如何自制物理教具（经典实用）

1、 一自制物理实验教具的意义一自制物理实验教具的意义 A谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法 物理学是一门物理学是一门实验科学实验科学，物理实验是物理学的重要部，物理实验是物理学的重要部 分分。物理规律的发现、物理理论的建立和物理学的发展，物理规律的发现、物理理论的建立和物理学的发展， 都离不开实验，都必须以严格的物理实验为基础，并受到都离不开实验，都必须以严格的物理实验为基础，并受到 实验的检验。因此实验的检验。因此,物理实验在物理学的创立和发展中占有物理实验在物理学的创立和发展中占有 十分重要的地位，同时在推动其它科学、工程技术的发展十分重要的地位，同

2、时在推动其它科学、工程技术的发展 中也起到重要的作用。不言而喻，在物理教学中物理实验中也起到重要的作用。不言而喻，在物理教学中物理实验 的作用非常重要。的作用非常重要。 自制仪器教具是古往今来历代科学家的优良传统。物自制仪器教具是古往今来历代科学家的优良传统。物 理学的许多重大成就在很多情况下就是伴随着仪器的成功理学的许多重大成就在很多情况下就是伴随着仪器的成功 设计而诞生的。设计而诞生的。我们认为我们认为，提倡自制教具，不仅仅是教学，提倡自制教具，不仅仅是教学 条件困难才自制教具，即使办学条件好的重点中学也该重条件困难才自制教具，即使办学条件好的重点中学也该重 视自制教具。视自制教具。 A谈

3、谈自制物理实验教具意义、常用加工方法谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法 虽然虽然教师用自己制作的教具与使用厂家生产的教具来讲教师用自己制作的教具与使用厂家生产的教具来讲 课，教学效果是不一样的。使用厂家制造的仪器，固然比课，教学效果是不一样的。使用厂家制造的仪器，固然比 较规范、比较精致美观，较规范、比较精致美观，但是，但是，使用自制的仪器教具，却使用自制的仪器教具，却 可以更能让学生看到仪器的内部构造，了解仪器的工作原可以更能让学生看到仪器的内部构造，了解仪器的工作原 理。理。 另外更重要的是：另外更重要的是：当学生看到那些用生活物品与身边当学生看到那些用生活物品与身边 的常见材料来做实

4、验时，会使学生觉得物理离自己更近，的常见材料来做实验时，会使学生觉得物理离自己更近， 容易激发学生热爱物理、热爱科学的情感容易激发学生热爱物理、热爱科学的情感 。 A谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法 二 制作教具的几个基本问题制作教具的几个基本问题 2.1 教具制作的基本要求教具制作的基本要求 1） 启发性启发性 制作的教具应该有丰富的物理学思想，能启迪学生的制作的教具应该有丰富的物理学思想，能启迪学生的 思维。有利于培养学生的创造能力。思维。有利于培养学生的创造能力。我们反对把重要的物我们反对把重要的物 理原理无法展现理原理无法展现 ( 或不重视展

5、现或不重视展现 ) 在学生面前，学生看了实在学生面前，学生看了实 验却一无所知，一无所获。我们提倡让学生能看懂它所需验却一无所知，一无所获。我们提倡让学生能看懂它所需 要演示的物理原理。要演示的物理原理。 2） 经济性经济性 我们要求自制的教具少花钱或不花钱，这样教具成本我们要求自制的教具少花钱或不花钱，这样教具成本 低，只要能达到演示效果就行。低，只要能达到演示效果就行。所以，我们提倡所以，我们提倡 “坛坛罐坛坛罐 罐当仪器，拼拼凑凑做实验罐当仪器，拼拼凑凑做实验”。这种勤俭节约的办学精神。这种勤俭节约的办学精神。 A谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方

6、法 3） 可靠性可靠性 我们要求自制的教具能坚固耐用、不易损坏；安全可我们要求自制的教具能坚固耐用、不易损坏；安全可 靠、工作稳定。靠、工作稳定。 我们做的教具并不是只做一次实验就不要我们做的教具并不是只做一次实验就不要 了，也不是只求偶尔成功一次。教具应该重复性能好。了，也不是只求偶尔成功一次。教具应该重复性能好。 4） 可观性可观性 教具是演示物理现象给全班同学观察的，不是一个人教具是演示物理现象给全班同学观察的，不是一个人 拿在手里的袖珍玩具。用八个字可以概括拿在手里的袖珍玩具。用八个字可以概括 “尺寸够大，尺寸够大， 简单明了简单明了”。 所以自制教具尺寸应该尽可能大一点或者所以自制教

7、具尺寸应该尽可能大一点或者 能通过其它方式能使全班同学都看到能通过其它方式能使全班同学都看到 A谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法 2.2 怎样设计自制教具怎样设计自制教具 一般来说自制教具之前首先要进行方案设计，绘出草图后方能施工。一般来说自制教具之前首先要进行方案设计，绘出草图后方能施工。 对于比较复杂的教学仪器或教具的设计和制作是一项比较综合、复杂对于比较复杂的教学仪器或教具的设计和制作是一项比较综合、复杂 和细致的工作；它涉及和细致的工作；它涉及仪器用途仪器用途（用来干什么，演示还是分组实验）、（用来干什么，演示还是分组实验）、精精 度度（定性

8、还是定量，测量结果准确到何等程度）；（定性还是定量，测量结果准确到何等程度）；设计依据设计依据（设计原理、（设计原理、 方法）；方法）；设计装置设计装置（包括机械结构、连接装配方式、电路原理、印刷电路、（包括机械结构、连接装配方式、电路原理、印刷电路、 外观形式等及选材，用什么元器件、原材料）；外观形式等及选材，用什么元器件、原材料）；机械零部件加工和电路板机械零部件加工和电路板 制作，中间试验，综合实验，确定最终方案，设计零件图、装配图，设计制作，中间试验，综合实验，确定最终方案，设计零件图、装配图，设计 加工外壳；总装、调试（定标）等多项工作。加工外壳；总装、调试（定标）等多项工作。 当然

