声学创新实验.doc

第一章声学部分一、 自制声学小实验辅助物理课教学 物理学是一门以实验为基础的科学，在目前新教材使用的初期阶段里，却出现了同步的实验器材还比较匮乏的现象。笔者在教学过程中，利用饮料瓶设计自制了百余种小实验，以弥补教学之不足。有些小实验可以用于课堂演示，有些还可以当成家庭作业布置给学生。现在将利用饮料瓶制作的部分声学小实验介绍给大家，以利于在今后的教学过程中选用。 1 钟声响起 将两个饮料瓶都剪去底部并做成喇叭状，用细线系在瓶口的瓶盖上，再用细绳的中间部分系住一把钢勺(图1)。将两个喇叭口罩住两只耳朵并贴紧耳根，并用钢勺去撞击桌子等物品时，你能听到什么?可以请几位学生上台试试，并谈谈自己的感受。通过课堂参与的小活动，可以激发学生的兴趣，调动其求知的积极性。继续让一个学生手提着细线并用钢勺碰撞课桌，再谈谈手上的感受。通过刚才的小实验可以让学生了解到，振动能够发出声音来，并且可以通过细绳等物体向外传播；同一个声音从空气传到耳朵和从细线等传入耳朵，其感受却是不同的。 2 水中的振动 由于振动而发出的声音，可以在固体和气体中传播，声音能在液体中传播吗?用细线系好三把旧钥匙，放入盛水的大饮料瓶内并上下抖动细绳(图2)，你听到了什么?可以听到碰撞声从水中传出来。仔细听又会发现，钥匙在空气中碰撞和在水中碰撞发声是不一样的。学生经过亲手做、亲眼看的实验过程，将会对声音的传播有了比较深刻的认识，并可以激发学生继续去探究新的知识。 3 听到自己的心跳 自己的心跳可以摸到，但不常被听到。如果剪下饮料瓶上半部并在瓶盖上打孔后插入一段塑料软管后(图3)，就很容易听到了。将做好的漏斗部分靠近胸部，软管另一端靠近右耳。移动漏斗的位置，一定要仔细听听，可以找到心跳最强的位置处于胸部左侧。从刚才几个简单的实验制作中，可以引导学生去主动观察、思考和分析。同时，可以帮助学生更好地理解声音产生和传播的有关概念。 4 频率计 声音的产生，其音调有高有低。我们可以将饮料瓶剪去底部，瓶壁剪成齿状，瓶盖钻孔后用筷子紧紧插入，做成频率计(图4)。用右手捻转筷子，同时用齿去碰纸片，当快转或慢转时，你听到的声音有什么不同呢?在实际操作中，可以培养学生动手和动脑的能力，加深对频率概念的理解。 5 独弦琴 利用细线和饮料瓶就可以把声音的特征演示出来。将一个饮料瓶剪去底，瓶盖钻孔后用牙签和一段细线系住作为音箱，另一端系在一个装满水的瓶子上。左手拿着音箱并控制弦的张紧程度(瓶子不要离开地面)，同时右手拨动琴弦(图5)。这样就可以听到不同的音调和演奏效果，颇有古色古香的韵味。如果拨弦力量大时，发声就响。如果细绳被拉得越紧，发声音调就会越高。如果将绳子变短，音调将会发生变化。如果改用粗绳子，音调也将会发生变化。假如改用细铜丝后，会听到与刚才不同的音响效果，说明音色也发生了改变。同一个实验，可以不断改变某一条件，引导学生进行发散思维，积极探究，让学生在实际研究过程中，理解声音的特征。6 打击乐器 学到了理论知识，就可以用来指导新的实践活动。收集几个相同的大饮料瓶，向瓶内倒入不同高度的水，用筷子敲击瓶子，瓶子会发出不同的声音(图6)。仔细调节水量，可使各瓶发出不同的音调。实践证明，瓶中水越少，发声音调也就越高。这样，在理论联系实际的过程中，培养了学生们学以致用的好习惯。 7 排箫振动的瓶体和水能够发声，瓶内被吹动的空气也可以发声。将饮料瓶从大到小排列，口部排齐后用胶带绕在瓶壁上，把3个瓶子固定在一起(图7)。双手握住瓶壁，嘴唇分别靠近瓶口吹气，就可以听到不同的声音。以图7此来引导学生在吹和听的过程中，学会分析和判断，并能得出瓶内空气越少，发出音调就会越高的结论。 在演示“物体振动产生声音”时，可以采用在扬声器(A)的纸盆上装一片平面镜(B)，在扬声器的对面装一光源(C)，与扬声器连接一声源(E)当声源信号传输到扬声器时，扬声器产生振动发声，同时带动平面镜振动，光射人到振动的平面镜，平面镜随着声音的强弱、高低，把长短、频率快慢不同的振幅光斑反射到屏幕(D)上，如图，能让全班学生清楚地看到实验装置、组成结构、操作过程，以及实验中所发生的现象，并读出有关数据等要做到这点，教师应把演示架或演示台加高，观察小物体时可以采用幻灯、光路、行程放大等方法对一些难以观察的现象用较明显的实验加以说明，效果将会很好 二、制作音调可变的哨子在筷子上捆一些棉花（或碎布），做一个活塞。用水蘸湿后插入两端开口的朔料管或竹管中。用嘴吹管的上端，可以发出悦耳的哨音。上下推拉“活塞”，音调就可以改变。（图8）你能练着用它吹出一首歌吗？ 思考与分析：（1）、音调的高低是由什么决定的？ （2）、这个哨子是怎样来改变音调的？（图8） 探究学习 某同学用5只粗细相同的而高矮不同的瓶子做如下试验：如（图9）所示你认为：（1） 嘴对5只瓶吹气，5只瓶均发出声音的原因是什么？（2） 5只瓶均发出不同的音调的原因是什么？（3） 应用上述试验结论，说明吹笛子时，用手指堵住笛孔的原因是什么？ 