物理學(xué)由實驗和理論兩部分組成。物理學(xué)實驗是人類認(rèn)識世界的一種重要活動，是進(jìn)行科學(xué)研究的基礎(chǔ)。由人民教育出版社出版的義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書(以下稱“新教材”)充分體現(xiàn)了這一物理課程的性質(zhì)。
物理實驗是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理興趣的有效手段，也是初中物理教學(xué)中大面積提高教學(xué)質(zhì)量的重要一環(huán)。初中年齡段的學(xué)生大都具有強烈的操作興趣，希望親自動手多做實驗。教師要充分保護和利用這個積極性，讓學(xué)生更多地參加物理實驗和探究活動。新教材把過去教學(xué)中的許多演示實驗變成了學(xué)生的探究活動，這樣處理的目的就是使學(xué)生在動眼、動口、動腦、動手、變學(xué)為思、變學(xué)為悟等方面的綜合素質(zhì)得到較好的發(fā)展，通過實驗探究讓學(xué)生總結(jié)和歸納物理規(guī)律。
新教材中的“想想議議”、“想想做做”和“動手動腦學(xué)物理”等欄目中的“小制作、小實驗”等內(nèi)容占了比較大的比重，而這些活動內(nèi)容大部分可以用我們身邊的物品來完成。使用身邊隨手可得的物品進(jìn)行各種物理實驗和探究活動，可以拉近物理學(xué)與生活的距離，讓學(xué)生深切地感受到科學(xué)的真實性，感受到科學(xué)和社會、科學(xué)和日常生活的關(guān)系。另一方面，由于這些物品本來的用途并不是進(jìn)行物理實驗，所以這種做法本身就是一種創(chuàng)新。不能把低成本實驗僅僅看作解決設(shè)備不足問題的權(quán)宜之計。我們生活中能用來做物理實驗的物品很多。下面介紹幾個巧用飲料瓶來演示和探究初中物理實驗的例子。
一、聲學(xué)實驗
1.探究聲音的音調(diào)
方法a：在幾個飲料瓶中盛入不同深度的水，將瓶口移至嘴邊吹氣，可以聽到不同音調(diào)的聲音產(chǎn)生�？諝庵蕉痰模粽{(diào)越高，反之，空氣柱越長，音調(diào)越低。
方法b：在飲料瓶中盛入小部分水，用手握住后，將飲料瓶口移到嘴邊、吹氣，學(xué)生會聽到一種音調(diào)的聲音。若一邊吹氣，一邊用手?jǐn)D壓飲料瓶水面升高時，學(xué)生又會聽見不同音調(diào)的聲音。
二、光學(xué)試驗
1.演示光的直射、反射、折射現(xiàn)象
在一個比較粗一些的飲料瓶中充滿香煙(或是衛(wèi)生香)的煙霧，擰緊瓶蓋，制成了顯示光路器(能多個班級重復(fù)使用)。用激光筆從瓶底照向瓶口，能清晰地顯示光在同一種物質(zhì)中沿直線傳播。若將瓶底放在平面鏡上，用激光筆從側(cè)面照向瓶底的平面鏡照射時，會清晰地觀察到入射光線和反射光線，給學(xué)生留下深刻的反射現(xiàn)象的表象。若一半是盛有未澄清的石灰水，一半是煙霧時，從側(cè)面向石灰水面照射時，會清晰地觀察到光的入射光線和折射光線。
三、熱學(xué)實驗
1.探究白色和黑色物體吸熱能力的強弱
用白紙和黑紙包住兩個裝滿水的塑料瓶，在太陽光下照射相同的時間后，看看誰的溫度升得高。溫度升得越高，說明其吸收的熱量就越多，其吸熱能力就越強。
2.壓縮氣體體積，氣體液化演示
擰開瓶蓋，滴入幾點乙醚，擰緊瓶蓋后，稍待一會，蒸發(fā)，乙醚液體不見了。當(dāng)用手?jǐn)D壓瓶體時，乙醚液體重新出現(xiàn)在瓶壁上。這表明壓縮氣體體積，氣體被液化。
