某中学用低成本器材进行实验设计与制作

用低成本器材进行实验设计和制作 呼图壁县第三中学 古力巴哈提一 怎样认识低成本实验资源在科技日益发展的今天，在生活水平日益提高的今天，在中学教育阶段提出用低成本器材进行试验是否还有必要呢？尤其是电脑现在成为很多人不可或缺的东西后，很多事物可在电脑上完成和实现，还有必要进行低成本实验吗？以上的答案都是肯定的。固然先进的仪器不少见，但追踪社会的发展，基础物理的发现还是从基本实验着手，进而有的思想。现在我们倡导在一定程度上来追寻最原始物理发现的足迹，那就免不了要从基本实验，从低成本实验着手。实验器材只是我们引导学生去发现问题，去验证结果的一种途径，器材的高低贵贱并不存在绝对的意义。简单而低成本的实验，其智慧并不低、技术不低、内涵不低。从低成本实验中得到高产出的知识，里面的含金量更高，对老师和学生也更有意义。二低成本实验资源的开发和利用途径 在课程标准也倡导利用日常器具做实验，也就是倡导多做低成本实验，我们可以从哪些方面着手开展低成本实验资源的开发和利用呢？ 第一在演示实验方面：首先，如果原来的演示实验效果不明显，那我们可以自制实验来改进实验的效果；其次，我们可以开发新的演示实验，帮助学生建构知识体系，突出教学的重点，解决教学难点。第二在分组实验方面：我们一个可以改演示实验为分组实验，提供更多的机会给学生实验实验，让学生在动手动脑中愉快地学习；改高成本实验为低成本实验也是我们要考虑的一个方面，因为有很多仪器价格非常昂贵，有些学校买不起，所以就要想办法来开发一些低成本的实验，来满足学生来做实验。第三在课外实验方面：我们课堂实验结束了，但是知识没有结束，思维没有结束，我们可以把这些问题留给学生，带出课堂，设计一些课外实验，让学生在课外完成；这样的话可以提高学生的兴趣，提高学生学习物理的兴趣，兴趣是最好的老师。所谓低成本器材的物理实验是指那些材料易得、简便易做、趣味性强、形象生动、效果明显的物理实验。如利用日常生活用品；价值低廉的器材；废旧器材甚至废弃物品；身边随手可得的实验替代品；现成的非专用的仪器、器材代用；自制的实验器材来取代实验室专用器材等来进行实验。利用低成本器材做实验，并不是实验器材的简单替代，而是使实验装置更简化、实验现象更明了。“真正有价值、有生命力的低成本实验真正的魅力是它可以做到成本低而聪明不低、成本低而技术不低、成本低而价值不低。物理学是一门以实验为基础的学科,是以观察和实验为基础的自然科学,在物理教学中，我们把一些实验进行合理的、科学的改进创新，充分发挥物理实验的功能和作用，通过实验教学培养学生自主学习能力、探究能力和创新能力,下面列举一些低成本实验如下:先介绍几例巧用注射器做的物理小实验。1验证大气压的存在1去掉针头左手拿好针管，右手向后拉动活塞至针管末端，感觉施力的大小，松开右手可观察到活塞静止不动。接着左手执好针管，大拇指堵严管口，右手向后拉动活塞，可感觉到比前次用力大了许多；左手不动，松开右手，可观察到活塞自动返回。2将去掉针头的针管口没入水中，向后拉动活塞可观察到水慢慢流入针管内。当水进入针管三分之二左右时，取出针管让管口朝下，可观察到水不会从针管口流出；向上拉动活塞直至活塞从针管中拔出，这时观察到水从针管内流了出来。3演示压缩体积使气体液化向注射器内吸入少量乙醚，用橡胶塞将针口封闭，向外拉动活塞便可看到针管内的乙醚“不见了”；然后用力向内推动活塞便可看到乙醚又“出现了”。4验证水的沸点随气压变化而变化用针管吸入80以上的热水至针管的四分之一左右，观察到水并不沸腾；接着用手堵严管口，向后拉动活塞时可观察到管内的水产生大量气泡，剧烈沸腾起来；向前慢慢推动活塞时可发现沸腾减慢直到停止。