自制教具在中學物理教學中的應用研究

代海年

摘要：通過對自制教具在中學物理教學中的應用研究，結合自己的教具制作實踐和對自制教具的認識對自制教具的常用方法進行了探討；通過自制物理實驗教具的案例，對教具自制過程進行闡述，較為詳細地介紹了自制教具在演示實驗、學生實驗、學生課外科技活動和家庭實驗中的具體應用。希望通過該研究，讓自制教具得到進一步推廣，從而提高中學物理教學質量，促進學生能力向多元化的方向發展，以適應社會對人才的需求。

關鍵詞：中學物理；自制教具；科學探究

1水柱大氣壓強測試儀

1.1設計原理

利用二力平衡的原理，對氣體壓強的測定轉化為對液體壓強的測定，測量介質用水代替水銀，利用水桶里的水為傳導壓強的媒介，把大氣壓傳到塑料管內的水，給其向上的支持力，以平衡塑料管內的水柱壓強。水柱和水桶里的水成液封，相當于封閉容器。塑料管頂和塑料管內水柱頂部形成真空，由于平衡狀態下均勻液體中的壓強是可以傳遞的，在同一水平面上壓強相等。系統平衡以后，以水桶里水表面為參照面分析，因為薄層水受到上面大氣壓和液體內部向上的壓強（簡單理解為支持力），這個壓強在水平面上處處相等。塑料管內的水與水桶表面的水層，受到上面h米的水壓強，因為頂部是真空，沒有氣壓，所以下面受到通過水桶傳遞的外界大氣壓強，與管內水壓平衡。因此：大氣壓強=管內水柱高度產生的壓強。

根據液體壓強公式P=ρgh可以比較直觀、方便的測量出大氣壓強的值，也可以直接用管內水柱的高度表示大氣壓。

1.2實驗器材

①外徑16mm、內徑12mm、長約1m的透明pex塑料管11根 ②1216直通銅接頭10個，1216管開關一個，1216管堵頭一個 ③外徑160mm長1.2m厚4mm水桶1個，兩端帶蓋，一端密封 ④自制合適支架一個 ⑤20m皮尺一個 ⑥開口扳手兩個 ⑦量度值為1.0～1.1kg/m?液體浮力密度計一個 ⑧自備盛水器皿⑨紅色墨水 ⑩漏斗一個。

1.3使用方法

①將實驗儀器搬至1—2樓樓梯拐彎處，把水桶放在支架上，在水桶里盛滿水（留2cm位置），用膠頭滴管滴幾滴紅墨水，再用透明塑料管攪拌至均勻，然后將液體浮力密度計放入水桶，待密度計平穩后，讀出所示示數并記錄，可多次測量取平均值.

②取兩根透明塑料管，其中一根分別將開關和雙通接頭接在塑料管兩端，另一根兩端不接雙通接頭，將剩余塑料管的一端分別接上雙通接頭。

③取不帶接頭的塑料管，將塑料管放入水桶中注滿水，然后在水中將堵頭接在塑料管上端，再從水中提出約90cm的塑料管。

④取一根透明塑料管，將銅接頭的螺絲帽與緊固圈放在帶有堵頭透明塑料管的一端，在水中用手擰緊螺絲，將接頭提出水面，用扳手加固接頭，依次連接帶有接頭的塑料管9—10根（北方9根南方10根），最后將帶有開關和直通的塑料管接到上根塑料管上，將下方開關關閉。