3.碘的升華與凝華演示
擰開瓶蓋，用匙加入少些固態(tài)碘，擰緊瓶蓋后，豎起將含有碘的瓶底，放入燒杯中的沸水里，就會觀察到紫色的碘蒸氣從瓶底上升，到瓶子的上部后重新凝華成閃閃發(fā)光的碘晶體。此時搖動飲料瓶時看到瓶底的碘仍然是固體，這比用燒瓶在酒精燈上加熱出現(xiàn)液態(tài)碘的可操作更強。
4.演示氣體、液體分子之間有間隔
將空飲料瓶的瓶蓋擰緊后，用手握住用力擠壓，觀察到瓶子發(fā)生的形變，體積減小，說明氣體分子之間有間隔。將飲料瓶中盛滿水，再擰緊瓶蓋后，也用手握住使勁擠壓，會觀察到瓶子發(fā)生很小的形變，體積也減小，說明液體分子之間也有間隔。通過兩次擠壓后觀察到形變的程度不同，說明了氣體分子之間比液體分子之間間隔大。
5.演示對外做功內(nèi)能減少
把自行車內(nèi)袋上具有單向?qū)獾臍忾T芯，固定在瓶的蓋上，打開瓶蓋、滴入幾滴乙醚，擰緊瓶蓋，在用打氣筒充氣后，看見瓶內(nèi)的乙醚蒸發(fā)透明，然后慢慢松開瓶蓋，同學(xué)們會看見瓶內(nèi)出現(xiàn)了“白氣”，這表明氣體對外做功，氣體的內(nèi)能減小，溫度降底而使乙醚液化的原因。
6.演示反沖運動
把自行車內(nèi)袋上具有單向?qū)獾臍忾T芯，固定在瓶的蓋上，用打氣筒往瓶中充10～15次的空氣后，將充足空氣的多功能瓶放在水池中的水面上，然后旋松氣門芯的螺絲，使氣體放出，會觀察到多功能飲料瓶，在水面上快速地前進(jìn)著。
7.巧用飲料瓶證明大氣壓的存在
方法a：擰開塑料飲料瓶的瓶蓋后，用打火機點燃浸過酒精的棉花團，用鑷子放入塑料飲料瓶中，隨即旋緊瓶口，火熄滅片刻后，塑料飲料瓶就發(fā)生明顯的變形，同時有喀喀聲音的出現(xiàn)。這是棉花團在瓶內(nèi)燃燒，消耗氧氣，瓶內(nèi)氣壓減小，外界大氣壓把瓶壓變形了。松開瓶蓋后，空氣進(jìn)入內(nèi)外氣壓平衡，在彈力的作用下，瓶身恢復(fù)了原樣。
方法b：飲料瓶中盛滿水，用一硬紙片(或塑片)擋住瓶口后，用手支撐著倒立過來，松手后，所擋的硬紙片掉不下來。再緩慢地使飲料瓶在豎直面轉(zhuǎn)動360度，硬紙片也倒不下來的，從而形象生動地證明大氣壓的存在。
方法c：將飲料瓶用手?jǐn)D壓使它發(fā)生形變，讓瓶內(nèi)的氣體被排出一部分后，把瓶口與自己的臉(或吹起的玩具氣球上)上相接觸，松手后，飲料瓶子就被“沾”在臉上了。這是飲料瓶瓶身的向外彈力作用下體積增大，內(nèi)部壓強減小，瓶外的大氣壓使飲料瓶“壓”在人臉(或吹起的玩具氣球上)上了。
方法d：如圖所示，飲料瓶中盛滿水，用帶有較長(1.6～1.8m)橡膠管的塞子塞緊瓶口，將飲料瓶子倒立進(jìn)過來，瓶中的水從橡膠管中流入容器中，隨著水的流出，飲料瓶就發(fā)生形變，同時有聲音的出現(xiàn)。這是由于瓶內(nèi)水的流出使瓶內(nèi)氣壓減小，外界大氣壓作用在瓶子上的緣故。
方法e：將飲料瓶擰開瓶蓋后，用手按入水槽中使瓶中充滿水，然后把飲料瓶倒立在水槽中，慢慢提起，直至瓶口不離開水面為止，液面不下降(并與托里拆利實驗對比，使學(xué)生感悟出，當(dāng)時托里拆利實驗為什么用水銀做實驗)，從而說明大氣壓強的存在。
方法f：飲料瓶中盛滿水，擰緊瓶蓋后，放在水平桌面上。用錐子在周圍扎一些小眼(直徑小于3mm)，水并未流出，這是瓶內(nèi)水產(chǎn)生的壓強，小于外界大氣壓的緣故;當(dāng)用手?jǐn)Q松
瓶蓋時，瓶內(nèi)的水與大氣壓產(chǎn)生的壓強之和大于瓶外的大氣壓，因此水就從所扎的小眼向外噴射出來，形成美麗的水簾。
