饮料瓶在物理实验教学中的应用

饮料瓶在物理实验教学中的应用 生活中有各种各样的废弃塑料饮料瓶 我一直在想怎样才能变废为宝 开发为课程资源 为实验教学 添砖加瓦 使物理教学体现为 从生活走向物理 从物理走向科技 的新课程理念 同时 一物多用 的典型事例 能够逐步养成学生从多角度 多方位 多层次分析和解决问题的能力 促进创造性思维的发 展 在这样思索下 本人在课堂教学中进行了探索 现介绍如下 以其抛砖引玉 一 对饮料瓶不进行任何技术处理 就可以做如下实验一 对饮料瓶不进行任何技术处理 就可以做如下实验 1 1 压缩气体体积 气体液化演示 压缩气体体积 气体液化演示 拧开瓶盖 滴入几点乙醚 拧紧瓶盖后 稍待一会 蒸发 乙醚液体不见了 当用手挤压瓶体时 乙 醚液体重新出现在瓶壁上 这表明压缩气体体积 气体被液化 2 2 碘的升华与凝华演示 碘的升华与凝华演示 拧开瓶盖 用匙加入少些固态碘 拧紧瓶盖后 竖起将含有碘的瓶底 放入烧杯中的沸水里 就会观 察到紫色的碘蒸气从瓶底上升 到瓶子的上部后重新凝华成闪闪发光的碘晶体 此时摇动饮料瓶时看到瓶 底的碘仍然是固体 这比用烧瓶在酒精灯上加热出现液态碘的可操作更强 3 3 物体的悬浮 上升 下降演示 物体的悬浮 上升 下降演示 1 将几粒茶叶放入饮料瓶中 然后倒入多半瓶热水 不要倒满 留一部分空间 用于调节饮料瓶 中的压强 最后旋紧瓶盖 2 观察到几粒茶叶中有的漂浮 有的下沉 也有的悬浮 选取一个漂浮的茶叶片为观察对象 用 手挤压方形塑料饮料瓶正对的两侧面时 漂浮的茶叶片就会下降 当用力适度时茶叶片就会悬浮在热水中 3 若选取一个缓慢下降 或沉在瓶底 的茶叶片为观察对象 用手挤压方形塑料饮料瓶正对的两 个棱时 下降的茶叶片就会停止下降 或瓶底的茶叶片上升 当用力适度时此茶叶片也会悬殊浮在水中 实验原理 方形塑料饮料瓶挤压正对两侧面时 瓶的容积变小 内部压强增大 茶叶中浸入一些水而 重力变大 当茶叶的重力等于浮力时就悬浮 当挤压方形塑料饮料瓶正对的两个棱时 瓶子的容积增大 数学证明略去 瓶内压强减小 浸入茶叶中的水分量减小 当茶叶的重力等于浮力时也会悬浮 4 4 演示气体 液体分子之间有间隔 演示气体 液体分子之间有间隔 将空饮料瓶的瓶盖拧紧后 用手握住用力挤压 观察到瓶子发生的形变 体积减小 说明气体分子之 间有间隔 将饮料瓶中盛满水 再拧紧瓶盖后 也用手握住使劲挤压 会观察到瓶子发生很小的形变 体 积也减小 说明液体分子之间也有间隔 通过两次挤压后观察到形变的程度不同 说明了气体分子之间比 液体分子之间间隔大 5 5 演示光的直射 反射 折射现象 演示光的直射 反射 折射现象 在一个比较粗一些的饮料瓶中充满香烟 或是卫生香 的烟雾 拧紧瓶盖 制成了显示光路器 能多 个班级重复使用 用激光笔从瓶底照向瓶口 能清晰地显示光在同一种物质中沿直线传播 若将瓶底放 在平面镜上 用激光笔从侧面照向瓶底的平面镜照射时 会清晰地观察到入射光线和反射光线 给学生留 下深刻的反射现象的表象 若一半是盛有未澄清的石灰水 一半是烟雾时 