9、对于简单的教具就不需要这些考虑，只要画出结构、尺寸示意草当然对于简单的教具就不需要这些考虑，只要画出结构、尺寸示意草 图，只要能用尽可能简单的方法做出来并且能达到演示要求就可以了。图，只要能用尽可能简单的方法做出来并且能达到演示要求就可以了。 设计自制教具绘图软件设计自制教具绘图软件-CAXA2007破解版破解版 A谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法 设计时应注意：设计时应注意： （1）不要脱离物理教材不要脱离物理教材。 脱离了物理教材，任何具有深奥物理原理的仪器，都会在课堂上失脱离了物理教材，任何具有深奥物理原理的仪器，都会在课堂上失 去光辉、失去意

10、义。去光辉、失去意义。 （2）不要放弃一点一滴的改进不要放弃一点一滴的改进。 前人已经有了许多这方面的研究，各种资料都有许多介绍，但是只前人已经有了许多这方面的研究，各种资料都有许多介绍，但是只 要我们抓住某一点或某一个方面进行改进，也可以得到收获。例如：在要我们抓住某一点或某一个方面进行改进，也可以得到收获。例如：在 趣味性方面着手，可以增加学生学习兴趣，刺激学生的兴奋神经，产生趣味性方面着手，可以增加学生学习兴趣，刺激学生的兴奋神经，产生 深刻印象，提高学生学习物理科学的积极性。又例如：在制作材料上下深刻印象，提高学生学习物理科学的积极性。又例如：在制作材料上下 功夫，如果能使学生唾手可得

11、，显然具有推广意义。再例如：在启发性功夫，如果能使学生唾手可得，显然具有推广意义。再例如：在启发性 方面着手，可以展示物理过程，让学生揭示物理现象发生的步骤。方面着手，可以展示物理过程，让学生揭示物理现象发生的步骤。 （3） 不要超出自己制作能力的范围不要超出自己制作能力的范围 一切从实际出发，量力而行，不要好高骛远。否则一旦动手之后，难一切从实际出发，量力而行，不要好高骛远。否则一旦动手之后，难 以为继。以为继。 多功能简谐振动演示仪多功能简谐振动演示仪 圆偏振弦线驻波演示仪圆偏振弦线驻波演示仪 1、水平调节螺钉、水平调节螺钉 2、弹性波用绳、弹性波用绳 3、支撑杆、支撑杆 4、弹性绳固定螺

12、钉、弹性绳固定螺钉 5、刻度尺、刻度尺 6 、调速电机安装盒、调速电机安装盒 7、调速开关、调速开关 8、铝合金圆盘、铝合金圆盘 9、后立板、后立板 10、电源开关、电源开关 11、 底板底板 12、偏心轴、偏心轴 13电机轴电机轴 弹簧振子简谐振动正弦曲线合成演绘仪弹簧振子简谐振动正弦曲线合成演绘仪 1电火花打点器电火花打点器 2电机调速器电机调速器 3仪器底座仪器底座 4调速电机调速电机 5立板立板 6导向柱导向柱7石墨电极纸石墨电极纸 8卷筒纸支撑架卷筒纸支撑架 9底座胶垫底座胶垫 10金属小球金属小球 11导向杆导向杆 12电极针电极针 13弹簧弹簧14塑料横梁塑料横梁 15电极接线柱

13、电极接线柱 16电极夹电极夹 17走纸圆筒走纸圆筒 18A4卷纸卷纸 19正弦曲线正弦曲线 20电极线电极线 A谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法 2.3 教具制作材料来源教具制作材料来源 我们提倡：我们提倡：制作教具的材料主要利用日常生活常见物品或废弃物品。制作教具的材料主要利用日常生活常见物品或废弃物品。 除非不容易得到的材料和重要部件，才可以购买或用实验室其它仪器充当。除非不容易得到的材料和重要部件，才可以购买或用实验室其它仪器充当。 归纳起来，有五个字：找、拣、拆、要、买。归纳起来，有五个字：找、拣、拆、要、买。 找找生活中时时留神，处处寻找。

14、例如：找来旧包装盒做物体稳度生活中时时留神，处处寻找。例如：找来旧包装盒做物体稳度 实验；找来废牙刷柄、废签字笔杆等做电荷间相互作用实验或做支撑杆；实验；找来废牙刷柄、废签字笔杆等做电荷间相互作用实验或做支撑杆； 找来泡沫塑料、铝箔制作静电相互作用力小球，找来泡沫塑料、铝箔制作静电相互作用力小球， 。平时注意将自己生。平时注意将自己生 活中使用过后留下的一些废品如：废笔杆、饮料瓶、易拉罐、吸管、充电活中使用过后留下的一些废品如：废笔杆、饮料瓶、易拉罐、吸管、充电 器、器、等，收集存放以备及时之需。等，收集存放以备及时之需。 拣拣在垃圾堆拣废品，拣废料。从垃圾箱里拣来旧罐头盒，废塑在垃圾堆拣废品

15、，拣废料。从垃圾箱里拣来旧罐头盒，废塑 料盒、废饮料瓶、易拉罐、废蜡烛头等做空气对流实验、物体沉浮演示实料盒、废饮料瓶、易拉罐、废蜡烛头等做空气对流实验、物体沉浮演示实 验、反冲实验；拣来钢筋、铁钉，铁丝等加工连接或支承等部件验、反冲实验；拣来钢筋、铁钉，铁丝等加工连接或支承等部件 A谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法 拆拆将一些已经用坏的仪器或日用品，如节能灯座、将一些已经用坏的仪器或日用品，如节能灯座、 充电器等将其中的有用零件如：变压器、二极管、三极管、充电器等将其中的有用零件如：变压器、二极管、三极管、 电容器、电感等拆下来备用，变压器一般原边