另取一空飲料瓶中盛滿水，擰緊瓶蓋后，放在水平桌面上。用錐子在在飲料瓶下部側(cè)壁扎一細(xì)孔(注意扎孔時不要用力擠按飲料瓶)。當(dāng)扎完小孔后會發(fā)現(xiàn)并沒有水流出，在第一個孔的相同高度處，任意位置再扎一個細(xì)孔后發(fā)現(xiàn)依然沒有水流出來。這是由于大氣壓的作用的結(jié)果，并且證明了大氣壓是各個方向都存在的，與液體壓強特點形成對比。之后在前兩個細(xì)孔的上方再燙一細(xì)孔后，發(fā)現(xiàn)下面的細(xì)孔向外流水，而上面的細(xì)孔不向外流水，并且有空氣從此處進(jìn)入飲料瓶內(nèi)上方。如果擰開飲料瓶的瓶蓋會發(fā)現(xiàn)三孔都會流水。且小孔位置越靠近瓶底，水柱噴的越遠(yuǎn)。又把同一液體內(nèi)部壓強隨著深度的增加而增大聯(lián)系起來，有利于形成前后知識的結(jié)構(gòu)體系。
五、力學(xué)實驗
1.演示空氣有質(zhì)量
空氣有質(zhì)量的直觀表象是理解大氣壓強的關(guān)鍵，在新教材中沒有編排這一實驗，學(xué)生覺察不到大氣有質(zhì)量，因此，我們增加了該實驗，把自行車內(nèi)袋上具有單向?qū)獾臍忾T芯，固定在瓶的蓋上，做成“多功能瓶”，天平調(diào)平后，將“多功能瓶”放在天平左盤上，右盤加砝碼使天平平衡;然后用打氣筒往“多功能瓶”中充8～9次后，再放在天平左盤上，發(fā)現(xiàn)左盤迅速下降，要使用天平再平衡，需要往右盤加1g多的砝碼，這表明空氣有質(zhì)量。
2.演示力的作用效果與力的三要素
雙手?jǐn)D壓塑料瓶，可以使瓶發(fā)生不同程度的凹陷變形，說明力可以使物體發(fā)生形變。如果施加的力越大，瓶子的形變程度也就越大，表明力的作用效果跟力的大小有關(guān)。用手推裝滿水的塑料瓶使其運動，說明力可以改變物體的運動狀態(tài)。推力方向不同，塑料瓶運動的方向也不同，說明力的作用效果跟力的方向有關(guān)。將裝滿水的塑料瓶豎立在桌面上，用手指推瓶蓋與瓶身，發(fā)現(xiàn)推瓶蓋時瓶子更容易傾倒，說明力的作用效果跟力的作用點有關(guān)。
3.演示物體的慣性
用手將一塑料瓶扔出，離開手后瓶仍然繼續(xù)朝前運動，說明物體具有慣性。將礦泉水瓶放倒在水平桌面上，向它的側(cè)面吹氣，它會很容易被吹的滾動起來。當(dāng)將瓶中裝滿水再用同樣的力吹它時，它卻不容易被吹動。當(dāng)用同樣的力使它們滾動起來時，裝滿水的瓶子滾動的較遠(yuǎn)。這些現(xiàn)象說明：質(zhì)量大的物體不容易改變運動狀態(tài)，即質(zhì)量大的物體慣性大。
4.探究壓力的作用效果
將裝有一半水的塑料瓶豎放在一塊軟海綿上，觀察海綿的凹陷情況;再將塑料瓶內(nèi)裝滿水，重新豎放在這塊軟海綿上，比較這兩種情況中塑料瓶對海綿的作用效果，從而得出壓力的作用效果跟壓力的大小有關(guān)。把一裝滿水的塑料瓶分別正放、倒放在海綿上，觀察并比較海綿的凹陷情況，表明壓力的作用效果跟受力面積有關(guān)。
5.探究液體壓強
在一塑料瓶的瓶口包上一橡皮膜，將其瓶口壓入水中，橡皮膜發(fā)生凹陷，說明液體內(nèi)部存在壓強。在塑料瓶的側(cè)壁上的不同高度的地方扎三個小孔，再往瓶內(nèi)倒水，比較水從孔中噴出的遠(yuǎn)近，最終得出液體壓強跟深度有關(guān)，深度越大，壓強越大。
6.探究液體壓強與流速的關(guān)系