三、研究土电话你可能早就玩过“土电话”了：用粗棉线（俗称“小线”）栓上两个纸盒，一人对着纸盒讲话，另一人把纸盒贴在耳朵上。就听到了声音。声波怎样在绷紧了的棉线里传播呢？我们不妨改进一下“土电话”的实验，研究一下那根棉线上的声波。找一段小线，在线中间拴上一面小镜子，线的一端拴在椅子背框上（或者由一位同学拉住），线的另一端穿在一个较大的纸盒子上。拿住纸盒子，把线绷紧，让阳光照到镜子上，镜子的反射光线映到墙上。线绷紧之后，镜子稳定下来了，它反射出来的光斑也就不再晃动了。敲一下纸盒，纸盒发出了声响，与此同时你会看到，镜子反射出的光斑晃动了，它上下左右地摇晃着。这个实验说明，声波在小线里传播时，出现了比较复杂的情况：拴着镜子的那一点既有上下振动（与声的传播方向垂直），又有前后振动（与声波的传播方向一致） 我们再看一看长纸板传声的情况。找一块长纸板（或长些的木板），在纸板上放几小块纸屑或瓜子皮。敲纸板的一端，另一端听到了声音。同时观察小纸屑或瓜子皮，它们上下前后胡乱地移动着位量。这个实验说明，固体表面传播声波时，也出现了复杂的情况。1885年著名的英国物理学家瑞利在理论上指出，声波在固体表面传播时，会出现一种奇妙的表面声波。表面声波是在固体表面（即两种介质的交界面）上传播的声波，它既不同于横波也不同于纵波，而是两者的合成。1900年英国地震学家根据地震仪获得的记录，证实地震时地表面确实存在这种奇异的波，并且把它命名为瑞利波。表面声波有许多种，瑞利波只是表面声波的一种模式。表面声波并不神秘，你把石头扔到水里，在听到声响的同时会看到水面上荡漾起一个接一个的波纹，那就是在水面上传播的一种表面声波。那水面就是两种介质（水和空气）的交界面。尽管人类对声波的研究已经有几百年的历史，表面声波技术却是最近二十几年才兴起的。1965年美国科学家怀特发明了一种仪器叫“叉指换能器”，这种仪器可以使电信号产生表面声波，也能使表面声波产生电信号。从此，表面声波技术就在电视广播、通讯、雷达、电子计算机等各项技术中大显身手了。四、我们可以看到声波的振动声波是列纵波，其质点振动方向与波传播方向在同一直线上；声波由振动引起，而它传播时又能使它所遇到的物体作受迫振动，人耳就是因此而感受声音。但声波的上述特点似乎难以被“看见”，学生们对此心存疑虑。为此，我们可进行下列实验演示：如图3，将一扬声器与学生电源的交流电（频率50Hz）相连，喇叭口正对一烛焰，当喇叭通电发声时，可看到烛焰左右振动，原不可见的空气质点振动通过烛焰得以显现。也可将蜡烛置于录音机喇叭前，再播放有节奏的鼓击音乐，能看到烛焰随着节拍声前后振动（振动方向与声波传播方向在同一直线）。如图4，将喇叭与频率可调的音频发生器相连。取一平底的透明植物油空桶，截去上半部后擦干，里面辅一层塑料小颗粒，将塑料桶渐渐靠近发声着的喇叭，可看到桶底塑料小颗粒上下跳动且幅度越来越大。保持桶底与喇叭间距一定，调节声源频率，可看到小颗粒跳动的幅度随之改变，在某一音频时，振动最强烈，此为声波激起的共振现象。五、声音“吹灭”蜡烛声音具有能量，它表达了物体的振动，当声音传递到人耳引起耳鼓膜振动时，我们可以感觉到声音。它是一种看不到、摸不着的声波。下面介绍用声音“吹灭”蜡烛实验。实验器材：田径比赛时用的发令枪，蜡烛，大一些的抛物面反射镜一对(或小铁锅一对)，直径30cm、焦距8cm的抛物面反射镜，光具座，烛台，十字夹，试管夹，铁架台等。实验方法：实验装置如图1所示。(1)将直径及焦距相同的两个抛物面反射镜分别固定在铁架台上相向放置，间距约6070cm，间距的大小是依照抛物面反射镜或锅的大小灵活而定。(2)在两个抛物面反射镜下方放置一个光具座。(3)测定抛物面反射镜的焦距。方法一：应用公式求之；方法二：在阳光下借用一把直尺测量。(4)在两个抛物面反射镜的中间放一支或几只点着的蜡烛，在左边反射镜的焦点处也放一只点着的蜡烛。(5)在右边的抛物面反射镜的焦点处打响发令枪，就可以发现左边反射镜焦点处的蜡烛熄灭了，而两抛物面反射镜中间其他蜡烛未被“吹灭”。实验原理：抛物面反射镜起着把声音集中到一点(焦点)的作用，在声音集中的地方点着一支蜡烛，“啪”的一声枪响，声音在两个抛物面反射镜之间传播反射传播反射会聚，通过左边抛物面反射镜焦点处声波最强，能量最大，空气的振动就集中于那一点，蜡烛就被“吹灭”了。而中间其他蜡烛未被“吹灭”的原因是它们所处位置的声波强度不如焦点处。本实验包含声波的传播方式、强度、反射等多个知识点，趣味诱人，很受学生青睐。科学史料一、听诊器的发明有一天，一位聪明的年轻大夫观看几个小孩做游戏，这一游戏导致了一种最重要的医学仪器听诊器的发明。孩子们在玩跷跷板，不过他们不是骑在木板上，一上一下地玩耍。有一个孩子把耳朵贴近木板的一端，另一个孩子就用钉子刮擦木板另一端，他们对声音穿过木板传播的情形感到十分惊奇。这位法国年轻大夫勒内雷奈克看到了而且记住了这一情景。几年以后，他在一次感到羞怯的场合下，又回忆起了这件事情。