易拉罐在實驗教學中的妙用

甘肅省康縣碾壩鎮(zhèn)初級中學 周 揚

小實驗、小制作是課外活動的重要內(nèi)容和方式。它與課堂教學相伴而行，各有側(cè)重，共同組成一個有機的教學整體。在人教版《物理》教材中有多處提到易拉罐，利用易拉罐進行演示實驗，呈現(xiàn)實驗現(xiàn)象，讓學生歸納現(xiàn)象中蘊含的物理知識。筆者根據(jù)自身的教學實踐，總結(jié)了部分課堂教學中可以利用易拉罐開展的物理小實驗，簡要介紹如下。

一、探究霜和露的形成原因

霜和露是生活中常見的自然現(xiàn)象，我們可以利用易拉罐進行實驗，揭示霜和露的形成原因。易拉罐中放入冰塊和食鹽并攪拌，一段時間后，用溫度計測量混合物的溫度，顯示溫度低于0 ℃。同時，有白色的霜出現(xiàn)在易拉罐的下部和底部，在易拉罐的中部還有露水生成（如圖1）。

圖1

往冰中摻入雜質(zhì)（如食鹽），可以降低冰的熔點。冰熔化會吸熱，使得易拉罐中混合物的溫度低于0 ℃。同時，空氣中的水蒸氣遇冷直接凝華成冰，附著在易拉罐的下部和底部，即形成了霜。如果在9 月份做此實驗，還能觀察到易拉罐的中部有許多露水出現(xiàn)，這是因為空氣中的水蒸氣遇冷液化成小水珠，附著在了易拉罐上。

二、探究小孔成像的特點

教材中雖然介紹了小孔成像的原理是光的直線傳播，但學生對小孔所成像的性質(zhì)一無所知，更不知道像的大小與哪些因素有關(guān)，以及是什么樣的關(guān)系。我們可以利用易拉罐自制實驗裝置，來探究小孔成像的特點。

（一）制作小孔成像裝置

用鋼釘在易拉罐的底部中央打一個小孔，用鉗子將易拉罐有拉環(huán)的頂部金屬拔除掏空（簡稱開口端）。把半透明膜用橡皮筋固定在開口端，制成小孔成像演示儀。將小孔對著燭焰，可以看到燭焰在半透明膜上呈現(xiàn)的像（如圖2）。仔細觀察小孔成像的特點。從燭焰的不同位置發(fā)出的光穿過小孔后是怎樣傳播的？

圖2

（二）探究小孔成像的特點

物體成像的特點，包括像的倒正、大小、虛實。如果像能成在光屏上，說明成的像是實像；如果像不能成在光屏上，說明成的像是虛像。圖2 中的半透明膜相當于光屏，由于燭焰通過小孔成的像能呈現(xiàn)在半透明膜上，且像是倒立的，說明小孔成的像是倒立的實像。探究小孔成像的特點時，還可動態(tài)探究像的大小與物距和像距的關(guān)系，以及小孔大小和形狀對像的影響。

1.探究像的大小

保持半透明膜與小孔的距離（簡稱像距）不變，改變蠟燭到小孔的距離（簡稱物距），發(fā)現(xiàn)：當物距變小時，燭焰的像變大了；當物距變大時，燭焰的像變小了。把兩個大小不同的易拉罐套在一起，保持物距不變，拉伸里面的小易拉罐，改變像距大小，發(fā)現(xiàn)：當像距變小時，燭焰的像變小；當像距變大時，燭焰的像變大。以上兩次探究實驗表明：小孔成像的大小不僅與物距有關(guān)，還和像距有關(guān)；小孔所成的像可能是放大的，也可能是縮小的，還可能是等大的；無論怎么改變物距和像距，物體通過小孔所成的像始終是倒立的。

2.探究小孔大小對像的影響

保持物距和像距不變，改變小孔直徑大小，發(fā)現(xiàn)小孔越大時，像越不清晰。如果小孔直徑太大，原來的像變?yōu)橐粋€光斑，物體不能成像。這說明在進行小孔成像實驗時，讓小孔直徑小些是取得成功的關(guān)鍵。