在塑料瓶中裝上適量的水，左手拿著一支吸管豎直插入瓶內(nèi)水中，右手橫拿著另一支吸管，將嘴對著橫管的一端用力吹氣，觀察管內(nèi)液面和管口的情況，從而得出“流體流動，流速越大的位置，壓強越小”的結(jié)論。
7.演示豎直方向
對具有物理意義的“豎直”，學(xué)生不能很好的認(rèn)識，理解起來費力，以至在有些問題中對重力和浮力的方向不能正確把握。
如圖1、圖2所示，A是塑料飲料瓶;B是水;C是用線系好固定在瓶蓋上的鐵球;D是用細(xì)線系好固定在瓶蓋上的氫氣球。演示時，將組裝好的飲料瓶A正立、B倒立時，學(xué)生會觀察到系有鐵球C和系有氫氣球D的線段方向是豎直的方向;若將飲料瓶A、B傾斜時，學(xué)生也會觀察到系有鐵球C和系有氫氣球D的線段方向仍與水平面是垂直的，從而生動形象地表明重力的方向和浮力的方向總是豎直的。
8.演示失重和超重
將帶有三孔的飲料瓶，用手按入水中充滿水，擰緊瓶蓋后，從水中提出來(水不溢出，是大氣壓的作用)。然后打開瓶蓋，水從小孔射出，將飲料瓶提高位置，松手使飲料瓶自由下落，小孔中沒有水射出。當(dāng)瓶子落至地面前，用手接住，這時水又從小孔射出來。再豎直上拋時，也會觀察到水不溢出。再下落時，又會看到?jīng)]有水從小孔射出。這是因為當(dāng)自由下落時，水受到的重力全部用作自由落體加速度g，不產(chǎn)生附加壓強，完全“失重”了。而豎直上拋時，作減速上升的運動時，負(fù)加速度也是重力產(chǎn)生的，也“失重”了。
9.演示空氣有浮力
人類長時間生活在空氣中，對空氣的浮力適應(yīng)，感受不到有浮力的存在，有下面的實驗，使學(xué)生直觀體會到空氣中的物體有浮力。用打氣筒給多功能瓶充氣，然后氣球套緊在氣門芯上，并用線系好。放在天平上使天平平衡，將套在氣球內(nèi)的螺絲帽松動，使氣球膨脹，天平左端上升。在左端質(zhì)量不變的情況下，左端上升是體積大浮力變大的緣故。
10.探究浮力產(chǎn)生的原因
將塑料瓶的底部剪去，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，乒乓球也不會浮起來，而只有用手從下面堵住瓶口時，乒乓球才會浮起來。從而說明浮力就是液體對浸在其中的物體向上與向下的壓力差。
11.演示物體的浮沉條件
將礦泉水瓶裝入適量的沙子，擰緊蓋，放入水中，瓶可豎直下沉;通過調(diào)節(jié)裝沙量的多少，可使瓶在水中豎直地漂浮或懸浮。
隨處可得的塑料瓶能做出如此多的實驗，同學(xué)們在學(xué)習(xí)中興趣一定很濃，其實可用塑料瓶做的實驗還很多，例如可以替代燒杯、量筒、漏斗、溢水杯等實驗器材，聲音與能量、阿基米德原理的演示、潛水艇模型、土電話、噴泉、閉口浮沉子等的實驗裝置。生活中處處有物理，只要我們善于發(fā)現(xiàn)，細(xì)心觀察，勤于思考，勇于實踐，不斷引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究，充分利用身邊可以利用的物品，讓學(xué)生自己動手制作教具，不僅可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的長久興趣，而且還可以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新精神，并使學(xué)生有意識的將物理知識應(yīng)用到實踐中，解決實際問題，真正體現(xiàn)新課標(biāo)“從生活走向物理，從物理走向社會的理念。
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