在1816年，有一次他出诊去给一位年轻的姑娘看病，这位姑娘异常肥胖，他知道，如果按当时医生们的惯例，除非把耳朵贴近她的胸部，是不会听得很清楚的。但是，他非常羞怯，不好意思用这种方法听她的心脏和肺部。他回忆起了自己看到过的孩子们的游戏，于是，他拿了一叠纸，把纸卷得紧紧的，把纸卷的一端放在姑娘的胸部，另一端靠在自己的耳朵上，他所听到的声音比他过去把耳朵直接贴在病人的胸部时要清晰得多，这时他真是又惊又喜。后来，他做了一根木管，改进了这个仪器，把这根管子从头到尾穿一个小孔，并将一端挖空。把挖空的一端放在病人的胸部，另一端的小孔接在他的耳朵上，这时心脏的跳动就听得格外清楚了。后来人们把这种仪器叫做听诊器。第二章光学部分一、小孔成像实验 给一个空罐的底部中央打一个小孔，再用一片半透明的朔料膜蒙在空罐的口上。 将小孔对着发光的物体，例如灯丝，我们可以看到发光体在薄膜上呈现的像。如果乙土左侧物体发光，所成的像如图中所示，你能画出光进行的吗？试试看！（1） 小孔成像成像的原理是什么？（2） 请在图中出光的传播径迹。 二、太阳小孔成像实验探究这个研究课题源自于一道习题:使太阳光垂直地照射在一块遮光板上，板上有可以自由收缩的正方形孔，孔的后面放置一个光屏。在正方形孔逐渐变小直至闭合的过程中，在屏上先后看到:A、圆形光斑，B、明暗相间的彩色回环，C、变暗消失，D、正方形光斑,E、正方形光斑由大变小。其先后出现的现象依次排列为DEABC。 不少学生对于天方形孔逐渐变小的过程中，光斑由正方形变为圆形的现象，百思不得其解，我就详细作了解释:由于光的波长很短，因此当孔较大时，不会使光发生明显的衍射现象，此时光可看作直线传播，在屏上得到孔的影。当孔继续减小时，仍不能使光发生明显的衍射现象，但可以在屏上成一太阳的像。孔继续减小时，光开始发生明显的衍射现象，出现明暗相间的彩色条纹。最后，孔继续减小直至闭合，由于进光量的减少而使衍射条纹变暗消失。因为太阳是圆的，因此它通过小孔成的像也是圆的，与小孔的形状无关，见图1。实验过程如下:1、正方形亮斑明亮，亮度均匀，边缘清晰。而小孔成像时的圆斑暗淡，亮度均匀，边缘比较清晰。当正方形亮斑向圆斑过渡的过程中，中间较亮，边缘较暗，没有明确的边界，不一定方的还是圆的。2、大孔和小孔并没有尺寸上明确的区别。当所成亮斑为圆形时，便可认为该孔是小孔，发生了小孔成像现象。一个所谓的大孔，只要屏与孔的距离足够大，能出现小孔成像现象，就可称之为“小孔”。这样的理想化“小孔”，类似于质点、点电荷的含意。3、换用三角形孔或其他形状孔重复上述实验，无关，而取决于太阳(或其他物体)自身的形状。这和平面镜成像、透镜成像的情况是一样的。4、在相同距离上，不同大小的孔所成的像大小基本相同，但亮度不同。孔大时，透过的光多，亮度也大。5、测得L4.3m处，圆斑的直径约为4.0cm，由此可估算太阳的半径。已知太阳到地球的距离约为1.5 l0m。根据三角形相似比我在专业网站查到太阳的半径值为6.96265 m，可见实验还是比较准确的。 之后，我并没有把实验结论直接告诉学生，而是把这个问题作为学生的研究课题，例如，可以改变光源，作日光灯管的小孔成像实验，引导学生进一步思考小孔成像的条件和物理本质，指导学生通过实验过程获取结论都可发现小孔成像时的像与小孔形状三光的反射实验图8在研究光的反射定律时，实验可见度小，后排学生看不清，并且实验装置及器材比较多，操作难度大，光源很难对准光具盘上的O点，并且更不利于学生分组实验探究。为了适应当前教学改革的要求，提高学生学习兴趣，增加学生动手操作能力，培养学生实验探究的能力和创新能力，便巧用量角器研究光的反射定律。利用教学用的量角器，白纸（作为小门），激光手电筒等这些简单易得的器材制成了研究光的反射定律的实验装置。如图8所示，入射光线射到水平放置的平面镜后发生反射，在半圆形量角器平面上形成清晰的光路。当改变入射光线的位置时，反射光线的位置也相应改变。当右边的小门向里或向外转动后，在小门上就看不到反射光线，而当小门与量角器平面相平齐时，就能在它的上面看到反射光线。这样既可以读出角度数，又可以观察共面问题。使学生通过对实验现象的仔细观察，认真分析、思考后就能比较容易根据现象归纳结论。因此也就能正确理解光的反射定律。四、影子告诉我们什么在阳光下或灯下，按照图中的方法，用两只手做出各种姿态，你会看到，墙上映出了狗、鸭、飞鸟等等的生动形象。 请你想一想：为什么影子和物体的形状总是相似的？影子还可以告诉我们一些什么呢？当我们在阳光下奔跑的时候，我们的影子总是紧紧地跟着我们；汽车无论跑得多么快，它的影子也总是紧跟着它，真是形影不离。这个简单的现象告诉我们：光的传播速度一定比人和汽车的速度快得多。假如光跑得慢，那么，光从人的头部跑到地面的时候，人又向前跑了一段距离，头部的影子就会落后一大段。事实当然不是这样的。闪电打雷的时候，你总是先看见闪电，后听见雷声。这证明，光的传播速度比声音的传播速度也快得多。