亞克力有機玻璃板在初中物理實驗中的系列應用研究

梁文順

摘? 要 根據初中物理實驗教學實際情況，部分實驗需要進行定性分析，突出實驗效果可視化。基于亞克力有機玻璃透明、可視化強、板材線條直、可隨意切割與黏合、安全不易碎、比較輕等特性，可以制作一系列的物理實驗配套器材，配合其他實驗器材與相關材料進行相應實驗，操作方便簡單，實驗效果明顯，對初中物理實驗教學有很好的幫助。

關鍵詞 亞克力有機玻璃；初中物理；物理實驗

中圖分類號：G633.7? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）13-0113-04

1? 關于力學、光學的物理實驗

根據亞克力有機玻璃板透明等相關特點，制作一個帶蓋的長方體盒子，具體參數為長15 cm、寬5 cm、高15 cm。

因為所做的相關實驗需要裝各種液體，為了確保密閉性，選擇的玻璃板厚度應該達到0.5 cm以上，與主體相連接的翻蓋應用可翻折的鏈接桿連接起來。這樣可以使得蓋子與主體無縫連接，里面裝相關氣體時也可以達到所需要的密閉性。因為初中物理實驗有相當一部分是以定性觀察實驗現象為主的，可以在盒子的背面貼一張黑色的卡紙，提高實驗現象可視化程度，具體形狀如圖1所示。

1.1? 顯示浮力方向的實驗

浮力這一節中沒有具體的實驗來展示物體所受浮力的方向，學生平時看到吊起來的物體是豎直向下的，所以比較好理解重力的方向是豎直向下的，有一個主觀印象。但是浮力是一個新的概念，需要配合具體的實驗將浮力的方向直觀地展示出來，以便學生能更好地理解。所做實驗的器材如圖2所示，用一根粗一點兒的紅色繩子一端粘住橙色的乒乓球，繩子的另一端粘在盒子底端的中間位置（需要用到玻璃膠），實驗的時候用淡一點兒的紅墨水代替清水，當斜放盒子的時候，可以看出水平面已經是斜的，但是繩子與桌面的相對位置還是豎直向上的，可以得出浮力的方向是豎直向上的。

1.2? 顯示重力方向的實驗

往盒子里面加入較淡的紅墨水，這樣能明顯地看出水平面的位置。用鐵絲（容易造型固定）做一個L形的支架，一端用玻璃膠粘在盒子一旁，注意位置，讓掛著的帶顏色膠球吊在支架上的時候，是垂直于桌面的。演示過程：先將一整個裝置平放在桌面上，觀察線和球相對桌面的位置是垂直的（豎直向下），第二次用小木塊將盒子的一端墊高，使得水平面相對桌面傾斜，再觀察球與繩子相對桌面的位置，還是垂直于桌面（豎直向下），從而直觀地說明重力的方向是豎直向下的。實驗效果如圖3所示。

1.3? 光在均勻介質中直線傳播實驗

利用這個盒子線條直、透明的特點，能很好地展示光在均勻介質中的傳播，使得平時看不到的現象展現出來。演示過程：往盒子里面裝適量的水，然后加入少量的其他物質（鹽、糖、牛奶、粉筆末等任選其中一種即可），攪拌均勻，待液體穩定后，將強激光筆從盒子一旁射入液體中，即可連續性展示光在均勻介質中直線傳播。實驗效果如圖4所示。

1.4? 光在空氣中傳播實驗

這個實驗有些教師通過往空氣中播撒粉末來演示光在空氣中的傳播，這樣只是瞬時展示光線，而且操作比較難，且粉塵造成教室空氣污染。根據這個盒子是帶可以翻折密封的蓋子的，可以點上蚊香，放入盒子中，等盒子里面有一定的煙霧之后抽出蚊香，然后蓋上蓋子，這樣可以將煙霧密閉在盒子里面，從一側射入強激光，即可以連續性地展示出光在空氣中直線傳播。實驗效果如圖5所示。

1.5? 光在不均勻介質中傳播實驗

光在不均勻介質中傳播會發生折射，傳播的軌跡不是直線。首先要制造出不均勻的介質，而且在實驗效果展示中要能清楚地看到光線傳播的軌跡。實驗過程：在盒子中底層裝飽和的砂糖水，然后用引流管輕輕地往糖水上面加水，直到達到一定的高度，這樣保證飽和糖水與水之間有較明顯的分層，形成上下分層的不均勻介質；用強激光筆從一旁射入，會發現光線在分界層傳播過程中會發生明顯的偏折，證明光在不均勻介質中是非直線傳播的。糖水比較穩定，可以帶去教室上課，而且可以保持的時間較久（可達到一個星期），進行實驗非常方便可靠。實驗效果如圖6所示。