16、绕组容易烧坏，电容器、电感等拆下来备用，变压器一般原边绕组容易烧坏， 但其副边绕组通常是好的，根据这点我们可用来做电磁振动但其副边绕组通常是好的，根据这点我们可用来做电磁振动 体的零部件等。体的零部件等。 要要向有关单位和部门要一些少量报废的东西。向水向有关单位和部门要一些少量报废的东西。向水 电工要废旧电工要废旧PVC管；向医务室要废针头，废药瓶；向办公室管；向医务室要废针头，废药瓶；向办公室 工作人员要废椭圆形墨水瓶，工作人员要废椭圆形墨水瓶，。 买买能不买的尽量不买，有些找不到又不宜制作的物能不买的尽量不买，有些找不到又不宜制作的物 品才花少量钱去买。例如：磁铁、电阻、电容、激光笔等。品

17、才花少量钱去买。例如：磁铁、电阻、电容、激光笔等。 圆偏振弦线驻波演示仪制作材料圆偏振弦线驻波演示仪制作材料调速电机调速电机 工作电压：工作电压：1.5V-18V 长时间工作电压：长时间工作电压：1.5V-12V 工作电流：工作电流：0.26A-0.80A 最大功率：最大功率：50W 工作寿命：工作寿命：不间断连续运行时间：不间断连续运行时间：12000小时，间断运行时间：小时，间断运行时间：16000小时小时 性能参数：性能参数： 工作电压：工作电压： 每分钟转数：每分钟转数： 工作电流：工作电流： 1.5V 3000转转 0.26A 3V 6000转转 0.30A 6V 12000转转 0

18、.40A 9V 18000转转 0.44A 12V 24000转转 0.50A 15V 30000转转 0.56A 18V 36000转 0.80A 以上是光感式直流电机测试仪测速结果，误差率为以上是光感式直流电机测试仪测速结果，误差率为0.05% 马达尺寸马达尺寸:直径直径27.7MM 总长总长64MM 轴径轴径2.3MM 轴长轴长15MM 重量重量95克克. 圆偏振弦线驻波演示仪制作材料圆偏振弦线驻波演示仪制作材料调速器调速器 【主要参数主要参数】 -工作电压工作电压 ：DC6V - DC40V -输出功率输出功率 ：0.1W - 130W -过流保护过流保护 ：3.3A -工作环境工作环

19、境 ：工业环境：工业环境 -模块尺寸模块尺寸 ：6.3cm x 3.9cmx 2.8cm -单个重量单个重量 ：69克克 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 一、简易自制教具制作与演示一、简易自制教具制作与演示 1 用废易拉罐等制作的空气对流演示器用废易拉罐等制作的空气对流演示器 实验目的：实验目的：演示空气受热膨胀后形成对流气体推动叶轮旋转的对流演演示空气受热膨胀后形成对流气体推动叶轮旋转的对流演 示器，加强学生对对流的理解。示器，加强学生对对流的理解。 图1 实验说明：实验说明： 当蜡烛点燃后筒内空气受热膨当蜡烛点燃后筒内空气受热膨 胀体积增大密度减小将向上运胀体积增大密度减小将向

20、上运 动，而周围密度较大的冷空气动，而周围密度较大的冷空气 将移过来填补从而形成对流现将移过来填补从而形成对流现 象。通过观察叶轮的转动说明象。通过观察叶轮的转动说明 对流原理。对流原理。 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 2.喷泉实验喷泉实验 实验原理：实验原理：在讲大气压强时，让学生能够比较形象直观的认识到大气压的在讲大气压强时，让学生能够比较形象直观的认识到大气压的 存在和利用大气压的现象存在和利用大气压的现象 1）仪器的装置如图）仪器的装置如图7-1-2所示，主要由以下部分组成：所示，主要由以下部分组成： 图 7-1-2 （1）外壳比较厚实的饮料瓶；）外壳比较厚实的饮料瓶；

21、（2）喷水管：用废签字笔芯去掉其笔尖金属部分并清）喷水管：用废签字笔芯去掉其笔尖金属部分并清 洗干净；洗干净； （3）出水管：废签字笔外笔杆、饮料吸管或橡胶管；）出水管：废签字笔外笔杆、饮料吸管或橡胶管； （4）储水槽：用废饮料瓶盛水，作为供水的水源；）储水槽：用废饮料瓶盛水，作为供水的水源； （5）接水槽：用废饮料瓶接出水管流出的水，也可直）接水槽：用废饮料瓶接出水管流出的水，也可直 接把出水口与下水道相通。接把出水口与下水道相通。 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 2）制作方法）制作方法 将饮料瓶盖取下用钻头或电烙铁钻出或烙出与笔杆和笔芯大小相将饮料瓶盖取下用钻头或电烙铁钻出或烙

22、出与笔杆和笔芯大小相 同的孔后用同的孔后用AB胶或环氧树脂粘牢即可。胶或环氧树脂粘牢即可。注意不能漏气注意不能漏气! 3）工作原理）工作原理 p 图 7-1-3 h s H p0 p0 3 1 2 4 5 如图如图7-1-3所示，当水沿出水管所示，当水沿出水管3流出时，封闭在流出时，封闭在 饮料瓶饮料瓶1中空气的体积增大，压强减小，使管外大气中空气的体积增大，压强减小，使管外大气 压强大于管中空气的压强，所以水能从喷嘴压强大于管中空气的压强，所以水能从喷嘴2喷出。喷出。 喷射的水柱高度由储水槽喷射的水柱高度由储水槽4与接水槽与接水槽5水平面间的高水平面间的高 度差来决定。度差来决定。 水柱喷射

23、高度的计算方法如下：水柱喷射高度的计算方法如下：设大气压强为设大气压强为p0， 签字笔喷管中的空气压强为签字笔喷管中的空气压强为p，接水槽到储水槽的高度，接水槽到储水槽的高度 差为差为H，储水槽液面到饮料瓶中液面的高度差为，储水槽液面到饮料瓶中液面的高度差为s，喷，喷 射水柱高度为射水柱高度为h。 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 则储水槽液面的压强应满足则储水槽液面的压强应满足: pghgsp 0 接水槽液面的压强也应满足接水槽液面的压强也应满足: pgsgHp 0 该实验不仅说明了大气压的存在，同时也是利用大气该实验不仅说明了大气压的存在，同时也是利用大气 压的一个很有趣的实验。