从侧面向石灰水面照射时 会 清晰地观察到光的入射光线和折射光线 6 6 分子不停地做无规则运动 分子不停地做无规则运动 将饮料瓶中滴入几滴酚酞试液 拧紧瓶盖后 上下倒置并旋转饮料瓶子 使管壁上涂有一层无色酚酞 试液 然后 将瓶盖拧开后 在瓶盖里滴上两滴酚酞试液 并把饮料瓶倒置后 拧紧瓶盖 2 秒钟后观察 到饮料瓶内的氨分子与酚酞反应 从瓶口外开始逐渐向上变红 表明氨分子不停地做无规则运动 特点 饮料瓶由无色变成红色 色彩鲜艳 能激发求知欲望 而且不污染环境 7 7 演示竖直方向 演示竖直方向 对具有物理意义的 竖直 学生不能很好的认识 理解起来费力 以至在有些问题中对重力和浮力 的方向不能正确把握 如图 1 图 2 所示 A 是塑料饮料瓶 B 是水 C 是用线系好固定在瓶盖上的铁球 D 是用细线系好固 定在瓶盖上的氢气球 演示时 将组装好的饮料瓶 A 正立 B 倒立时 学生会观察到系有铁球 C 和系有氢 气球 D 的线段方向是竖直的方向 若将饮料瓶 A B 倾斜时 学生也会观察到系有铁球 C 和系有氢气球 D 的线段方向仍与水平面是竖直的 从而生动形象地表明重力的方向和浮力的方向总是竖直的 9 9 证明大气压存在的演示 证明大气压存在的演示 方法 a 拧开塑料饮料瓶的瓶盖后 用打火机点燃浸过酒精的棉花团 用镊子放入塑料饮料瓶中 随 即旋紧瓶口 火熄灭片刻后 塑料饮料瓶就发生明显的变形 同时有喀喀声音的出现 这是棉花团在瓶内 燃烧 消耗氧气 体积膨胀又溢出 封口冷却后 瓶内气压减小 外界大气压把瓶压变形了 松开瓶盖后 空气进入内外气压平衡 在弹力的作用下 瓶身恢复了原样 方法 b 饮料瓶中盛满水 用一硬纸片 或塑片 挡住瓶口后 用手支撑着倒立过来 松手后 所挡 的硬纸片掉不下来 再缓慢地使饮料瓶在竖直面转动 360 度 硬纸片也倒不下来的 从而形象生动地证明 大气压的存在 方法 c 将饮料瓶用手挤压使它发生形变 让瓶内的气体被排出一部分后 把瓶口与自己的脸 或吹 起的玩具气球上 上相接触 松手后 饮料瓶子就被 沾 在脸上了 这是饮料瓶瓶身的向外弹力作用下 体积增大 内部压强减小 瓶外的大气压使饮料瓶 压 在人脸 或吹起的玩具气球上 上了 方法 d 如图所示 饮料瓶中盛满水 用带有较长 1 6 1 8m 橡胶管的塞子塞紧瓶口 将饮料 瓶子倒立进过来 瓶中的水从橡胶管中流入容器中 随着水流入容器的增多 饮料瓶就发生形变 同时有 声音的出现 这是由于瓶内水的流出使瓶内气压减小 外界大气压作用在瓶子上的缘故 方法 e 将饮料瓶拧开瓶盖后 用手按入水槽中使瓶中充满水 然后把饮料瓶倒立在水槽中 慢慢提 起 直至瓶口不离开水面为止 液面不下降 并与托里拆利实验对比 使学生感悟出 当时托里拆利实验 为什么用水银做实验 从而说明大气压强的存在 1010 演示空气振动产生声音及音调变化 演示空气振动产生声音及音调变化 方法 a 在几个饮料瓶中盛入不同深度的水 将瓶口移至嘴边吹气 可以听到不同音调的声音产生 空气柱越短的 音调越高 反之 空气柱越长 音调越低 方法 b 在饮料瓶中盛入小部分水 