光的传播速度有多快呢？用普通的方法是很难测得出来的。经过科学家的多次测定，光每秒钟大约跑三十万公里（更准确地说，光在真空里的速度是每秒钟299792.46公里）。也就是说，只要一秒钟，光就可以在北京和上海之间跑一百多个来回。光速差不多是声音在空气中传播速度的九十万倍。光在宇宙万物的运动会上，称得上是赛跑冠军。光有着直线前进的性格，又有着轻盈敏捷的脚步。对这个不知疲倦的“赛跑冠军”，有的人却抱怨起来，他们说：“光跑得大慢，简直象爬行。”这是为什么呢？当人类开始向宇宙空间进军的时候，人们深深感到宇宙实在太大了。除了太阳以外，距我们最近的恒星是半人马星座中的星（又叫比邻星）。它发出的光要经过4.3年才能到达地球。现代的天文望远镜看到的遥远恒星，它的光要经过几十亿年才能到达地球。换句话说，我们看到的光线是它在几十亿年以前发出来的，至于现在这个恒星的面孔如何，要再等几十亿年以后才能看见。这多么让人着急啊！难怪一些科学家说：“光象蜗牛一样在宇宙中爬行。”可是，到目前为止，人们还没有发现比光运动得更快的东西。五、纸亮还是镜子亮在一间黑屋子里，用手电筒照射一面镜子和一张白纸。你想，是镜子亮还是白纸亮？你也许立即回答：“是镜子亮”。不要忙着下结论，还是先来观察一下吧！原来，光滑的镜而只能规则地反射光线，一束光线遇到镜面以后，虽然改变了前进的方向，但是它们在新的运动方向上仍然是整齐前进的。如果你的眼睛不在这个方向上，镜子的反射光就一点也不会进入你的眼里，所以镜面看上去是黑的。只有把镜面转到某一个角度，使它反射的光正好进入你的眼睛的时候，你才能看到耀眼的光芒（图A中表示了镜面对光线的单向反射）。从图B中可以看出：一束光线照在白纸上，虽然对于每一条光线来说，光的反射定律都是适用的，但是由于纸的表面凹凸不平，光束就被反射到许多不同的方向去，这就叫漫反射正是借助漫反射光线，我们才能在任何方向上看见被照亮的物体，观察到它们的颜色和细节，并且把这些物体和周围其它物体区别开来。古时候，人们不了解眼睛的构造和作用。有人认为，人的眼睛能看见东西，是因为眼晴能伸出两条看不见的触角，触角碰到物体的时候，物体就被看见了。古代的科学家欧几里德、托勒玫等都是这样想的。现在在我们使用的语言中，还留有这种观点的痕迹，例如“目击”这个词，它的字面意思是“目光触及”，好象是说，眼睛可以伸出一条光线去触及物体。现在看来，这种看法自然是不科学的。实际上眼睛一点光线也发不出来，我们看到东西完全是因为眼睛感受了从物体射来的光。六、水中的蜡烛在桌子上放两摞书，象图中那样把一块玻璃直立在桌子上。在玻璃的前方放一支蜡烛（为了便于移动它，你可以把蜡烛尾部烧熔；然后把蜡烛粘在一个旧瓶盖里）。在玻璃的后面，放一只盛水的大玻璃杯。玻璃杯和玻璃之间的距离，要和蜡烛到玻璃之间的距离完全相等。拉上窗帘，使屋子变暗，从蜡烛这边向玻璃望去，就会看到一个奇怪的现象蜡烛正在水中燃烧。玻璃象镜子一样，把蜡烛发出的一部分光，从它的表面反射进你的眼里。但是人们的眼睛有一种习惯，总是沿着直线去摸索那个发光的物体。所以，我们感到蜡烛的光是从玻璃的背后发来的，好象在那儿也有一支蜡烛（我们把它叫做蜡烛的虚像）。蜡烛的虚像和玻璃背后的水杯正好重合在一起，所以看起来就象蜡烛在水中燃烧。这个实验告诉我们，镜子前面的物体，能在镜子里形成一个虚像；物体和镜子的距离，跟虚像和镜子的距离相等。把这个实验稍微改动一下，准会使你的同学目瞪口呆，惊奇不已。把上面实验中的水杯拿开，把你的手指放在原来水杯所在的位置上，你的同学会看到一个很难相信的现象你居然毫不在乎地把手指放在火焰里燃烧下面再做一个实验，证明镜子中的虚像和实物的大小是相等的。还是用那块玻璃，取两支大小一样的蜡烛，把一支点着以后，放在玻璃前面，再在玻璃后面放上另一支没有点着的蜡烛，慢慢地移动它，使得隔着玻璃从各个角度看去，它正好跟点燃了的蜡烛的虚像重合在一起。这时候一个有趣的现象发生了，那支蜡烛就象被点着了一样。镜子里的虚像和实物不仅距镜子有相等的距离，而且它们的大小也是相等的你能把这两条道理应用到实践中去吗？你看图中画的小女孩，在她面前摆着一个花瓶，她想准确地把这个花瓶的形状描在纸上。你能替她想个办法吗？噢！原来，她把一块玻璃放在桌上，使玻璃和桌面成四十五度角，这样，她从玻璃上就可以看到花瓶的反射像，透过玻璃同时又能看到手在纸上画的图画。用这个简单的方法，她就可以准确地画出花瓶。电影摄影师利用这种方法可以拍出一些神奇的镜头。你看过神话故事片追鱼吗？它描写的是一个鲤鱼精变成人的故事。在电影中，观众们看到了变成了人的鲤鱼精从碧波荡漾的水潭中慢慢升起的镜头。这个镜头究竟是怎样拍成的？你如果认真做了上面几个小实验，并且懂得这些实验说明的道理，那么，你就能够猜出其中的奥秘。因为这个神奇的镜头和蜡烛在水中燃烧的实验原理一样，也是利用了玻璃既能反光又能透光的性质。不过在摄制影片的时候，为了加强反光能力，还要在玻璃上镀上一层金属铬g，因为镀得很薄，这种玻璃仍然可以透光，但是反光的能力强多了。