1.6? 懸浮實驗

這個實驗一直比較難實現，以前一般是用雞蛋加鹽水攪拌，這樣費材料且鹽水不穩定，放置一段時間，雞蛋很容易下沉或者上浮，很難保持懸浮狀態。實驗改進：這個實驗的關鍵是先在有機玻璃盒內裝一半的飽和砂糖水，再用導流管往飽和糖水表面慢慢加入自來水；往乒乓球里面先用針筒打入一半的自來水，再打入一半糖水，這樣乒乓球的密度就介于飽和糖水和清水之間，即可做出這個懸浮的實驗效果。利用往乒乓球里面注射糖水的方法可以很好地控制乒乓球的密度，根據實際情況進行調整，而且穩定性好，可以隨身攜帶，輕微晃動也不影響。實驗效果如圖7所示。

2? 關于壓強的物理實驗

液體和氣體都會對盛放它的容器側壁和底部產生壓強，可以通過代替法顯示出這一現象。將亞克力有機玻璃板做成一個長8 cm、寬8 cm、高22 cm的長方體容器，然后在離底部3.5 cm側面正中間處開一個邊長為4 cm的正方形口，在正方形口處用502粘上一層橡皮薄膜（要求輕薄且韌性好），然后往容器里面加入紅墨水，即可看到隨著液面的升高薄膜鼓起，從而直觀地觀察到液體對側壁的薄膜的作用。實驗效果如圖8所示。

用亞克力有機玻璃做成一個長8 cm、寬8 cm、高16 cm的長方體，兩頭空，為了保證密閉性，更好地粘住薄膜，選取的玻璃板厚度為0.5 cm以上。在下端的開口處粘上薄膜，待膠水干后往里面加入紅墨水，薄膜往下垂，即可看到液體對底部的作用效果。實驗效果如圖9所示。

2.1? 液體內部壓強

用有機玻璃板做一長方體水缸，具體參數為長25 cm、寬25 cm、高30 cm。另做一個兩頭空的長方體盒子，具體參數為長8 cm、寬8 cm、高16 cm。長方體盒子一面中間留一小孔，穿入一軟膠管，軟膠管的長度應該達到100 cm，然后用玻璃膠密封小孔，再用薄膜密封盒子兩頭，可以做探究液體內部壓強實驗。實驗過程：探究液體內部壓強跟深度有關，將長方體豎著放入裝有水的水缸中，將導氣管放出外面，即可以觀察到長方體的上面和下面的薄膜都受到液體壓力作用，上面和下面的薄膜發生的形變對比可以知道液體內部越深的地方壓強越大。實驗效果如圖10所示。

探究同一深度液體內部壓強實驗過程：將長方體盒子平放入水缸中，可以觀察到在液體內部同一深度兩端的橡皮膜發生的凹陷程度基本一樣，從而反映出液體內部壓強跟深度有關，同一深度，液體內部壓強相等。實驗效果如圖11所示。

2.2? 證明大氣壓強的存在

利用這個裝置，外加一個抽氣筒，用抽氣筒將盒子里面的空氣抽取出來，可以看到橡皮薄膜發生往里凹的形變，從而證明了大氣壓的存在。可以將盒子物體放入真空罩里面，抽取真空罩的空氣，又會發現薄膜慢慢恢復到原來位置；繼續對真空罩抽氣，會發現薄膜往外凸出去。實驗效果如圖12所示。

3? 結束語

目前已經將以上實驗投入實驗教學中，很好地改善了實驗教學效果，另可以進一步拓展其他實驗。基于亞克力有機玻璃板的相關特性，配合其他實驗器材，可以拓展成學生自制教具學具或者其他模型工藝品，發展成物理拓展實驗或動手動腦學物理相關活動。

參考文獻

[1]張軍鵬，李德安，全漢炎.高中物理課程實驗設計[M].廣州：廣東教育出版社，2013.

[2]趙端旭.初中物理實驗集錦[M].北京：電子工業出版社，2017.