24、压的一个很有趣的实验。 由以上两式可得由以上两式可得Hh，即水柱高度等于出水口到进，即水柱高度等于出水口到进 水口的高度差，由于水与管之间有粘滞阻力，因而实际上水口的高度差，由于水与管之间有粘滞阻力，因而实际上 hH。 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 该实验不仅说明了大气压的存在，同时也是利用大气该实验不仅说明了大气压的存在，同时也是利用大气 压的一个很有趣的实验。压的一个很有趣的实验。 希罗喷泉希罗喷泉 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 该实验不仅说明了大气压该实验不仅说明了大气压 的存在，同时也是利用大气压的的存在，同时也是利用大气压的 一个很有趣的实验。一个很有趣的

25、实验。 希罗喷泉希罗喷泉 请确保胶管都处在适当的高度，参考装配图。 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 3气垫盘实验气垫盘实验 实验目地：实验目地：近似地演示物体不受阻力时的运动状态。进而提出牛顿第近似地演示物体不受阻力时的运动状态。进而提出牛顿第 一定律一定律 。 说明：说明：在在地球地球表面，惯性时常会被表面，惯性时常会被摩擦力摩擦力、空气阻力空气阻力等等效应掩蔽，从等等效应掩蔽，从 而促使物体的移动速度变得越来越慢（通常最后会变成静止状态）。这而促使物体的移动速度变得越来越慢（通常最后会变成静止状态）。这 现象误导了许多古代学者，例如，现象误导了许多古代学者，例如，亚里斯多德亚里

26、斯多德认为，在宇宙里，所有物认为，在宇宙里，所有物 体都有其体都有其“自然位置自然位置”处于完美状态的位置，物体会固定不动于其自处于完美状态的位置，物体会固定不动于其自 然位置，只有当外力施加时，物体才会移动。然位置，只有当外力施加时，物体才会移动。 也就是说也就是说“运动需要力来运动需要力来 维持维持”，学生在早期的日常生活中大量观察到的也是停止施力物体就不，学生在早期的日常生活中大量观察到的也是停止施力物体就不 再运动的现象，是他们在头脑中形成前概念的感性基础。要挑战学生的再运动的现象，是他们在头脑中形成前概念的感性基础。要挑战学生的 这种有长期个体经验基础的前概念，就必须通过实验把物理现

27、象突出到这种有长期个体经验基础的前概念，就必须通过实验把物理现象突出到 人们的自然观察所忽略或达不到的程度，使学生对个人的观念有所认识人们的自然观察所忽略或达不到的程度，使学生对个人的观念有所认识 和反思。从这个角度考虑，摩擦力的影响是关键，设计实验演示物体在和反思。从这个角度考虑，摩擦力的影响是关键，设计实验演示物体在 尽可能小的摩擦力作用下的运动行为，让学生自己发现原有观念错误的尽可能小的摩擦力作用下的运动行为，让学生自己发现原有观念错误的 原因，是很有必要的。原因，是很有必要的。 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 气垫盘的制作方法如下：气垫盘的制作方法如下： 2 5 （a） 图

28、 7-1-4 方法方法1：如图如图7-1-4（a）所示，取一只橡皮塞或软）所示，取一只橡皮塞或软 木塞，在其中心上端钻一个直径约为木塞，在其中心上端钻一个直径约为12mm的圆的圆 孔，下端钻一约直径孔，下端钻一约直径5mm的圆孔，两孔相通，大的圆孔，两孔相通，大 孔洞对准废光盘中央的孔，将它们胶合在一起（孔洞对准废光盘中央的孔，将它们胶合在一起（ 胶合处用蜡或胶合处用蜡或AB胶密封，不能使缝隙处漏气）。胶密封，不能使缝隙处漏气）。 将充气的气球套在橡皮塞上，然后把光盘放在水将充气的气球套在橡皮塞上，然后把光盘放在水 平玻璃板上或很平整的桌面上，松开气球颈部的平玻璃板上或很平整的桌面上，松开气球

29、颈部的 扎线或夹子，由小孔喷出的空气在光盘和玻璃间扎线或夹子，由小孔喷出的空气在光盘和玻璃间 形成气垫，如图形成气垫，如图7-1-4（b）所示。这个气垫能使光）所示。这个气垫能使光 盘游离在玻璃之上，摩擦极小，它在玻璃板上运盘游离在玻璃之上，摩擦极小，它在玻璃板上运 动时很接近匀速直线运动。动时很接近匀速直线运动。 图 7-1-4 （b） B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 图 7-1-5 方法方法2：用废签字笔和废光盘来做。先用用废签字笔和废光盘来做。先用 一小片厚一小片厚2-3mm的塑料板（有机玻璃板的塑料板（有机玻璃板 、废光盘也可）切割成直径、废光盘也可）切割成直径20-30m

30、m 小圆块或小方块，并在其中心钻小圆块或小方块，并在其中心钻2mm左左 右的圆孔，用二氯乙烷或其它胶粘剂，粘右的圆孔，用二氯乙烷或其它胶粘剂，粘 贴在废光盘中心，（注意一定要粘贴在有贴在废光盘中心，（注意一定要粘贴在有 凸起的那面，即有记录信号的那面）；用凸起的那面，即有记录信号的那面）；用 手锯将签字笔笔套（笔帽）的笔挂顶端将手锯将签字笔笔套（笔帽）的笔挂顶端将 笔挂锯下，并用锉刀打磨平整后也用胶粘笔挂锯下，并用锉刀打磨平整后也用胶粘 剂将其对准小圆块中心粘贴，注意粘贴时剂将其对准小圆块中心粘贴，注意粘贴时 使笔套垂直于光盘；将笔杆前端锁紧笔尖使笔套垂直于光盘；将笔杆前端锁紧笔尖 处卸掉，将

