礦泉水瓶在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

牛健全

【摘 要】2020年春季教學(xué)受疫情影響，我校開啟“云課堂”教學(xué)，非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)恰可彌補(bǔ)常規(guī)實(shí)驗(yàn)的缺失，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行自主探究性學(xué)習(xí)。在實(shí)際物理教學(xué)中，教師也常會(huì)有意識(shí)的選擇并使用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)器材或?qū)嶒?yàn)室之外，生活環(huán)境中身邊的材料、物品和器具等資源進(jìn)行研發(fā)和自制實(shí)驗(yàn)器材，開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)即“非常規(guī)” 物理實(shí)驗(yàn)，以便能夠幫助學(xué)生更好的認(rèn)識(shí)、構(gòu)建物理概念和規(guī)律。本文將以礦泉水瓶為例，展示相關(guān)的非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn);礦泉水瓶;應(yīng)用

在云課堂教學(xué)進(jìn)行過程中，如何開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)？我們收集整理了大量資料，并結(jié)合教學(xué)實(shí)際，總結(jié)創(chuàng)新了部分物理實(shí)驗(yàn)，使之更好地服務(wù)于教學(xué)，服務(wù)于學(xué)生。本文將以礦泉水瓶為例，展示相關(guān)非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)。

一、聲現(xiàn)象——“聲名遠(yuǎn)揚(yáng)”

1.聲音的傳播：利用兩個(gè)礦泉水瓶和一根細(xì)線可制成簡易電話，可說明固體可以作為聲音傳播的介質(zhì)。

2.音調(diào)與頻率：將幾個(gè)相同的礦泉水瓶灌入不同高度的水，在瓶口依次吹氣，發(fā)出的音調(diào)不同?？諝庵蕉?，振動(dòng)頻率越大，音調(diào)越高。

二、物態(tài)變化——“水循環(huán)”

物態(tài)變化：將礦泉水瓶裝滿水放入冰箱中，水結(jié)成冰即凝固;礦泉水瓶裝一部分水，敞開瓶口，過一段時(shí)間觀察到水變少了即汽化（蒸發(fā)）。將裝滿水冷凍后的礦泉水瓶拿出冰箱，發(fā)現(xiàn)瓶壁上有水珠即液化。將收集有水蒸氣的礦泉水瓶進(jìn)行降溫處理至零度以下，發(fā)現(xiàn)瓶壁上有固體物質(zhì)即凝華。

三、光現(xiàn)象——“光彩斑斕”

1.光的直線傳播：將香煙或蚊香煙霧收集入礦泉水瓶中，用激光燈照射，可以觀察到清晰光路，展示光在空氣中沿直線傳播。

2.光的色散：在礦泉水瓶內(nèi)裝半瓶水后，將其透過陽光，可看見白光分解成有色光。

3.光的折射：將礦泉水瓶裝滿水，在瓶后看的的物品都錯(cuò)位了。

四、透鏡及其應(yīng)用——“鏡像世界”

1.放大鏡實(shí)驗(yàn)：在礦泉水瓶里裝滿水，透過瓶子看手指變粗了。透過瓶子緊貼課本發(fā)現(xiàn)文字被放大了。

2.光的會(huì)聚：將裝有水的礦泉水瓶平放在太陽光下，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)地上有一條亮線，說明對(duì)光線有會(huì)聚作用，進(jìn)一步說明不能將喝剩水的瓶子隨便亂丟，否則可能由于對(duì)太陽光的會(huì)聚引發(fā)火災(zāi)。

五、物質(zhì)的物理屬性——“屬性不變”

1.質(zhì)量：用家中電子秤測出一個(gè)礦泉水瓶的質(zhì)量，然后將其剪碎再放到天平上測量，比較前后質(zhì)量，說明質(zhì)量不隨形狀而改變;