正是利用了这种镀铬玻璃，摄影师才拍出那逼真诱人的镜头！第三章热学部分一、自制简易温度计取一个外壁涂黑的小玻璃瓶，瓶口用插有弯成直角的细玻璃管的软木塞塞紧。在玻璃管的水平部分装进一滴红色的水，管外壁附一把刻度尺，记住水滴开始的位置（即原点），以便观察红色水滴移动的情况。这就是一个简单的验热计。 把验热计放在火炉附近，红色水滴就会离开原点向外移动，说明验热计接收到了辐射热，使瓶内的空气受热膨胀，推动水滴移动。如果让验热计在以火炉为中心的一个圆周上移动，就会发现红色水滴的位置是不变的，也就是说红色水滴离开原点的距离是一样的；如果把验热计从靠近火炉的地方向外移动，逐渐增大验热计跟火炉之间的距离，你将发现红色水滴逐渐向内移动，这说明瓶里的温度逐渐降低。当验热计移到相当远的位置，红水滴就回到原点了。再把验热计放在火炉附近，在火炉和验热计之间挡一块木板，过一会儿，你就会发现水滴又回到了原点。这个实验向我们表明，辐射是以热源为中心向四周发出的；在跟热源距离相等的圆周位置上，辐射的强度相同；辐射的强度跟离开热源的距离有关系，也就是说，离热源越远，辐射越弱，离热源越近，辐射越强；木板能挡住辐射热，说明热辐射是直线前进的，一般穿不过不透明的障碍物。二、一个能够看到热“传递”的演示实验1 器材准备宽为2cm，长20cm的铁片、铝片、铜片各l片；如果难以找到，用直径为0.8cmlcm，长20cm的铁杆、铝杆、铜杆也可以；2cm宽，20cm长的玻璃片l块，或玻璃棒也可以；2cm宽，20cm长的小木条1根；打字蜡纸下的棉纸l张，或其他吸水性较好又有韧性而不太厚的棉纸都行；氯化钻5g10g(一般的化学实验室有)；酒精灯一盏；200mL烧杯一个,装l4杯水2 制作过程将氯化钻溶解在烧杯中的水，溶液呈粉红色；把棉纸裁成2cm宽的长条，蘸上氯化钴的水溶液后分别贴到铁片、铝片、铜片、玻璃片和木条上3 演示过程(1)把贴了湿棉纸的铁片中间或一端放到酒精灯的火焰上烧，如图l所示马上即可看到粉红色的棉纸条就会从靠近热源处向两端或另一端逐渐的变成蓝色，生动形象地显示出热沿着物体温度高的部分“传递”到温度低的部分，效果非常明这就使我们看到了热的“传递”(2)若我们将贴有湿棉纸的铝片或铜片放到铁片上面，与铁片接触，这时铝片或铜片上的棉纸也会由红变蓝，这说明热由铁片“传递”到了铝片或铜片上这又形象地反映了热从高温物体“传递”到低温物体(3)将贴了湿棉纸的铝片、铜片、玻璃片和木条分别放到酒精灯上加热，发现它们变色的快慢各不相同，这又说明了不同的物质热“传递”的性能不栩同(4)如果我们将贴了湿棉纸的铁片或铝片扭成不同的形状，再放到火焰上烧，我们会发现，热也会沿着物体不同的形状“传递”这能很好地说明热的“传递”既不是沿直线也不是沿曲线，而是沿着物体“传递”的，没有物质热是不能“传递”的，即在真空中不能“传递”热，只能靠辐射4 实验原理这个实验是利用了氯化钴失去水份时颜色发生变化的性质氯化钴(CoCl2,CoCl5)在干燥的空气中只含有两个结晶水(CoC122H2O)，颜色是蓝色的，湿时变成含有6个结晶水(CoC126 H2O)，颜色变成了粉红色铁片或铝片“传递”过去的热将湿棉纸上氯化钴溶液中的水蒸发掉，故其颜色由粉红色变成蓝色这个演示实验材料易得，制作简，演示效果明 ，直观性强，可见度大但在演示过程中要注意以下儿点：(1)棉纸在氯化钴溶液中浸湿后，要让水沥去一些，不要坎其含水_； 太多，含水太多不仅不好贴到金属片上，演示时间长，效果也不好(2)在把铁片放到酒精灯上烧时，最好不要用手直接拿着，若实验时间较长就会烫伤手，用传热性能差的纸或其他物体包着铁片的一端再拿着，就安全些(3)玻璃片和木条放在火焰上不要烧得时间过长，玻璃片烧得温度过高可能炸裂或软化，木条烧久了会燃烧，这样既不安全也影响实验效果三、热传导比赛把钢勺、铝勺、瓷勺、塑料勺插进一只玻璃杯中。在各种勺柄的同等高度上涂一小块猪油，再在油上粘一粒小豆子。然后给玻璃杯里倒上开水，仔细观察，看哪个勺柄上的豆子先掉，哪个后掉？ 结果是：铝勺柄上的猪油融化得最快，豆子先掉下来；第二个、第三个掉下来的，分别是钢勺、瓷勺柄上的豆子；而塑料勺柄上的豆子，过了很长时问还掉不下来。物体的热量既可以在物体自身不同的部位间传递，也可在不同的物体之间传递。热量自动地从温度高的物体（或部分）传到温度低的物体（或部分）的传递方式，叫做热传导。这个实验说明，不同的物体传导热的本领是不同的。人们把善于传导热的物体叫做热的良导体，把不善于传导热的物体叫做热的不良导体。科学家通过大量的实验和研究发现，固体中的金属是热的良导体，其中银和铜的热传导本领又最强；其他的固体大都是不良导体，如石头、陶瓷、玻璃、木头、皮革、棉花等等。我们用来做饭、烧菜的锅都是用善于传热的金属制成的，目的就是能让热尽快地传给待加工的食物。