⑤取下最頂端堵頭，用漏斗給管中加水直到略溢出管口，安裝上堵頭并擰緊。

⑥打開最下面的開關，管內水柱開始下降，等到管內水柱不 下移時，用皮尺測量水桶液面到管內頂端水位高度h。

⑦根據液體壓強公式P=ρgh，算出本地大氣壓強的數值。

注：由于管長及測量高度原因，實驗操作中需要一個高10m左右的平臺，可以利用樓房樓梯進行實驗測量。

1.4儀器特點

⒈實驗儀器通用性強，由于不同地方海拔高度不同，可以測出不同地方的大氣壓強，實驗效果明顯，成功率較高。

⒉大氣壓強測量儀是對托里拆里實驗的一個改進，在水銀具有危害人體健康的情況之下，使用水作為媒介，提高了實驗的可操作性，使得學生可以自主操作實驗。

⒊實驗設計時將10m長水管分割成1m的短管，用接頭分別連接，使得實驗儀器便于攜帶和存放。

⒋實驗設計和制作時注意避免了可能對學生帶來的傷害，人性化設計實驗儀器大小，使學生更加容易體會大氣壓強。

2液體流速與壓強演示儀

2.1設計背景

流體壓強與流速關系實驗，大多采用氣體演示實驗儀，用液體演示實驗很少。該儀器既可做氣體也可做液體壓強與流速關系演示。

2.2實驗原理

1、液體壓強與流速的關系

第一部分的實驗裝置如圖5—3所示。液體在管中作穩流時，在管子粗的地方，流速小，壓強大；在管子細的地方，流速大，壓強小。由于①②③號管的粗細不同，所以管中液體流速不相同，管中壓強也不相同，故⑤號管中水柱的高低也各不相同。我們通過觀察三個細管中水柱的高低既可得出液體壓強與流速的定性關系。

2、氣體壓強與流速的關系

第二部分的實驗裝置如圖5—3所示。氣體在管中作穩流時，在管子粗的地方，流速小，壓強大；在管子細的地方，流速大，壓強小。由于①②③號管的粗細不同，所以管中氣體的流速不相同，管中壓強也不相同，故與之相連的細管口處壓強不同，故管中水柱的高低也各不相同。我們通過觀察三個細管中水柱的高低來判斷氣體壓強與流速的關系。

本實驗裝置通過用兩種不同的流體來演示流體壓強與流速的關系，說明流體的流速越大，壓強越小；流速越小，壓強越大。

2.3操作步驟

1、液體壓強與流速的關系

（1）按照圖5—3將裝置接好。

（2）用夾子⑧夾住橡膠管，在漏斗⑥中加適量的水，使管⑤中的水接近管的頂端，用滴定管將管內的空氣泡排盡。

（3）打開夾子⑧讓水流通，觀察三個管中水柱的高低。

2、氣體壓強與流速的關系

（1）在1做完后去掉⑥號管上部的漏斗，在⑥號管末端放紙巾，用口對著管口稍吹氣，使管④中的水位達中上部。

（2）去掉夾子⑧，用口對⑥號管末端（隔著中間開有孔的紙巾）吹氣，觀察④號管中水柱高度的變化。

2.4物理教學中的使用

本實驗裝置適用于中學物理《流體壓強與流速關系》演示實驗，可清楚地觀察氣體、液體壓強與流速的關系，教學效果顯著。

2.5使用效果

本實驗裝置為演示性實驗裝置，其演示效果明顯，操作簡便快捷，實用性較高。本人通過多次實驗驗證，該裝置重復性高，實驗成功率高，實驗現象明顯，適合作為教具用于中學物理教學活動中。

2.6教具特點

1.本教具適用于中學物理流體壓強與流速關系的教學活動中，既可證明液體壓強與流速的關系，也可以用來證明氣體壓強與流速的關系，實現了一個裝置兩種用途的效果。現在市面上銷售的證明流體壓強與流速關系的實驗儀器只能證明其中的一種，沒有發現同時證明氣體壓強和液體壓強與流速關系的儀器，本裝置將兩者結合起來，避免了裝置多而復雜為實驗帶來的諸多不便。

2.教具采用塑料管、飲料瓶等物品制成，實驗環保、安全、經濟且實用。

2.7說明

本實驗裝置中管徑大小以及管的長度對實驗效果有較大影響。管徑越大，管中聚集的氣泡越少，但用水量就越大；管徑越小，管中聚集的氣泡越多，用水量相對較少。經多次試驗，選用了管徑為11mm、14mm、23mm的三種管來制作做本實驗較理想。

3、結束語

本研究在梳理國內外自制教具文獻的基礎上，根據學生的認知規律，結合中學物理課堂實踐，從教具的產生背景、器材介紹、使用方法和效果分析上對中學物理教學中自制教具的原則、方法進行闡述。其中，產生背景是對教具研究、開發的整個思路過程進行介紹，即為什么想到去制作這個教具，希望能夠拋磚引玉，激發一線物理教師的創作靈感。

參考文獻

[1]孫善祥，池海.物理實驗改革勢在必行[J].山東電大學報，2004，07

[2]徐斐.新課標下以自制教具促進物理探究實驗[D].四川師范大學，2010

[3]中華人民共和國教育部.物理課程標準（2011）.[M].北京師范大學出版社，2011

（作者單位：庫車縣古渡中學）