2.密度：將裝滿水的蓋嚴(yán)的礦泉水瓶放入冰箱冷凍室，當(dāng)水凝固成冰，觀察到礦泉水瓶的體積膨脹，說明冰的密度小于水的密度;用礦泉水瓶裝滿水，但裝不下相同質(zhì)量的汽油，說明汽油密度小于水的密度。

還可以讓學(xué)生在兩個(gè)相同的礦泉水瓶中分別裝滿水和酒精，請(qǐng)家人調(diào)換位置后，提問學(xué)生哪一瓶是水，哪一瓶是酒精，如何區(qū)分？學(xué)生肯定會(huì)回答打開瓶蓋聞聞氣味。如果不打開瓶蓋怎么區(qū)分呢？學(xué)生會(huì)躍躍欲試，讓學(xué)生拿在手上，掂一掂，感覺瓶子連同里面物質(zhì)的總質(zhì)量是不同的。教師再提問兩個(gè)瓶子中水和酒精的哪個(gè)物理量相同呢？學(xué)生：體積。從而引出相同體積的水和酒精質(zhì)量是不相同的，從而引出新的物理量——密度。

3.比熱容：在兩個(gè)礦泉水瓶中分別裝相同質(zhì)量的水和食用油，放在同一個(gè)地方的太陽底下照射，發(fā)現(xiàn)食用油的溫度上升更快一些，說明食用油的比熱容比水小。

六、力——“力竿見影”

1.力的作用效果：用力捏礦泉水瓶可以改變其形狀，對(duì)放倒的礦泉水瓶外壁施加力可改變其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，說明了力的作用效果。

2.摩擦力：觀察瓶蓋上的紋路，可發(fā)現(xiàn)這是利用增大接觸面粗糙程度來增大摩擦。

學(xué)生對(duì)靜摩擦力理解比較困難，相對(duì)靜止且有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢，難以分析。特別是學(xué)生對(duì)于在豎直方向受靜摩擦力而靜止的物體的受力情況理解困難，可以讓學(xué)生握住礦泉水瓶，稍稍松手，瓶子要往下掉。引導(dǎo)學(xué)生感受相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢，接著進(jìn)一步分析物體處于靜止?fàn)顟B(tài)肯定受平衡力，受力分析后，就會(huì)將靜摩擦力理解到位了。親身體驗(yàn)，感知靜摩擦力，是解決理解困難的最好辦法。

滾動(dòng)摩擦：礦泉水瓶在桌面上很容易滾動(dòng)，摩擦聲小，而拖動(dòng)瓶子滑動(dòng)摩擦聲音變大。

3.影響壓力作用效果的因素：

（1）取一只空礦泉水瓶向瓶中裝入少量的水，放在海綿上立刻看到海綿凹陷了一些，將礦泉水瓶裝滿水再放到海綿上，會(huì)發(fā)現(xiàn)海綿凹陷得更深了?？梢缘贸鰤毫Φ淖饔眯Чc壓力大小有關(guān)。

（2）取一只空礦泉水瓶向瓶中裝滿水，蓋上瓶蓋放在一塊海綿上觀察海綿的凹陷程度，然后將瓶子倒置過來，再放在海綿上觀察海綿的凹陷程度，比較兩次凹陷程度，可以得出壓力的作用效果與接觸面積大小有關(guān)。

4.力的作用是相互的：互相敲擊兩只空礦泉水瓶，兩只水瓶會(huì)彈開，兩只手都感到力的作用，說明力的作用是相互的。

七、力與運(yùn)動(dòng)——“慣性使然”

慣性：取一只空礦泉水瓶截去上半部分并裝入適量的水，然后蓋上一塊硬紙板，將雞蛋放在硬紙板上，用手指突然彈擊硬紙板，可以觀察到雞蛋并沒有隨硬紙板一起飛去而是安然的落入瓶中。雞蛋正是由于自身慣性還保持原來的靜止?fàn)顟B(tài)而落在正下方。

八、壓強(qiáng)與浮力——“物體浮沉”