31、笔杆（即捉笔处）锯下处卸掉，将笔杆（即捉笔处）锯下40mm 左右一段，打磨平整将气球套上后用线栓左右一段，打磨平整将气球套上后用线栓 牢牢,如图如图7-1-5所示。演示时可先将气球所示。演示时可先将气球 充气后用手捏住，待插入光盘上的笔套后充气后用手捏住，待插入光盘上的笔套后 放到清洁平整的桌面或地面即形成气垫盘放到清洁平整的桌面或地面即形成气垫盘 。 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 4伽利略的理想斜面实验伽利略的理想斜面实验 实验背景：实验背景： 两个相连接的倾斜轨道，小球在轨道上运动会先下降后上两个相连接的倾斜轨道，小球在轨道上运动会先下降后上 升。使一个小球从倾斜轨道的某一高

32、度处滑下，小球在经升。使一个小球从倾斜轨道的某一高度处滑下，小球在经 过轨道最低点后沿轨道上升，上升到一定高度后静止。过轨道最低点后沿轨道上升，上升到一定高度后静止。伽伽 利略利略发现若忽略摩擦力，小球上升的高度与释放的高度将发现若忽略摩擦力，小球上升的高度与释放的高度将 始终相等，于是他推测，如果是一个倾斜轨道接一个水平始终相等，于是他推测，如果是一个倾斜轨道接一个水平 轨道，那么小球永远也不能上升到初始高度，于是小球就轨道，那么小球永远也不能上升到初始高度，于是小球就 将永远运动下去。所以伽利略主张，施加外力改变的是物将永远运动下去。所以伽利略主张，施加外力改变的是物 体的速度而不是位置；

33、维持物体速度不变，不需要任何外体的速度而不是位置；维持物体速度不变，不需要任何外 力。力。 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 假设斜面逐渐延长，最后变成水平面假设斜面逐渐延长，最后变成水平面BH，则基于，则基于“连续性原则连续性原则” 该小球该小球“本应当本应当”回到与点回到与点A同高度的位置，然而由于事实上同高度的位置，然而由于事实上BH是水是水 平的，小球永远不可能滚到先前的高度，而速度的减少量将变成平的，小球永远不可能滚到先前的高度，而速度的减少量将变成0，因，因 此小球会不停地呈匀速直线运动。伽利略总结，假若不碰到任何阻碍，此小球会不停地呈匀速直线运动。伽利略总结，假若不碰到

34、任何阻碍， 那么运动中的物体会持续地做匀速直线运动。他将此称为惯性定律。这那么运动中的物体会持续地做匀速直线运动。他将此称为惯性定律。这 理论刚被提出时并不被其他学者接受，因为当时大多数学者不了解摩擦理论刚被提出时并不被其他学者接受，因为当时大多数学者不了解摩擦 力与空气阻力的本质，不过伽利略的实验以可靠的事实为基础，经过抽力与空气阻力的本质，不过伽利略的实验以可靠的事实为基础，经过抽 象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，更深刻地反应了自然规律。象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，更深刻地反应了自然规律。 A B CDE H 图7-1-6 理想斜面实验示意图 F B自制物理实验教具案例自制物理

35、实验教具案例 实验目的实验目的: 为了证实伽利略的主张，他做了一个思想实验。为了证实伽利略的主张，他做了一个思想实验。 实验原理：实验原理： A B CDE H 图7-1-6 理想斜面实验示意图 F 如图如图7-1-6所示，让静止的小球从点所示，让静止的小球从点 A滚下斜面滚下斜面AB，滚到最底端后，小球，滚到最底端后，小球 又会滚上斜面又会滚上斜面BC，假设两块斜面都非，假设两块斜面都非 常的平滑、摩擦系数极小，而且空气阻常的平滑、摩擦系数极小，而且空气阻 力微弱，以至于可以忽略不计，则小球力微弱，以至于可以忽略不计，则小球 会滚到与点会滚到与点A同高度的点同高度的点C；假设斜面；假设斜面

36、是是BD、BE或或BF，小球也同样地会滚到，小球也同样地会滚到 与点与点A同高度的位置。只不过斜面越长，同高度的位置。只不过斜面越长， 往上滚的时候，单位时间内速度的减少往上滚的时候，单位时间内速度的减少 量会变得越小。量会变得越小。 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 为此我们用塑料装饰板和放置集成电路芯片的塑料外壳制成为此我们用塑料装饰板和放置集成电路芯片的塑料外壳制成 的斜面实验演示装置可以较好地演示伽俐略的斜面实验。的斜面实验演示装置可以较好地演示伽俐略的斜面实验。 图7-1-7 斜面实验演示装置 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 5流体具有惯性的演示流体具有惯性的演

37、示 实验原理：实验原理：证明气体、液体等流体具有惯性证明气体、液体等流体具有惯性 。 实验装置：实验装置： 图图 5 流体具有惯性演示流体具有惯性演示 （a）气体惯性的演示）气体惯性的演示（b）液体惯性的演示）液体惯性的演示 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 （b）液体惯性的演示）液体惯性的演示 图图5（b）也是用塑料板、装白酒的塑料外包装壳、有机玻璃等制作的）也是用塑料板、装白酒的塑料外包装壳、有机玻璃等制作的 用于演示液体具有惯性的实验装置。制作时用有机玻璃板将塑料外包用于演示液体具有惯性的实验装置。制作时用有机玻璃板将塑料外包 装壳一分为二隔成两段，中间隔板高度约为其总高度的三

38、分之二左右装壳一分为二隔成两段，中间隔板高度约为其总高度的三分之二左右 ，可用三氯甲烷或，可用三氯甲烷或AB 胶将其粘合，不漏水即可。演示时可先在筒里胶将其粘合，不漏水即可。演示时可先在筒里 装上带颜色的水，使水不要漫过中间隔板，将其放在平板小车上，若装上带颜色的水，使水不要漫过中间隔板，将其放在平板小车上，若 匀速推动小车，则水不会翻过隔板；若将运动小车突然停下，则筒中匀速推动小车，则水不会翻过隔板；若将运动小车突然停下，则筒中 的水则会翻过隔板流到前面空筒部分，由此可说明液体也仍然具有惯的水则会翻过隔板流到前面空筒部分，由此可说明液体也仍然具有惯 性。性。 B自制物理实验教具案例自制物理实