冬季人们穿的是棉衣、毛衣或羽绒衣，因为这类东西都是热的不良导体，可以保存身体发出的热量，达到保暖的目的四、“水的沸腾”实验失败的原因分析初中物理教学中，“水的沸腾”实验是一个简单易做的学生实验，但往往因为实验前疏于考虑，实验中重视不足，导致实验的失败率很高。俗话说：失败乃成功之母，引导学生对实验失败原因的探究，既发展学生的探究能力，又培养学生实事求是的科学态度。 首先，我们组织学生来讨论实验中水本身的原因发现有二：其一是取水的多少要适量，如果取水太多，沸腾前加热时间过长，影响沸腾过程中现象的重点观察，影响课堂效果；其二是水的来源，例如，有同学取饮水机里已加热沸腾过的水，实验中，虽然水温已过沸点，但水的内部产生汽泡不多，汽泡也很小，水的沸腾现象不明显，导致实验失败。相比之下，另一些同学取用没加热过的冷水，加热较短时间，水就沸腾了，并且沸腾过程中从液面和内部产生的汽泡多，而且较大，现象明显。为什么会出现和情理中相反的结果？两种截然不同的日常生活现象，激发了学生的求知欲和好奇心理，于是进一步引导学生查看参考书很快就会发现问题所在，原来“长时间沸腾的液体中汽化核减少，沸腾减弱。液体从外界吸收的热量大于液体汽化带走的热，致使液体温度高过沸点，于是产生了过热现象，但过热现象并不稳定，稍有搅动或加入少许的冷水，液体便会重新沸腾，使温度降到沸点。”解决了学生的困惑，增强了学生的探索信心。提高了学生在实验中遇到实际问题时，研中取得更多的收获和乐趣。 其次，讨论实验过程中的操作原因：我们组织学生探讨，学生发现加热过程中，要将酒精灯的火焰调大，同时用外焰加热。相反，如果酒精灯的火焰太小，水在相同时间吸收热量少，温度升高的较慢，要沸腾需时间就长，同样影响实验现象的重点观察；还有同学想出在烧杯上加一个盖子，来减少热量的散失，减少加热时间，既能保证实验效果，同时还避免了实验过程中能量的浪费，进而还培养了学生对能源的节约意识。通过与学生对实验操作原因的讨论，不仅提高学生的实验操作能力，有目的地解决了实验中重视不足的问题。五、压强增大沸点升高在烧瓶中盛半瓶水，用一只插有玻璃管和温度计的塞子塞紧瓶口，再用一段橡皮管把玻璃管和注射器连通（或者连接一个小气筒）。 用酒精灯给烧瓶加热，你可从温度计上看到，当温度接近100时，瓶里的水沸腾了。这时你用力推压针筒活塞（或者压气筒活塞），增大瓶里的压强，你会看到，虽然仍在加热，水的温度也略有升高，但是沸腾停止了。这说明，水的沸点随着压强的增大而升高了。“高压锅”就是根据这个原理制造的。世界上第一只高压锅是在1681年发明的，发明人是法国的医生兼物理学家和机械师丹尼斯帕平。这只高压锅做得十分坚固，锅盖是铁制的，份量很重，紧紧地盖在锅上。锅的外围罩了一层金属网，以防意外爆炸。锅本身有两层，中央摆有内锅，要煮的食物就放在内锅里。加热以后，蒸汽跑不出来，锅内气压升高，水的沸点也升高了，食物就熟得快了。帕平在访问英国的时候，曾用他的高压锅作了一次表演。据在场的人记载，在帕平的高压锅里，就是坚硬的骨头，也变得象乳酪一样柔软。今天，在我国的许多家庭都用上了“高压锅”，用这种锅做饭熟得快，很省时间。特别是在海拔高度很高的地区生活，煮饭必须用“高压锅”。因为高度越高，气压越低，水的沸点也降低。据测定在海拔6000米的地方，水的沸点只有80左右。在这里用普通锅是很难把饭煮熟的，所以，必须用高压锅来提高水的沸点。第四章力学部分一、斜面省力演示实验的改进初中物理教科书中验证“使物体沿斜面升高相同的高度，斜面越长越省力”的结论是利用圆筒测力计演示的，由于小车匀速运动不易把握，拉力不断改变和测力计刻度的可见度低，演示效果不佳。这里介绍笔者设计的一种不用测力计且演示效果比较理想的验证方法，供同行们参考。1.器材的制作用表面光滑的宽均为10cm、长分别为30cm和60cm的木板做成高均为20cm的两个直角斜面，在每个斜面顶部各安装一个定滑轮；再用木块做质量略大于所选用小车质量的三分之一的三个重物。2.演示方法 演示分三步进行： （1）如图甲，使小车竖直匀速向上运动，必须悬挂三个小木块。 （2）使小车沿着图乙所示的斜面匀速向上运动，需要悬挂两个木块，但是只挂一个木块不行。（3） 使小车沿着图丙所示的斜面匀速向上运动，只需悬挂一个木块就可以了。比较图乙和图甲或图丙和图甲中小车受到的拉力，得到“利用斜面可以省力”；比较图丙和图乙中小车受到的拉力，得出“在高度相同的情况下，斜面越长越省力”的结论。二、阿基米德原理演示实验的改进为了充分发挥物理实验的多种功能和作用以尽可能地减小实验误差，得出实验结沦，教师要不断深人研究和勇于创新。阿基米德原理演示实验的关键是准确地测出物体排开液体的重力。才能得到的实验结论。然而，即使使用与教材配套的实验仪器，实验结果总出现大于的情况。原因是由于溢水杯在刚开始溢水和快结结束时，因水流很小水总是从杯口沿杯壁溢出桶外。所以，测出的总是小于实际的，从而导致每次实验误差太大，很难准确地得出实验结论。为解决此问题可以用一细线拴住一重物，重物放入溢水杯(因细线太轻，不用重物细线会与水一起流走)细线伸出杯口，实验时，把细线放入桶内(图1)。