紙?jiān)谖锢斫虒W(xué)中的妙用

曾　燕

(江蘇省常熟中學(xué),江蘇　常熟　215500)

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紙?jiān)谖锢斫虒W(xué)中的妙用

曾燕

(江蘇省常熟中學(xué),江蘇常熟215500)

摘要：一張紙可以用來做什么？對(duì)此不同年齡階段的人會(huì)有不同的答案.在高中階段,可以給我們的學(xué)生提出關(guān)于一張紙的故事,作為物理課后作業(yè),專門從物理學(xué)角度去研究它,一個(gè)開放性題目在一定程度上可以檢驗(yàn)他們的物理學(xué)習(xí)情況.在不斷開發(fā)“紙”在物理教學(xué)中的應(yīng)用中,增加學(xué)生親身實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì),提高學(xué)生積極參與和合作探究的程度,體會(huì)到探究的快樂.

關(guān)鍵詞：物理教學(xué);紙;應(yīng)用

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,很多物理規(guī)律、原理都是通過實(shí)驗(yàn)探究得到.教師應(yīng)該抓住一切機(jī)會(huì),讓學(xué)生能親自體驗(yàn)科學(xué)家們從現(xiàn)象找事物本質(zhì)的過程,不僅大大減輕了學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān),更重要的是增加了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和動(dòng)力.但是實(shí)驗(yàn)畢竟要借助一定的器材,很多本來“很有意思”、“很好玩”的實(shí)驗(yàn)就變?yōu)榱恕罢f”實(shí)驗(yàn).其實(shí),只要我們做個(gè)有心人,還是可以借助身邊簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)器材,例如一張白紙,再加一些輔助器材,可以演示很多有意義的小實(shí)驗(yàn).

1利用紙做力學(xué)實(shí)驗(yàn)

1.1兩個(gè)“鐵球”同時(shí)落地

伽利略著名的比薩斜塔故事為人們熟知,在物理課堂上,為了能將學(xué)生由生活經(jīng)驗(yàn)而獲得的“重”的物體比“輕”的物體下落得快的認(rèn)識(shí)充分瓦解,建立正確的落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律,這時(shí)需要演示實(shí)驗(yàn)來讓學(xué)生感受這種視覺上及思維上的“沖擊”,獲得最好的效益.我們可以隨手取材,用一張白紙、一個(gè)鐵球.實(shí)驗(yàn)分成兩步,第一步,讓紙片和鐵球從同一個(gè)高度自由釋放(鐵球先落地,白紙后落地);第二步,還是這張紙片和這個(gè)鐵球,但紙片揉成團(tuán),從同一個(gè)高度自由釋放(幾乎同時(shí)落地).原因是一張平攤的白紙下落時(shí)會(huì)受到空氣較大的阻力,而鐵球則受空氣阻力很小,當(dāng)白紙變成一個(gè)小團(tuán)后下落時(shí)空氣阻力也很小,那么在沒有任何阻力的情況下,兩個(gè)物體應(yīng)該是同時(shí)落地的.

1.2紙片順著繩子“爬高”

如何讓一張紙片(質(zhì)地要硬一些)順著兩根繩子往上“爬”？這個(gè)問題很有挑戰(zhàn)性.

圖1

利用圓規(guī)的一個(gè)針腳在這個(gè)紙片上打出四個(gè)小孔,呈梯形,四個(gè)小孔分別位于“梯形”的四個(gè)頂點(diǎn).然后用兩根繩子分別穿過一上一下的兩個(gè)小孔,呈“八”字形(如圖1).一位同學(xué)將兩根繩子的下端拉住(保持兩根繩子從下面兩個(gè)小孔出來時(shí)平行放置),另一位同學(xué)將兩根繩子的上端也用手握住(同樣保持平行),由繩子上端的那位同學(xué),通過兩只手一左、一右拉動(dòng)繩子,這時(shí)我們便可看到紙片沿著繩子“爬”上去了.如果是下端的同學(xué)如此拉動(dòng)繩子,而上端保持不動(dòng),紙片會(huì)沿繩子往下運(yùn)動(dòng).在這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象里包含著什么物理原理？學(xué)生在親自“體驗(yàn)”中,慢慢會(huì)悟出道理.

圖2

當(dāng)從上端牽引左邊繩子時(shí),左繩拉直、右繩放松(如圖2),卡片原有狀態(tài)中左邊繩子由“凹折態(tài)”變成“直線態(tài)”,在此過程中,對(duì)卡片產(chǎn)生一個(gè)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的力矩作用,由于右邊的繩子是松的,因此,卡片右邊的兩個(gè)孔,會(huì)分別沿著右邊的繩子“上移”.穩(wěn)定后,再牽引右繩(同樣是在上端牽引),放松左繩,此時(shí)右側(cè)繩子狀態(tài)的變化產(chǎn)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩作用,卡片左邊的兩個(gè)孔會(huì)分別沿著左邊的繩子“上移”.這樣就好像人登山一樣,一個(gè)腳用于固定,并產(chǎn)生作用力,而另一個(gè)腳用于往上“攀爬”.