1.在礦泉水瓶中裝上適量的熱水，涮一涮，再將熱水倒掉，用蓋子蓋緊瓶口。一會(huì)兒瓶子會(huì)漸漸變扁了，從而引入大氣壓強(qiáng)的學(xué)習(xí)，驗(yàn)證大氣壓的存在。

2.液體內(nèi)部壓強(qiáng)與深度有關(guān)：在一礦泉水瓶側(cè)壁鉆三個(gè)上下位置不同的小孔，用橡皮泥塞住，給瓶里充滿水將瓶放在桌面上然后把橡皮泥同時(shí)拔出，發(fā)現(xiàn)從不同的孔向外噴水的水平射程不同，從而演示了液體內(nèi)部壓強(qiáng)與深度有關(guān)。學(xué)生知道兩者的關(guān)系后，再提問：若在瓶子側(cè)壁下部開一個(gè)小孔，則水流的流速與時(shí)間有怎樣的關(guān)系？可加深思考與認(rèn)識(shí)。

3.液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)：在礦泉水瓶體的不同方向上鉆很多細(xì)細(xì)的小孔，水不會(huì)立刻大量流出，然后裝滿水蓋上瓶蓋，兩手用力擠壓瓶體，可看到水從不同的小孔中向各個(gè)方向噴出，可以展示液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)。

4.浮力產(chǎn)生的原因：將礦泉水瓶的底部切掉，瓶口朝下，把乒乓球放入其中并落在瓶頸處，從上面倒水，直到水滿后，乒乓球也不會(huì)浮起來，而只有用手從下面堵住瓶口時(shí)，乒乓球才會(huì)浮起來，這時(shí)乒乓球上、下表面均受到水的壓力且下表面所受的壓力大于上表面所受的壓力。

5.體驗(yàn)浮力：取一只空礦泉水瓶，漂浮在水面，讓學(xué)生將其往水中按，會(huì)感受到向上一個(gè)力——浮力。同時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)隨著物體排開液體的體積增大時(shí)，手受到的向上的力越大。

6.鑒別物質(zhì)：在礦泉水瓶中裝適量水，分別漂浮在水面和鹽水上，可以觀察到礦泉水瓶漂浮在鹽水上時(shí)，露出液面的體積V排大，根據(jù)阿基米德原理，可推出排開液體體積與液體的密度的關(guān)系，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)可以順勢分析輪船從長江駛?cè)氪蠛r(shí)，船體是上浮還是下沉，可充分練習(xí)體會(huì)物體漂浮條件與阿基米德原理。

7.浮沉子：在礦泉水瓶中裝滿水，將一個(gè)口服液玻璃瓶裝少量水倒扣漂浮在瓶內(nèi)水中，用蓋子蓋緊瓶口，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)用力擠壓礦泉水瓶時(shí)，小玻璃瓶將會(huì)下沉，松開手玻璃瓶又會(huì)上浮，通過這種方式改變小玻璃瓶的自重，這也就是潛水艇的浮沉原理。

九、估測——“常見標(biāo)準(zhǔn)”

讓學(xué)生親自測量，瓶蓋、瓶身直徑、高度等作為日后長度估測的標(biāo)準(zhǔn)。常見礦泉水容積為500ml，可粗略計(jì)算，質(zhì)量為500g，方便作為體積與質(zhì)量的估測標(biāo)準(zhǔn)。

這樣的例子還有很多很多，我們?cè)诮虒W(xué)中可以不斷總結(jié)創(chuàng)新和完善，同時(shí)在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生用生活中常見、甚至是廢物做實(shí)驗(yàn)，研究相應(yīng)的物理問題，真正體現(xiàn)物理與生活的緊密聯(lián)系，不但會(huì)使學(xué)生感到親切好玩，更是利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生最終將廢礦泉水瓶扔到可回收垃圾箱，增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力以及創(chuàng)新精神，從而收到令人驚喜的效果。

（作者單位：西安市航天城第一中學(xué)）