5证明人体内存在气压去掉注射器顶端，将其针管开口端用力推压在手掌上，然后向上提起活塞，可看到针管内皮肤向上凸起，由此可以证明人体内存在气压。6演示液压机原理选取一大一小两个注射器，先给一个注射器中吸取一定量的水，然后去掉针头，用橡胶管将两注射器相连就成了简易的液压机。（用两只手同时向下压活塞便可以感受到大活塞上的压力明显大于小活塞。）7演示连通器原理将上例中的“液压机”的活塞抽掉，就形成了连通器。向一个针管中注水便可以观察到两针管中的水面是相平的。9代替量筒由于针管上标有较精确的刻度因而可以代替量筒与其它工具结合来测定液体或固体的体积与密度。由以上实验可以看出，利用废针管进行实验简单、直观，可操作性很强，实验现象明显，效果显著。但是在进行实验时应该注意以下的几个问题：1使用时一定要注意消毒，妥善处理好针头和针管的安全和卫生。2实验不能只停留在表面现象一定要仔细分析其中的物理道理。用矿泉水瓶做的物理实验一、演示“惯性现象”取一只空矿泉水瓶，截去上半部分并装入适量的水，然后盖上一块硬纸板，将鸡蛋放在硬纸板上（如图1所示），用手指突然弹击硬纸板，可以观察到鸡蛋并没有随硬纸板一起飞去，而是安然的落入瓶中。鸡蛋正是由于自身惯性还保持原来的静止状态而落在正下方。二、演示“影响压力作用效果的因素”取一只空矿泉水瓶，向瓶中装入少量的水放在一块海绵上，立刻看到海绵凹陷一些；将矿泉水瓶装满水再放到海绵上，会发现海绵凹陷得更深了，如图2所示。可以得出压力的作用效果与压力大小有关；取一只空矿泉水瓶，向瓶中装满水盖上瓶盖，放在一块海绵上，观察海面的凹陷程度，然后将瓶子倒置过来再放在海面上，观察海面的凹陷程度，比较两次凹陷程度，可以得出压力的作用效果与接触面积大小有关。三、演示“大气压强”的存在取一只空矿泉水瓶装满水，将矿泉水瓶浸没于水中如图3甲所示；若抓住瓶底向上提，会发现在瓶口未离开水面之前，瓶里始终充满水，如图3乙所示；若在瓶底钻一小孔，重做上面的实验，会发现瓶中水面与瓶外水面始终相平，如图3丙所示。可以证明大气压的存在。取一只空矿泉水瓶，向瓶内注入少量的热水，摇晃后倒掉并立即盖紧瓶盖，过一会儿发现瓶子慢慢向内凹陷，可以证明大气压强的存在。四、演示“液体内部压强与深度有关”如图4所示。取一矿泉水瓶，在其侧壁钻三个上下位置不同的小孔，用橡皮塞塞住，给瓶里充满水，将瓶放在足够高的桌面上，然后把橡皮塞同时拔出，通过实验探究可发现，从不同的孔向外喷水的水平射程不同，从而演示了“液体内部压强与深度有关”。五、演示“液体内部向各个方向都有压强”取一矿泉水瓶，若在矿泉水瓶体的不同方向上，用小铁钉钻很多小孔，然后向瓶内装满水，盖上瓶盖，两手用力挤压瓶体，可看到水从不同的小孔中向各个方向喷出，这可以证明了“液体内部向各个方向都有压强”。六、演示“浮力产生的原因”取一个瓶口内径略小于乒乓球直径的矿泉水瓶，去掉其底部，把一只乒乓球放到瓶口处，然后向瓶里注水，会发现水从瓶口流出，乒乓球不上浮，原因是“乒乓球只有上表面受到水向下的压力，而下表面基本没有受到水向上的压力”，因而乒乓球不上浮（如图5甲所示）；接着用手指堵住瓶口，不久就可观察到乒乓球上浮起来（如图5乙、丙所示），其原因是此时“乒乓球上、下表面均受到水的压力，且下表面所受的压力大于上表面所受的压力”。可以演示“浮力产生的原因”，即“液体对物体上、下表面的压力差所引起的”。七、演示“光的折射”现象取一矿泉水瓶，截去上半部分并装满水，将筷子斜插入水中，从水面上斜着看，会发现插入水中部分的筷子向上弯折，可以演示光的折射（如图6所示）。