改进的实验有两个优点：第一，无论水流多小，水总是沿细线流入桶内；第二，利用这种溢水方法，能使物体排开的液体完全溢出，而不会因其他原因，导致每次实验溢水情况不一样，引起过大的实验误差，利用此方法测量 ，实验误差大大减小，实验结论更准确，更可靠。三、对浮力产生原因的实验改进华东版教材，初二物理第十一章第二节，浮力产生的原因，是用蜡块在水底是否浮起来说明浮力是液体对物体向上的压力和向下的压力的压力差。 蜡块浮沉实验的成功与否，关键是蜡块底部是否平滑。为了追求底部的平滑，我们尝试了刀削法、把玻璃加热融平法、在玻璃板上垫纸熔铸法、抹油法、按压法，甚至悄悄地抹胶法等等，总算让蜡块沉在水底了。课堂上几分钟的演示实验课前必须花几小时去准备，时间效益极不经济。在制作过程中，我萌发了改进实验的想法，把一木块的一面粘上等大的玻璃片，替代蜡块做实验。实践证明，效果很好。一来玻璃面非常平滑可确保实验的成功，二来不易变形，可反复使用达到一劳永逸的要求。在制作木块玻璃体时，建议注意以下三点：1.木块形状上浮。应选择图1所示的扁体正方形状为宜。2.木块、玻璃的厚度问题可以通过计算得以确定。为保证实验成功，木块产生的浮力不应过大。 根据：水=1.0103千克/米3;木=0.5103千克/米3; 玻=25103千克/米3。设木块厚度为H，玻璃厚度为h，面积为s，见图1。由阿基米德原理可得：水gs(H+h) 水gsH+玻gsh水(H+h) 木H+玻h 整理得：3即木块的厚度大于玻璃厚度的3倍，可保证木玻体在水中上浮，综合第三点，故取5倍较适宜。3.由于水槽或大烧杯的底部可能不平滑，就必须进行第二次吻合。解决的办法，再取一片面积稍大的玻璃，实验前将它平放在烧杯底部。这样，两片玻璃之间就很容易达到紧密吻合，水对系统产生浮力。由于木块的厚度为单层玻璃的5倍，而小于两层玻璃厚度的3倍，故系统不能浮起。教师每每改进实验，应与原实验原理相比较，这无疑会对学生的思维训练起到重要的作用，对开发学生的智力，培养学生的创新意识都是大有益处的四、物体沉浮、悬浮演示仪1 仪器特点及用途a.特点。模拟潜水艇在水中上下沉浮，能说明潜水艇沉浮原理；能演示不常见的物体停留在水中不同深处的上悬浮、悬浮和下悬浮。b.用途。分析探究物体在液体中所受到的浮力与物体体积（物体排开液体的体积）的关系；物体在液体中所受到的浮力与物体自重的关系。2 制作材料100ml透明玻璃输液瓶一个，1ml一次性橡胶活塞式透明注射器一个，细砂若干，密封胶一瓶。3 制作方法a.演示仪装置构造在玻璃输液 瓶 的 橡皮塞上用铁丝烧红烫一个小孔，小孔的大小正好能插进这个注射器，插进注射器后用密封胶固定，使注射器粘在橡皮塞上组成一个带注射器的塞子（图1）。b.调准演示仪自重。在瓶子里装入少许细砂，使其连瓶质量共约187g（由于瓶身和注射器的质量有差异会各有不同），塞好带注射器的橡皮塞，将它放入水里进行调试：把注射器活塞推至顶部，此时它在水中应呈下沉状态（如果还不是下沉状态，说明演示仪自重不够，则还要往瓶子里继续一次一粒的添加小细砂再试，直到它下沉为止），在水中将注射器活塞抽至尾部，它会慢慢地浮到水面（如不上浮，则说明装入细砂太多，应一次一粒地从瓶子里取出小细砂，反复进行调试，直到它上浮为止）。c.确定上浮区域、下沉区域和悬浮点演示仪调试好后，放入水中进行实验，将活塞推至顶部或尾部演示仪应呈上下沉浮两种状态；将活塞推至中间适当的位置，到比较深的水中去测试，让演示仪停留在水中不同的深处，既不上浮，也不下沉。这时活塞在注射器刻度上所处位置的点即为悬浮点。离悬浮点上下约0.05ml处分别为下沉点和上浮点。则注射器尾部至上浮点之间为上浮区域；上浮点至下沉点之间为悬浮区域；下沉点至顶部之间为下沉区域（如图2所示）。4 使用方法演示时活塞的推拉须在水中进行，将活塞置于演示仪上浮区域任何位置，演示仪在水中能实现上浮；活塞置于下沉区域任何位置，能实现下沉；活塞置于悬浮区域适当的位置，演示仪则能实现不常见的物体停留在水中不同深处的上悬浮、悬浮和下悬浮。5 实验原理当活塞处于演示仪的悬浮点时，则演示仪自重G与它在水中受到的浮力F呈相等关系，即G=F，从而使演示仪在水中实现悬浮；把活塞向前推至注射器顶部，将注射器内的空气全部压入瓶内，则演示仪的体积减少，它排开的液体也随之减少，水从尾部进入注射器，增加演示仪的自重，则GF，而实现下沉；将活塞抽至注射器的尾部，把瓶里的空气抽到注射器里，使演示仪的体积增大，注射器里的水全部被排出，而使演示仪的自重减轻，则GF，而实现上浮；活塞处在悬浮点和下沉点之间，G和F只有微量的变化，则GF，而实现下悬浮；同样.活塞处在悬浮点和上浮点之间，则GF，而实现上悬浮。6 分析探究同质量物体在水中体积减少，即排开的液体减少，则受到水的浮力也减少；同体积的物体，在水中受到的浮力相同，质量的增减会影响它在水中沉、浮和悬浮的程度。