用手握住后 将饮料瓶口移到嘴边 吹气 学生会听到一种音调 的声音 若一边吹气 一边用手挤压饮料瓶水面升高时 学生又会听见不同音调的声音 二 若对饮料瓶进行稍稍加工就会产生了二 若对饮料瓶进行稍稍加工就会产生了 多功能瓶多功能瓶 改进一 改进一 把自行车内袋上具有单向导气的气门芯 固定在瓶的盖上 这样就制成了可作如下实验 1 1 演示空气有浮力 演示空气有浮力 人类长时间生活在空气中 对空气的浮力适应 感受不到有浮力的存在 有下面的实验 使学生直观 体会到空气中的物体有浮力 用打气筒给多功能瓶充气 然后气球套紧在气门芯上 并用线系好 放在天 平上使天平平衡 将套在气球内的螺丝帽松动 使气球膨胀 天平左端上升 在左端质量不变的情况下 左端上升是体积大浮力变大的缘故 2 2 演示空气有质量 演示空气有质量 空气有质量的直观表象是理解大气压强的关键 在新教材中没有编排这一实验 学生觉察不到大气有 质量 因此 我们增加了该实验 天平调平后 将 多功能瓶 放在天平左盘上 右盘加砝码使天平平衡 然后用打气筒往 多功能瓶 中充 8 9 次后 再放在天平左盘上 发现左盘迅速下降 要使用天平再平 衡 需要往右盘加 1g 多的砝码 这表明空气有质量 3 3 演示对外做功内能减少 演示对外做功内能减少 打开瓶盖 滴入几滴乙醚 拧紧瓶盖 在用打气筒充气后 看见瓶内的乙醚蒸发透明 然后慢慢松开 瓶盖 同学们会看见瓶内出现了 白气 这表明气体对外做功 气体的内能减小 温度降底而使乙醚液 化的原因 4 4 演示反冲运动 演示反冲运动 用打气筒往 多功能瓶 中充 10 15 次的空气后 将充足空气的多功能瓶放在水池中的水面上 然 后旋松气门芯的螺丝 使气体放出 会观察到多功能饮料瓶 在水面上快速地前进着 改进二 改进二 在饮料瓶上从上向下用针扎三个等距离的小孔可做如下实验 1 1 大气压的存在 大气压的存在 饮料瓶中盛满水 拧紧瓶盖后 放在水平桌面上 用锥子在周围扎一些小眼 直径小于 3mm 水并 未流出 这是瓶内水产生的压强 小于外界大气压的缘故 当用手拧松瓶盖时 瓶内的水与大气压产生的 压强之和大于瓶外的大气压 因此水就从所扎的小眼向外喷射出来 形成美丽的水帘 2 2 液体的压强随深度的增加而增大 液体的压强随深度的增加而增大 将带有三孔的饮料瓶 用手按入水中充满水后 不盖瓶盖时 从水中提出水面来 可观察到不同深度 的水射程不同 从而说明液体的压强 随着深度的增加而增大 3 3 演示失重和超重 演示失重和超重 将带有三孔的饮料瓶 用手按入水中充满水 拧紧瓶盖后 从水中提出来 水不溢出 是大气压的作 用 然后打开瓶盖 水从小孔射出 将饮料瓶提高位置 松手使饮料瓶自由下落 小孔中没有水射出 当瓶子落至地面前 用手接住 这时水又从小孔射出来 再竖直上抛时 也会观察到水不溢出 再下落时 又会看到没有水从小孔射出 这是因为当自由下落时 水受到的重力全部用作自由落体加速度 g 不产生 附加压强 完全 失重 了 而竖直上抛时 作减速上升的运动时 负加速度也是重力产生的 也 失重 了 4