39、验教具案例 （a）气体惯性的演示）气体惯性的演示 图图5（a）是用废茶叶筒和塑料板及少量铁皮、螺丝钉等制作成用于演）是用废茶叶筒和塑料板及少量铁皮、螺丝钉等制作成用于演 示空气具有惯性的实验装置，该装置在点燃的蜡烛方向钻有一个直径示空气具有惯性的实验装置，该装置在点燃的蜡烛方向钻有一个直径 10mm左右的小孔，当筒盖被快速关闭时，筒内的空气受到挤压，其左右的小孔，当筒盖被快速关闭时，筒内的空气受到挤压，其 中部分空气将会以一定的速度从小孔喷出，如果空气具有惯性，则当中部分空气将会以一定的速度从小孔喷出，如果空气具有惯性，则当 其离开茶筒后会继续前进，将位于行进方向的蜡烛吹灭，否则说明空其离开茶

40、筒后会继续前进，将位于行进方向的蜡烛吹灭，否则说明空 气没有惯性。气没有惯性。 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 6虹吸及反冲演示虹吸及反冲演示 图 7-1-9 hA h B hB A 1）实验原理）实验原理 如图如图7-1-9所示装置，设进水端的水平面为所示装置，设进水端的水平面为A，水，水 面比参考面高面比参考面高hA，出水端的水平面为，出水端的水平面为B，水面比参，水面比参 考面高考面高hB。由伯努利方程有。由伯努利方程有 BBBAAA ghvpghvp 22 2 1 2 1 当管内充满水而当管内充满水而B端口水未流出时，即管内水端口水未流出时，即管内水 未流动时未流动时, v

41、A = vB =0 ， B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 图 7-1-9 hA h B hB A 即当用手堵住即当用手堵住B点时有点时有 ghphhgpp ghpghp ABAAB BBAA )( 此时左管内此时左管内A点与管点与管外外同一水平面上的压强值同一水平面上的压强值均是均是 大气压大气压p0 ，所以，所以 00 ppghpp BB B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 图 7-1-9 hA h B hB A 即即B点压强大于大气压强，一旦将手松开就会引起管点压强大于大气压强，一旦将手松开就会引起管 中水柱向右管流动，最终由中水柱向右管流动，最终由B端流出。由于流体的连

42、端流出。由于流体的连 续性原理会引起左管中水柱不断向右管流动，这种续性原理会引起左管中水柱不断向右管流动，这种 由于连通器两端液位的高度差产生的压强差，引起由于连通器两端液位的高度差产生的压强差，引起 液体自行流动的现象称为虹吸现象。当液体流动后液体自行流动的现象称为虹吸现象。当液体流动后A 处和处和B处都是大气压，此时处都是大气压，此时pA = pB = p0 ，由于左边容，由于左边容 器较大，液面高度随时间变化小，此时可将左边的器较大，液面高度随时间变化小，此时可将左边的 水面看作是不动的，所以水面看作是不动的，所以vA = 0，利用伯努利方程有，利用伯努利方程有 ghhhgv ghvgh

43、v BAB BBAA 2)(2 2 1 2 1 22 即即B端出水口的流速大小与两液面的高度差有关，高度差越大流速也越大，端出水口的流速大小与两液面的高度差有关，高度差越大流速也越大， 随着高度差减小流速会变慢，高度差随着高度差减小流速会变慢，高度差h为为0时，水不再流出。时，水不再流出。 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 （2） 虹吸与喷泉虹吸与喷泉 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 （2） 反冲运动原理反冲运动原理 0 )()(mvmv 说明说明：动量守恒定律表明，一个物体系在整个系统不动量守恒定律表明，一个物体系在整个系统不 受外力作用的情况下，系统的总动量保持不变，

44、内力不能受外力作用的情况下，系统的总动量保持不变，内力不能 改变系统的总动量。但是系统中各部分之间的内力，可以改变系统的总动量。但是系统中各部分之间的内力，可以 改变各部分的动量。例如大炮发射炮弹，炮身会向后运动改变各部分的动量。例如大炮发射炮弹，炮身会向后运动 ，炮身的这种运动通常称为反冲运动。这是因为大炮发射，炮身的这种运动通常称为反冲运动。这是因为大炮发射 前，整个系统处于静止状态，总动量为零。前，整个系统处于静止状态，总动量为零。 根据动量守恒定律有： ，即当系统所受 的合外力等于零时，质点系在任何时刻的总动量都等于原来 的总动量。 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 设反冲演

45、示仪转动系统初始状态时静止，系统总动量为设反冲演示仪转动系统初始状态时静止，系统总动量为Mv0=0 ，总角动量，总角动量L=I=0（I是系统的转动惯量，是系统的转动惯量，是转动角速度）是转动角速度） ；当系统内质量为；当系统内质量为m，速度为，速度为v的水柱从转动体上沿半径为的水柱从转动体上沿半径为r 处沿切线方向飞出时，对转动轴线的角动量为处沿切线方向飞出时，对转动轴线的角动量为l =m rv，当系，当系 统不受外力即所受外力矩等于零时，根据角动量守恒定律，系统不受外力即所受外力矩等于零时，根据角动量守恒定律，系 统的总角动量保持不变，应有：统的总角动量保持不变，应有： I mrv mrvI

46、LLl 0 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 上式说明系统也将获得同等量值的反向角动量，将使系统沿水柱喷出的反上式说明系统也将获得同等量值的反向角动量，将使系统沿水柱喷出的反 方向以方向以的角速度旋转。的角速度旋转。的大小与喷出水柱的质量的大小与喷出水柱的质量m、速度、速度v及与转轴的及与转轴的 距离距离r成正比，与系统的转动惯量成正比，与系统的转动惯量I成反比。由于系统轴承和轴尖之间还存在成反比。由于系统轴承和轴尖之间还存在 摩擦阻力产生的阻尼力矩，会阻碍系统的转动，因此，要使系统能转动起来摩擦阻力产生的阻尼力矩，会阻碍系统的转动，因此，要使系统能转动起来 还必须尽量减小摩擦阻尼力

