愛喝水的“小鳥”

◎南京師范大學附屬中學江寧分校 尤文耀 陳奕琪

蘇教版初中物理的《杠桿》一節對杠桿的平衡條件進行了科學探究。為了激發學生的興趣，物理社團的老師提前讓學生進行創新設計，自制出一只愛喝水的“小鳥”。“小鳥”能自動點頭“喝水”，這種方式讓同學們對力與力臂有了新認識，給他們帶去了神奇又好玩的體驗。

一、器材準備

濕紙巾1張，奶茶吸管1支，脫脂棉少量（1 g左右），鋼針1枚，紙杯2個，水適量，黑色和白色棉線各1根，羽毛2根，塑料小勺1個，100 mL的燒杯2個。

二、制作過程

1. 剪去塑料小勺的勺柄，利用熱熔膠將小勺粘貼在吸管的一端，如圖1。

圖1

2.測量吸管的長度L。將適量的脫脂棉搓成圓柱體（半徑略小于吸管的半徑），長度約為3/4 L左右。用濕紙巾包裹脫脂棉圓柱體。在這里，浸水的脫脂棉的作用是產生毛細現象和形成配重，吸水后的脫脂棉不容易成型，利用濕紙巾對其定型。此外，濕紙巾的毛細現象也非常顯著。

3.用針將一根黑色棉線垂直穿過脫脂棉圓柱體的右端（距離端口約1 cm處），剪斷棉線并在棉線兩端打結，用這兩個結點作為“小鳥”的眼睛，如圖2所示。

圖2

4.用針將另一根白色棉線從“小鳥的頭部”穿向脫脂棉圓柱體左端，針線隨之穿出吸管，牽引脫脂棉圓柱體至吸管一半長度左右，當白色棉線延伸至小勺處時即可將其剪斷，以便利用毛細現象和重力作用將水引流到小勺。

5.用羽毛裝飾“小鳥”的頭部和尾部，進行簡單的造型設計。

6.將吸管浸沒在水中，直至脫脂棉和濕紙巾吸水飽和。估測吸管的平衡支點，將鋼針穿過該支點作為轉軸，如圖3所示。取2個100 mL的小燒杯作為鋼針的支架，架起鋼針后，調整鋼針的位置直到吸管能夠平衡為止。

圖3

7.將紙杯A放在“小鳥”嘴的下方，使紙杯的高度適當（可以剪去多余部分）。當紙杯盛滿水后，“小鳥”的嘴接觸水面時，“小鳥”軀干傾斜向上，以便利用重力將水更快引流到小勺，提高“小鳥”點頭的頻率，如圖4所示（可在水中滴入紅墨水，便于觀察）。

圖4

8.用手撥動吸管，讓“小鳥”的嘴接觸紙杯的水面。由于毛細現象和重力作用，水從“小鳥”嘴的位置經濕紙巾和脫脂棉流到尾部的小勺中。小勺所受的重力與力臂的乘積變大，杠桿不再平衡，吸管向豎直位置轉動，小勺中的水流出，滴落到接水杯B中，如圖5所示。

圖5

此后，由于尾端動力與動力臂的乘積小于前端阻力與阻力臂的乘積，尾端翹起，“小鳥”再次低頭接觸紙杯水面，好像喝水一樣。如此不斷循環，直到紙杯A的水面低至“小鳥”的嘴接觸不到為止。“小鳥”自動點頭的頻率最理想可達每分鐘15次左右，非常具有觀賞性。

三、總結

我國著名物理教育家朱正元教授曾說：“壇壇罐罐當儀器，拼拼湊湊做實驗。”開發貼近生活的物理課程資源，可以激發學生們的學習興趣，培養其創新意識，提升其實踐能力。

“愛喝水的‘小鳥’”這一物理小制作取材自生活中的常見材料，兼具知識性和趣味性。在今后的社團課程中，老師將帶領學生們繼續探究：如何提高“小鳥”的點頭頻率 ？可以把這只“小鳥”看作是“永動機”嗎？