1.3抽紙條

為了加深學(xué)生對(duì)沖量物理意義的理解,我們可以做以下小實(shí)驗(yàn),取一只玻璃杯,一張紙條.將紙條壓在玻璃杯之下,第一次快速抽出紙條,玻璃杯幾乎沒有發(fā)生任何變化;第二次緩慢抽出紙條,這時(shí)玻璃杯會(huì)發(fā)生移動(dòng)的現(xiàn)象，玻璃杯運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變了,且比較明顯.原因何在？原因是在兩次抽出紙條的過程中,在水平方向上玻璃杯底都只受到紙條施加的滑動(dòng)摩擦力,且大小相等,但由于操作時(shí)有“快速”、“緩慢”之別,從而使得該滑動(dòng)摩擦力在兩次實(shí)驗(yàn)中的作用時(shí)間不同,導(dǎo)致玻璃杯受到的沖量大小不同,所以動(dòng)量的改變量也不同.第一次作用時(shí)間趨于零,所以動(dòng)量改變量也趨于零(玻璃杯幾乎沒發(fā)生任何變化),第二次作用時(shí)間較長(zhǎng),所以動(dòng)量改變量也大(玻璃杯隨著紙條抽出而發(fā)生移動(dòng)).這個(gè)小實(shí)驗(yàn)可以真切幫助學(xué)生理解抽象的理論,因此學(xué)生應(yīng)該要學(xué)會(huì)能隨手取材,做實(shí)驗(yàn)來“消化”知識(shí).如果有學(xué)生能讓該實(shí)驗(yàn)更加刺激一些的話,可以這么設(shè)計(jì),將兩個(gè)去蓋的啤酒瓶口對(duì)口放置在水平桌面上,兩口之間放置一張紙條,第一次快速抽出紙條,第二次緩慢抽出紙條,看有什么現(xiàn)象.

1.4演示伯努利原理

當(dāng)我們站在公路旁等待公共汽車時(shí),一輛疾馳而過的汽車,像長(zhǎng)了只無形的手把我們“拉”了一下,這個(gè)現(xiàn)象說明了“伯努利原理”.我們可用身邊的簡(jiǎn)單器材來重現(xiàn)這一現(xiàn)象，取一張白紙,一撕為二,兩手分別捏住白紙的一端,使兩張紙平行放置;往兩紙片之間吹氣,便會(huì)發(fā)現(xiàn)兩張紙片會(huì)向中間靠攏(好像是相互“吸引”).其實(shí)這個(gè)就是和氣流速度、氣體壓強(qiáng)有關(guān).氣流速度越快,氣體壓強(qiáng)就越小.那么往兩張紙片中間吹氣,加快了兩張紙之間的氣流速度,導(dǎo)致兩紙之間的氣壓減小,而對(duì)于兩張紙的外側(cè)沒有受到影響,氣壓不變,因此每張紙片內(nèi)側(cè)壓力小而外側(cè)壓力大,因而會(huì)向中間靠攏(“吸引”).

2利用紙做靜電實(shí)驗(yàn)

在冬季,同學(xué)們會(huì)發(fā)現(xiàn)在脫毛線衣時(shí),會(huì)產(chǎn)生劈里啪啦的聲響,而且還帶有小火花，這個(gè)是靜電現(xiàn)象.裝運(yùn)燃油的大貨車車尾總是拖著一個(gè)“小辮子”——鐵鏈,它的作用是將靜電導(dǎo)走,否則會(huì)釀成大禍.那么什么是靜電現(xiàn)象？取一張白紙,再取一根玻璃棒和一塊絲綢.將紙片撕成很細(xì)小的碎片灑在課桌上,將玻璃棒和絲綢進(jìn)行摩擦,然后讓玻璃棒靠近碎紙片,此時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn),小紙片乖乖的“飛”向玻璃棒，此時(shí)玻璃棒帶電了，它具有能吸引輕小物體的本領(lǐng).那么原來沒有摩擦的玻璃棒是電中性的,而經(jīng)過摩擦,絲綢將玻璃棒中的電子“奪”了過去,玻璃棒因失去電子而帶正電,其實(shí)這時(shí)候的絲綢帶上了負(fù)電.就這么一個(gè)小實(shí)驗(yàn)(也可以用塑料的圓珠筆殼,將它和頭發(fā)摩擦),可以將靜電“展現(xiàn)”在學(xué)生眼前,如此“零距離”感受它的存在,對(duì)于學(xué)生來說,記憶肯定十分深刻.

3利用紙做光學(xué)實(shí)驗(yàn)

3.1小孔成像

3.2觀察光的衍射現(xiàn)象

取一張白紙,用一把美工刀在其中央部分劃上一刀,然后舉著這張紙,對(duì)著有光的方向(太陽、點(diǎn)亮的日光燈等都可以),透過那條劃出的細(xì)縫去看太陽或者點(diǎn)亮的日光燈,我們會(huì)發(fā)現(xiàn)不僅能看見光,而且看到的光的區(qū)域比那條縫要粗,還是七彩的光.這個(gè)現(xiàn)象便說明了光如果遇到了障礙物,它還是會(huì)繼續(xù)傳播的,而且傳播的方向會(huì)改變,即所謂的“繞彎”.平時(shí)不容易看到這個(gè)“繞彎”現(xiàn)象的原因是,要發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物的尺寸或者縫的尺寸要和光的波長(zhǎng)差不多或者比波長(zhǎng)要小.

小小實(shí)驗(yàn)隨時(shí)做,小小實(shí)驗(yàn)顯真理,物質(zhì)本性記心頭.當(dāng)然,一張紙能參與的實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)不止這么多,只要我們敢于去探究,敢于去發(fā)現(xiàn),那么借助這張紙,可以展示某些物理現(xiàn)象，我們的學(xué)生將更加樂于去學(xué)習(xí)物理,親近物理.

參考文獻(xiàn)：

仇忠海.高中物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)與訓(xùn)練[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2002.