47、矩，使喷出水柱产生的动量矩大于系统的摩擦力还必须尽量减小摩擦阻尼力矩，使喷出水柱产生的动量矩大于系统的摩擦力 矩的阻碍作用，系统才能开始加速转动形成反冲现象。矩的阻碍作用，系统才能开始加速转动形成反冲现象。 2）设计制作方法）设计制作方法 （1） 仪器外观及组成仪器外观及组成 根据以上的虹吸和反冲原理设计制作的虹吸根据以上的虹吸和反冲原理设计制作的虹吸 式反冲演示仪如图式反冲演示仪如图7-1-10所示，由底座支承所示，由底座支承 架架1、盛水转动体、盛水转动体2、喷水管、喷水管3、虹吸管、虹吸管4、转、转 轴轴5及轴承座及轴承座6等组成。等组成。 图7-1-10 6 2 3 4 5 1 B自制

48、物理实验教具案例自制物理实验教具案例 （a） 4 3 45 25 20 6 喷水管支架 正视图 图 7-1-13 （b ） 将厚度为将厚度为40mm左右的白色废泡沫塑料块切成直径左右的白色废泡沫塑料块切成直径 65mm左右的圆柱体后从八宝粥罐罐口端强行压入至底部左右的圆柱体后从八宝粥罐罐口端强行压入至底部 ，如图，如图7-1-14所示位置。由于水具有粘滞阻力，当喷水管所示位置。由于水具有粘滞阻力，当喷水管 很小、水位差很小、水位差h较小时喷水管喷出的水流速度很小、反冲较小时喷水管喷出的水流速度很小、反冲 作用很弱，经过我们多次实验发现，当水位降到筒高的作用很弱，经过我们多次实验发现，当水位降到

49、筒高的 三分之一左右时转动体就停下了，此时筒内喷出的水对三分之一左右时转动体就停下了，此时筒内喷出的水对 反冲现象效果已不明显。因此这样做既可以减少转体内反冲现象效果已不明显。因此这样做既可以减少转体内 水总质量的水总质量的1/3，从而减小转动阻尼力矩及转动惯量使演，从而减小转动阻尼力矩及转动惯量使演 示可靠性增加，又能使其反冲现象更加明显。示可靠性增加，又能使其反冲现象更加明显。 图7-1-14 螺帽 进水口 转轴 泡沫塑料 吸管或 橡胶管 吸管 支架 20 20 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 用用4mm左右的钻头分别从罐底钻孔处垂直穿透泡沫塑料后分别将有蛇形左右的钻头分别从罐

50、底钻孔处垂直穿透泡沫塑料后分别将有蛇形 纹，直径约纹，直径约4mm的饮料吸管较长部分从底部钻孔处插入罐中，较短部分根的饮料吸管较长部分从底部钻孔处插入罐中，较短部分根 据需要在离蛇形纹约据需要在离蛇形纹约5-6mm处剪断，通过一节直径约大于处剪断，通过一节直径约大于4mm的吸管接入的吸管接入 另一段相同直径的同样具有蛇形纹的吸管，两段管连接成两个相互垂直的另一段相同直径的同样具有蛇形纹的吸管，两段管连接成两个相互垂直的L 形状后固定在支架上并剪出斜向喷水口。罐内部分用同样的方法将吸管或形状后固定在支架上并剪出斜向喷水口。罐内部分用同样的方法将吸管或 橡胶管连接后在顶端附近弯成倒橡胶管连接后在顶

51、端附近弯成倒U 字形状构成虹吸管，如图字形状构成虹吸管，如图7-1-14所示。左所示。左 右两边做成相同形状并注意两根虹吸管顶部一定要等高（可用限位螺钉和右两边做成相同形状并注意两根虹吸管顶部一定要等高（可用限位螺钉和 铁皮调节固定）。铁皮调节固定）。 将铁丝制成的转轴从中心孔穿入后盖上塑料端盖，两端均用将铁丝制成的转轴从中心孔穿入后盖上塑料端盖，两端均用M3螺螺 帽锁住，并在底部钻孔处用帽锁住，并在底部钻孔处用AB 胶或其它胶封牢以免漏水。胶或其它胶封牢以免漏水。 将加工后的圆头螺钉轴承座旋入支承架中心螺纹孔内，将橡胶地脚用将加工后的圆头螺钉轴承座旋入支承架中心螺纹孔内，将橡胶地脚用 M3螺

52、钉固定在底座四周后再将带喷水管的盛水转动体装入支承架，调节轴螺钉固定在底座四周后再将带喷水管的盛水转动体装入支承架，调节轴 承座使转动体可灵活转动后用螺帽将轴承座锁定。为提高可靠性减少摩擦承座使转动体可灵活转动后用螺帽将轴承座锁定。为提高可靠性减少摩擦 ，可在螺钉做成的轴承座内滴上一滴润滑油，或在轴尖上抹一点润滑油，可在螺钉做成的轴承座内滴上一滴润滑油，或在轴尖上抹一点润滑油， 整个演示仪即制作安装完成。整个演示仪即制作安装完成。 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 图图6 简易虹吸反冲演示仪简易虹吸反冲演示仪 图7-1-15 此外，也可用半截饮料瓶、吸管、塑料板、穿线管、棉线等做成如

53、图此外，也可用半截饮料瓶、吸管、塑料板、穿线管、棉线等做成如图7-1- 15所示的简易反冲演示器。所示的简易反冲演示器。 【思考题思考题】 1. 为什么要在罐底用泡沫塑料填充，这为什么要在罐底用泡沫塑料填充，这 样做有什么好处？样做有什么好处？ 2. 为什么要将喷口向下、向外延伸，有为什么要将喷口向下、向外延伸，有 什么效果？什么效果？ B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 3 ) 演示演示 由于本演示仪器设计制作时演示时充分考虑到摩擦阻尼力矩的影由于本演示仪器设计制作时演示时充分考虑到摩擦阻尼力矩的影 响，尽可能增大动量矩而减小阻尼力矩，所以演示可靠性高且趣味性强响，尽可能增大动量矩而