在水中悬浮着的物体，自重只要有百分之几（g）的变化或体积有百分之几（ml）的变化，都会有上浮或下沉的可能。可猜想，在实际应用中，当潜水艇处于悬浮状态时，只要控制水舱里的水有少量进出来增减潜水艇的自重，就能实现沉浮。五、有趣的喷泉在讲大气压强时，为了让学生比较直观形象的认识到大气压的存在和利用大气压的现象，我们总是喜欢做一些既能说明问题又能激发学生学习兴趣和学习积极性的小实验以往我们做的各种喷泉实验就是一例，这里笔者给大家推荐一种能连续喷水的喷泉实验1仪器的装置如图1所示（1）上端封闭的玻璃管：管子越长效果越好，最好选用牛顿管之类的玻璃管（2）喷水管：选用长度约20左右的尖嘴玻璃管，其一端接有橡胶管（3）出水管：上端用玻璃管，下端用有一定硬度的橡胶管（4）储水槽：可与自来水嘴相连，用来提供持续的水源（5）接水槽：盛接出水管流出的水，也可直接把出水口与下水道相通（6）橡皮塞：用于封闭玻璃管口 图12安装与调试（1）将喷水管和出水管插入橡皮塞，然后用止水夹夹住进水口和出水口（2）将玻璃管装适量的水后并盖紧橡皮塞将整个装置倒置，然后固定在支架上（3）将喷水管插入储水槽后，再同时打开止水夹，这时喷泉就可以工作了（4）如玻璃喷管中水面高于喷嘴时将对喷水高度有影响，这时可调整出水口到进水口的高度差如果水面较低时由于管外空气压强要比管内空气压强大，这时空气容易通过出水管进入玻璃喷管，使整个装置停止工作3工作原理当水沿出水管流出时，封闭的玻璃管中空气的体积增大，压强减小，使管外大气压强大于管中空气的压强，所以水能从喷嘴喷出喷射的水柱高度由储水槽到接水槽水平面的高度差来决定水柱喷射高度的计算方法如下：设空气压强为0，玻璃喷管中的空气压强为，接水槽到储水槽的高度差为，储水槽液面到玻璃管中液面的高度差为，喷射水柱高度为则储水槽液面的压强应满足0，接水槽液面的压强也应满足0由以上两式可得，即水柱高度等于出水口到进水口的高度差，由于水与管之间有阻力，因而实际上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六、小实验：巧证大气压强存在大气压强是大气由于受到重力作用而产生的。对于大气压强的存在许多学生往往不易理解,通过小实验巧证大气压强的存在,学生就容易接受多了。这些小实验有些可在课堂上完成,有些可在课外完成,器材简单,操作方便,效果较好。实验一如图1所示,取一玻璃杯用硬纸片把杯口盖严,手按住纸片把杯子倒置,放开手后,硬纸片立即下落。若在杯内盛满水后再用硬纸片把杯口盖严,手按住纸片将杯子倒置,放开手后,纸片不下落,水也不流出,这表明大气有压强。正是由于大气压强的作用,纸片不下落。实验二如图2所示,取一注射器,把针筒倒夹在铁架台的铁夹中,先将活塞推到针筒顶端,排尽空气后用橡皮套将管口套牢,再在活塞颈上拴上细绳,绳下挂几个钩码,活塞也不易拉下来。实验三如图3所示,将两个带有软塑料托的压力衣钩的软塑料托相对,用力挤压,排出其间的部分空气,即使在衣钩下挂一较重的物体,也不易将两个衣钩分开。实验四如图4所示,将木凳面弄湿,把像皮吸盘直立在光滑的凳面上,握住木柄往下压,这时吸盘内气体被挤压出来,再提起木柄,凳子亦被提起,可证明大气压强的存在。 实验五将钢笔插入墨水中,按下胶管外的弹簧片,将胶管中的空气排出一部分,松开弹簧片后墨水就被“吸”进了胶管中。分析可知,管内气体被排出部分后,管内气体压强小于管外大气压强,在墨水液面大气压强作用下,将墨水压进了胶管内,证明了大气压强的存在。 实验六如图5所示,将粗试管装满水后,再将稍细的空试管插入粗试管中至一半深度处,将两试管迅速倒置过来,放开细试管后,则会看到细试管在粗试管内缓缓上升,这表明大气有压强。 实验七如图6所示,广口瓶内装少量细沙,将一块浸有酒精的纸点燃后投入瓶中,然后迅速把剥去壳的熟鸡蛋紧盖在瓶口上。待纸熄灭后,向瓶外浇冷水,瓶中气体压强减少,小于外部大气压强,在大气压作用下鸡蛋被压入了瓶中。 实验八如图7所示,在橡皮塞中插入两支细短玻璃管,一根玻璃管口套上一个小气球,并用线扎紧,另一根接厚橡胶管后与抽气筒相连。用橡皮塞塞紧广口瓶瓶口,用抽气筒抽出瓶中的部分空气,此时套在另一玻璃管口的小气球就膨胀起来。这是由于抽走瓶内部分气体后,瓶内压强减小并小于瓶外大气压强,因而大气压强将瓶外部分气体压进了气球。 总之,教师如能在原有的验证大气压存在的实验基础上再增加以上一些小实验或安排学生自己课后动手做一做,能加深学生对大气压强存在的理解,也能培养学生动手能力和创新能力,培养学生求异思维和整体分析及概括问题的能力。七、乒乓球逆气流而动的实验演示“吹不跑的乒乓球实验”是定性研究流体压强与流速关系的典型实验。这一实验，在小学自然及初、高中物理课本中均可见到。在教学过程中，它既可作为演示实验，又可作为学生的随堂动手实验，也可作为学生的家庭实验，实施过程灵活，操作简单，现象明显，引人深思。但也存在着不足之处，主要体现在以下2个方面：1)实验所用的透明漏斗，在家庭中并不多见，教