3.探究小孔形狀對像的影響

將小孔分別做成圓形、三角形、長方形，發(fā)現(xiàn)當物距和像距一定時，小孔所成的像的特點保持不變，說明小孔成像特點與孔的形狀無關(guān)。

三、探究大氣壓的存在

用酒精燈加熱裝有少量水的易拉罐（如圖3），可證實大氣壓是真實存在的。實驗操作步驟為：易拉罐被加熱后，罐口出現(xiàn)白霧，此時撤走酒精燈；用橡皮泥封堵罐口，一段時間后觀察到易拉罐變癟了。易拉罐形狀發(fā)生改變說明易拉罐受到了力的作用，而罐內(nèi)外都只有空氣，說明空氣對易拉罐產(chǎn)生了力的作用，進而證明大氣壓是真實存在的，以及罐內(nèi)氣壓與溫度的關(guān)系為：溫度降低，氣壓減小。

圖3

四、探究浮力大小

浮力是初中物理中的一個重要概念，也是力學部分最難學的知識。為了降低學習難度，激發(fā)學生學習興趣，師生可借助易拉罐進行浮力小實驗，從而更好地理解浮力的概念，學會浮力大小的計算方法。

（一）體驗浮力的存在及變化

把空易拉罐按入裝有水的桶中，手感受到一個向上的推力。易拉罐進入水的體積越大，手受到的推力越大。該實驗不僅證明水對易拉罐有浮力，還證明物體排開液體的體積越大，浮力越大。

（二）探究物體的浮與沉

用剪刀將易拉罐從中間截成大小相等的兩部分。把易拉罐下半部分底朝下用手按入水中，松手后由于易拉罐所受的重力小于浮力，易拉罐上浮，最終漂浮在水面上；把易拉罐上半部分正立放入水中，由于易拉罐所受的重力大于浮力，易拉罐下沉，最終沉入水底。由此得出：當F浮＞G物時，物體上浮；當F浮＜G物時，物體下沉。

（三）探究物體的漂浮條件

在易拉罐底部放入小螺母、小鐵釘，再裝入適量細沙，利用此裝置探究物體的漂浮條件。先用彈簧測力計測出空氣中易拉罐及其中物體的總重力，再將其掛在彈簧測力計下放入水中。若易拉罐處于漂浮狀態(tài)時，彈簧測力計的示數(shù)變?yōu)?，則實驗結(jié)論是：當物體漂浮時，F(xiàn)浮=G物。

五、探究能量的相互轉(zhuǎn)化

在易拉罐的蓋和底部中央對開兩個小孔。用細繩將小鐵塊捆綁在橡皮筋上，并穿過小孔放入罐中，用竹簽將橡皮筋兩端固定在蓋和底部中央的兩個小孔上，小小易拉罐就變成了能量轉(zhuǎn)化演示器（如圖4）。讓易拉罐從斜面頂端自由滾下，觀察有什么出人意料的現(xiàn)象。

圖4

在實驗過程中，發(fā)現(xiàn)易拉罐先從斜面頂端滾下，在水平方向運動一段距離后停下，然后又原路返回，重新回到斜面的頂端！細心的學生還觀察到，易拉罐從頂端運動到停止線時，橡皮筋由松變緊；易拉罐從停止線運動到頂端時，橡皮筋由緊變松。

易拉罐從最高處滾到最低處，主要是重力勢能轉(zhuǎn)化為彈性勢能；易拉罐從最低處滾回到最高處，主要是彈性勢能轉(zhuǎn)化為重力勢能。此實驗說明動能與勢能可以相互轉(zhuǎn)化。

正如我國著名物理教育家、蘇州大學朱正元教授所說：“壇壇罐罐當儀器，拼拼湊湊做實驗。”利用易拉罐可以進行多個探究實驗，實驗效果明顯，具有良好的推廣價值。一般來說，自制實驗器材有四個方面的作用：

（1）用替代的方法解決儀器短缺的困難。

（2）對原有的儀器進行改進或設計出新的儀器，能夠解決教材實驗出現(xiàn)的困難。

（3）提供足夠的儀器，有助于運用探究式方法進行教學。

（4）通過小實驗、小制作，同學們的個性得到培養(yǎng)，特長得到發(fā)展，開拓精神、創(chuàng)造才能、動手能力、理論聯(lián)系實際的能力、想象能力都得到提高。