八、演示“力的作用效果”双手挤压空矿泉水瓶可以使瓶子变形，如果施加的力增大，瓶子变形程度就加大，这表明力的作用效果跟力的大小有关，力越大，力的作用效果越明显。九、演示“流体压强与流速的关系”两个瓶子放在一起，在瓶子的一边放置一个乒乓球，从另一侧向瓶缝隙中吹气，乒乓球不动。从缝隙中吹气，靠近瓶子一侧的空气流速大，压强小，而乒乓球外侧的空气流速小，压强大，会产生一个向内侧的压力差，所以球不动。可以说明流体压强与流速的关系。十、演示“物体的浮沉”取一矿泉水瓶，截去上部并装满清水（如图7所示）。鸡蛋放在清水中会沉入水底；若在清水中放入盐，如果配制的盐水合适，鸡蛋会悬浮在盐水中。继续加盐，鸡蛋会上浮，最终漂浮在液面上。制作浮沉子：取一矿泉水瓶，倒入适量的水（不倒满）。然后取一注射用的小玻璃瓶向其中装入适量的水，将其倒放入矿泉水瓶中，使其漂浮如（图8所示），然后盖上瓶盖，通过用力挤压瓶体发现小玻璃瓶可以实现下沉和上浮，制作成一个简易的浮沉子。或者不盖盖子，而在瓶口扎上一块橡皮膜，然后用手指按压橡皮膜，同样可以使小玻璃瓶实现浮沉。十一、演示“凸透镜”的相关实验取一矿泉水瓶，可以在瓶中装满水，对着太阳光，可以在地面上得到“细细”的亮条，说明凸透镜可以汇聚太阳光（凸透镜对光的汇聚作用）。取一矿泉水瓶，可以在瓶中装满水，然后隔着瓶子观察物体（注意瓶子与物体之间的距离适中），可以看到放大了的物体的虚像，演示凸透镜成放大的虚像。十二、演示“失重现象”取一矿泉水瓶，给瓶内装半瓶水，在瓶底用铁钉钻一小圆孔，我们可看到水从孔中喷出， 若这时让塑料瓶自由下落，可看到水不再向外喷出，这就验证了水的失重现象。十三、演示“气体的压强随体积的增大而减小”取一矿泉水瓶，在靠近瓶底部的侧壁上开一个小圆孔，用胶带封住小孔，接着拧开瓶盖，往瓶中加入水，然后撕去胶带，水便从小孔射出，如图9所示。接着盖上瓶盖并拧紧，不久水便停止从小孔中射出，此时瓶内水面上方气压小于外界大气压。这个实验表明气体的压强随体积的增大而减小。介绍鸡蛋有关的物理实验。一、热胀冷缩的性质把煮熟捞起的蛋立刻浸入冷水中待完全冷却后，再捞上来剥落比不放入冷水中直接剥要容易多。蛋刚浸入冷水中，蛋壳直接遇冷收缩，而蛋向温度下降不大，收缩也较小，蛋壳和蛋白相比主要蛋壳在收缩、冷却过程中，蛋白收缩率比蛋壳大，收缩程度更明显容易造成蛋白蛋有相互脱离，剥蛋壳就更方便了。二、液体蒸发吸热把刚煮熟的鸡蛋从锅内捞起来，直接用手拿时，虽然较烫，但还可以忍受过一会儿，当蛋壳上的水干了后，感到比刚捞上时烫。因为刚捞上来的蛋壳上附着一层水，开始时，水蒸发吸热，使蛋壳的温度下降，所以并不觉得烫经过一段时间，水蒸发完了。由蛋内部传递出的热量使蛋壳的温度重新升高，所以感到更烫手。三、验证大气压的存在如图1所示，选一只口径略小于鸡蛋的瓶子，在瓶底铺上一层沙千。点燃一团浸过酒糟的棉花投入瓶内，接着把一只剥了壳的熟鸡蛋堵住瓶口。火焰熄灭后，蛋被瓶子存入了瓶肚中浸过酒精的棉花燃烧使瓶内气体受热膨胀，部分空气被排出。同时棉花燃烧也消耗了部分空气。当蛋堵住瓶口，火焰熄灭后，瓶内气体由于温度下降，压强变小，低于瓶外的大气压。在大气压的作用下，有一定弹性的熟鸡蛋被压入瓶内。四、浮沉现象把一只鸡蛋，浸没在一只装有清水的大口径玻璃杯中。松开手后，发现鸡蛋缓缓沉入杯底，如图2（a），捞出鸡蛋往清水中加入食盐，调制成浓度较高的盐水，再把鸡蛋浸没在盐溶液中，松开手，鸡蛋却缓缓上浮，如图2（b）。物体的浮沉情况取决于所受的重力和浮力的大小关系。因为蛋的密度略微比清水的密度大，当蛋浸入清水中，鸡蛋受到的重力大于浮力，所以蛋将下沉。当鸡蛋浸没在盐水中时，由于盐水的密度比鸡蛋的密度大，所受的重力小于浮力，所以