛剛起步，對物理實驗的改進也只是停留在初步的改進上。如何開拓思維，對原貯存的知識進行重組，尋找它們的交叉點和結合點，使知識融會貫通，認識自我，發(fā)展自我，筆者還有很長的路要走。

參考文獻：

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（欄目編輯 王柏廬）