54、减小阻尼力矩，所以演示可靠性高且趣味性强 。既能看到虹吸现象又能看到反冲现象。演示时可将仪器放在平整桌面。既能看到虹吸现象又能看到反冲现象。演示时可将仪器放在平整桌面 的盘或盆内，用矿泉水瓶先在转动体内倒入一些清洁的水，注意水面不的盘或盆内，用矿泉水瓶先在转动体内倒入一些清洁的水，注意水面不 要超过虹吸管顶部，此时水一滴也不会流出，整个转动体处于静止状态要超过虹吸管顶部，此时水一滴也不会流出，整个转动体处于静止状态 。当继续往转动体内加水并且水面超过虹吸管顶部时，则管内的水将以。当继续往转动体内加水并且水面超过虹吸管顶部时，则管内的水将以 比较快的速度从喷水口喷出从而使转动体沿反方向转动直至罐

55、内水喷完比较快的速度从喷水口喷出从而使转动体沿反方向转动直至罐内水喷完 为止。由于喷水管比较细，其直径为止。由于喷水管比较细，其直径4mm，水又具有表面张力和粘滞阻，水又具有表面张力和粘滞阻 力，所以当进行再次演示时应注意将喷水管内残余的水滴排除干净，不力，所以当进行再次演示时应注意将喷水管内残余的水滴排除干净，不 然可能会造成某一管不喷水使演示效果变差。然可能会造成某一管不喷水使演示效果变差。 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 气体反冲演示实验装置气体反冲演示实验装置 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 7. 液体内部压强演示器液体内部压强演示器 实验目的：实验目的： 要使

56、学生掌握理解要使学生掌握理解液体压强原理液体压强原理这部分教学内容，使用液体内部这部分教学内容，使用液体内部 压强演示器做好演示实验，对引入液体内部压强的概念，揭示液体内压强演示器做好演示实验，对引入液体内部压强的概念，揭示液体内 部压强与液体深度的关系，进而导出液体内部压强的规律部压强与液体深度的关系，进而导出液体内部压强的规律(液体内部压液体内部压 强公式强公式)，起着基础性的重要作用。，起着基础性的重要作用。 目前尚在使用的液体内部压强演示器存在以下不足目前尚在使用的液体内部压强演示器存在以下不足: （1）由于测压盒没有固定装置，因此整体性差）由于测压盒没有固定装置，因此整体性差； （2

57、）不能或很难同时观察测压盒潜入液体内的深度和与之相对应的压）不能或很难同时观察测压盒潜入液体内的深度和与之相对应的压 强值，即操作与读数不便。强值，即操作与读数不便。 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 实验装置：实验装置： 针对该液体内部压强演示器的上述不足，我们利用饮料瓶，瓶盖，吸管针对该液体内部压强演示器的上述不足，我们利用饮料瓶，瓶盖，吸管 ，废气球，玻璃纤维板，橡皮管等设计制作成两例液体压强演示器经试用，废气球，玻璃纤维板，橡皮管等设计制作成两例液体压强演示器经试用 效果比较好，现介绍如下，供制作时参考。效果比较好，现介绍如下，供制作时参考。 U型压强计式液体内部压强演示器的

58、制作型压强计式液体内部压强演示器的制作 图7-1-16 （1） （2） （3） （5） （4） 如图如图7-1-16所示，所示，U型压强计式液体内部压型压强计式液体内部压 强演示器由盛水杯（强演示器由盛水杯（1）、测压盒（）、测压盒（2） 、升、升 降调节装置（降调节装置（3）、）、U型压强计（型压强计（4）、橡皮）、橡皮 管（管（5）等组成。）等组成。 B自制物理实验教具案例自制物理实验教具案例 （1）盛水杯可用）盛水杯可用1.6升、直径升、直径90mm左右的饮用纯净水瓶，从高度左右的饮用纯净水瓶，从高度180- 190mm处划线，剪去上面部分即成，加上用玻璃纤维板（或塑料板、木处划线，剪去

59、上面部分即成，加上用玻璃纤维板（或塑料板、木 板）等制作的杯座后可增加稳定性防止倾倒。板）等制作的杯座后可增加稳定性防止倾倒。 图7-1-17 （2）测压盒可用直接用纯净水瓶盖或其它瓶盖将）测压盒可用直接用纯净水瓶盖或其它瓶盖将 盖边沿毛刺用细锉刀打磨后，在盖底中心或边沿钻盖边沿毛刺用细锉刀打磨后，在盖底中心或边沿钻 一一3.2mm左右的孔，用左右的孔，用M4的丝锥攻丝后待用。的丝锥攻丝后待用。 将一枚将一枚M412左右的螺钉中心钻一左右的螺钉中心钻一2mm通孔通孔 ，再用一，再用一0.6mm厚、厚、8mm宽、宽、45mm左右长的左右长的 白铁皮两端钻白铁皮两端钻4mm孔后弯成直角作为测压盒可

60、孔后弯成直角作为测压盒可 旋转调节架。将钻孔螺钉从瓶盖螺纹孔旋转穿过后旋转调节架。将钻孔螺钉从瓶盖螺纹孔旋转穿过后 用废气球橡皮膜剪出两个垫圈套入螺钉将调节架放用废气球橡皮膜剪出两个垫圈套入螺钉将调节架放 上后再用螺帽锁定以防漏水、漏气；在螺钉露出部上后再用螺帽锁定以防漏水、漏气；在螺钉露出部 分（约分（约5-6mm长）也用少量橡皮膜缠绕后用一小长）也用少量橡皮膜缠绕后用一小 段吸管套入，再在吸管外套上橡胶管以防止漏气；段吸管套入，再在吸管外套上橡胶管以防止漏气； 瓶盖端面覆上气球橡皮膜后用橡皮筋固定即可，整瓶盖端面覆上气球橡皮膜后用橡皮筋固定即可，整 个装置如图个装置如图7-1-17所示所示