信手拈尺當器材 匠心獨具做實驗

劉小蘭

(江蘇省揚州中學,江蘇 揚州 225000)

揚州市高中物理實驗技能大賽中有兩個實驗給老師們留下了深刻的印象：(1) 測量室溫。器材為：裝有冰水混合物的杯子、細玻璃管、橡皮泥和刻度尺等；(2) 測量水的折射率。器材為：水杯、硬幣和刻度尺等。兩者都是利用生活中常見的物品，要求參賽者巧妙設計實驗，演示實驗現象，揭示物理規律。這兩個實驗的共同點都是要借助刻度尺，完成實驗數據的測量，然后運用物理原理，得出實驗結果。這兩個實驗并不是高中課標中規定的學生必做實驗，卻是我們在平時教學中可以開發的實驗，不僅能培養教師的創新設計能力，還能增強學生利用身邊隨手可得的物品進行實驗的意識，激發學生對物理學習的興趣，提高他們的科學探究能力。通過參加這次實驗技能比賽，筆者受到極大啟發，開展了物理實驗生活化的研究。本文借助刻度尺這一信手拈來的身邊物品，通過巧妙的實驗設計，完成物理創新實驗。

1 力學實驗

1.1 測量人的反應時間

圖1

1.2 測量平拋運動的初速度

1.3 探究彈簧彈力與伸長量的關系

如圖2所示，將彈簧的一端掛在鐵架臺的橫桿上，保持彈簧豎直，調整刻度尺的位置，使彈簧下的指針位于刻度尺零點位置，在彈簧的下端掛鉤碼，當彈簧穩定后，彈簧所受彈力與鉤碼所受重力大小相等，隨著鉤碼個數的增加，彈簧伸長量也相應增加，分別在彈簧下端掛1、2、3、4、5個相同的鉤碼，用刻度尺記錄指針在刻度尺上所處的位置，即彈簧伸長量x1、x2、x3、x4、x5，以彈力為縱坐標、彈簧的伸長量為橫坐標，建立直角坐標系，畫出彈簧彈力與伸長量的圖像，可得出結論：彈簧彈力與伸長量成正比。

圖2

1.4 探究合力與分力大小的關系

在探究合力與分力大小的關系時，當分力大小一定、分力間夾角增大時，合力減小，因此合力可以大于、等于、小于分力。這個結論可以用計算法、畫圖法得到，也可用刻度尺來演示。實驗器材為：兩把長為20cm鋼尺(代表20N的力)、兩把長為15cm鋼尺(代表15N的力)、一把長為40cm的刻度尺(代表40N的力)。如圖3所示，分別利用4個夾子將4把尺組裝成一個平行四邊形，長刻度尺的零點位置固定在平行四邊形的底端，并保持長刻度尺始終通過平行四邊形的對角線，那么，平行四邊形頂點在刻度尺上的位置即對應于合力大小。通過增大20cm鋼尺和15cm鋼尺間的夾角，即增大兩分力的夾角(圖4)，發現對角線上長度變小，即合力在減小。在增大兩分力夾角的過程中，很容易得出合力可大于、等于、小于分力的結論。

圖3

圖4

2 聲學實驗

2.1 聲音是由物體振動產生的

將鋼尺的一端緊壓在桌面上，撥動伸出桌面的一端會聽到聲音，這說明聲音是物體的振動產生的。

2.2 聽覺范圍

將鋼尺平放在桌面上，鋼尺一端伸出桌面，用手撥動鋼尺，當伸出桌面過長時，鋼尺振動很慢，聽不到聲音，此時的振動頻率過低，超出了人的聽覺范圍。

3 電磁學實驗

3.1 靜電感應

如圖5所示，把鋼尺平放在礦泉水的乒乓球上，用絲綢摩擦過的有機玻璃棒(帶正電)靠近不帶電的鋼尺，鋼尺被吸引過來。這個實驗很好地解釋了靜電感應現象：當帶正電的有機玻璃棒與不帶電的鋼尺相互靠近時，由于電荷間的相互作用，會使鋼尺內部的電荷重新分布，鋼尺中的負電荷會被吸引到靠近有機玻璃棒的一端，鋼尺中的正電荷會被排斥到遠離有機玻璃棒的另一端。

圖5

3.2 金屬的導電性

如圖6所示，把鋼尺、小燈泡、一節干電池、導線串聯在電路中，接通電路，發現小燈泡發光了，說明鋼尺容易導電，是導體。

圖6

3.3 簡易指南針

如圖7所示，拿一塊強磁鐵，用它的一個磁極在鋼尺上沿著同一方向摩擦幾次，此時鋼尺被強磁鐵磁化，然后將磁化的鋼尺平放在礦泉水瓶口的乒乓球上，輕輕推動鋼尺，靜止時磁化的鋼尺總有一端指南，另一端指北。

圖7

圖8

3.4 磁極間的相互作用

如圖8所示，用另一根磁化后的鋼尺的一端，分別去靠近兵乓球上被磁化的鋼尺兩端，可以體驗到異名磁極相互吸引、同名磁極相互排斥，說明磁體之間的相互作用是通過磁場發生的。

4 光學實驗

4.1 測定水的折射率

圖9

圖10

4.2 演示光的全反射

將鋼尺沿其對稱軸用雙面膠帶貼去一半,保留雙面膠帶上的紙，把它放在火上燒，直到雙面膠帶上的紙燒為灰燼，可看到黑白分明的鋼尺(圖11)。如圖12所示，將鋼尺斜插入裝有水的燒杯中，從上面看到原來熏黑的部分很明亮，像鍍了一層銀，學生覺得很神奇。當將鋼尺從水中取出時，發現熏黑的鋼尺沒有任何變化。這是因為熏黑部分附著的空氣與水之間形成了一層空氣膜，光從水中入射到空氣中時會發生全反射。

圖11

圖12

5 結語

在高中物理教學中，教師要善于利用身邊物品做實驗器材，巧妙設計實驗方案，創造性地完成實驗，踐行“從生活走向物理，從物理走向社會”的課程理念，提升學生解決問題的能力。