介紹幾個(gè)簡(jiǎn)易的自制教具

易其順

1 液體壓強(qiáng)的計(jì)算

關(guān)于液體壓強(qiáng)的計(jì)算，有的教材采用一端帶橡皮膜的玻璃管豎直插入水中（如圖1所示）來(lái)定量研究液體壓強(qiáng)的大小［1］。先在玻璃管中注入水，觀察橡皮膜的變化：當(dāng)橡皮膜沒(méi)有凹凸時(shí)，會(huì)觀察到管內(nèi)水的高度與外面的水面相平，此時(shí)管內(nèi)的水對(duì)橡皮膜產(chǎn)生的壓強(qiáng)等于外面的水對(duì)橡皮膜的壓強(qiáng)，這樣就可以通過(guò)計(jì)算管內(nèi)的壓強(qiáng)來(lái)確定燒杯中的水在橡皮膜處產(chǎn)生的壓強(qiáng)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵在于通過(guò)觀察橡皮膜的凹凸來(lái)確定水的高度?？墒窃趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于玻璃管徑小，很難觀察到橡皮膜的凹凸情況。因此，我們制作了如圖2a所示的裝置，它將橡皮膜的凹凸轉(zhuǎn)變?yōu)橹羔樀钠D(zhuǎn)，從而可以清楚地知道橡皮膜的凹凸情況，其構(gòu)造如圖2a所示。

實(shí)驗(yàn)時(shí)先將管豎直插入水中（如圖2b所示），橡皮膜由于受到水的壓強(qiáng)所以變凹，由于橡皮筋的收縮力使套環(huán)往上移，所以指針往下偏轉(zhuǎn)指到凹處。此時(shí)越往下壓指針偏轉(zhuǎn)角度越大，然后往管內(nèi)注入水，由于管內(nèi)的水對(duì)橡皮膜也有壓強(qiáng)，所以橡皮膜凹的程度慢慢變小，于是就看到指針偏轉(zhuǎn)的角度慢慢變小。當(dāng)管內(nèi)外水面相平時(shí)，指針指到平的位置，說(shuō)明橡皮膜平，此時(shí)就可以計(jì)算管內(nèi)的水對(duì)橡皮膜產(chǎn)生的壓強(qiáng)（如圖2c所示）。

2 懸浮實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

物體在水中會(huì)有漂浮、懸浮和沉在水底三種情況。在演示漂浮和沉在水底時(shí)比較容易，演示懸浮就比較困難，在這里我們介紹兩種演示懸浮的簡(jiǎn)便方法。

第一種方法如圖3a所示，先用一個(gè)小試管和一個(gè)錐形瓶放入盛有水的水桶中，調(diào)節(jié)試管里的空氣柱使得試管倒過(guò)來(lái)后底部剛好能露出水面，然后將試管放到錐形瓶中（在水中操作），從水桶中拿出錐形瓶，倒出少量水，再用氣球膜套住瓶口綁緊，最后用鋁線或較軟的鐵線在瓶頸處固定留出一小段，彎過(guò)瓶口（如圖3a所示），用手指壓鋁線的末端使它往下壓氣球膜，由于錐形瓶?jī)?nèi)的氣壓增加，所以試管內(nèi)的氣體體積變小。因所受的浮力小于重力，所以試管下沉。當(dāng)試管到達(dá)某個(gè)深度時(shí)，移開(kāi)手指，鋁線的末端和氣球膜就停留在那個(gè)位置不動(dòng)（如圖3b），試管也就停在那個(gè)深度不動(dòng)了（如圖3b），從而可以達(dá)到懸浮的目的。

第二種方法如圖4所示，按第一種方法使小試管剛好漂浮于可樂(lè)瓶中，然后用鋁線或較軟的鐵線在可樂(lè)瓶上繞一圈，再將兩頭扭在一起固定如圖4a所示。當(dāng)用手或鉗子擰緊可樂(lè)瓶時(shí)，小試管就下沉（下沉的原因與第一種方法相同）。當(dāng)小試管下沉到某個(gè)位置時(shí)停止擰，試管就停留在那個(gè)位置不動(dòng)（如圖4b），同樣也可以達(dá)到懸浮的目的。

3 浮力產(chǎn)生的原因

眾所周知，浮力的產(chǎn)生是因?yàn)榻谝后w中的物體受到液體對(duì)它下上表面的壓力差所引起的，可是如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明這個(gè)道理呢？筆者在此介紹一種容易制作、效果又很好的教具。

將一個(gè)可樂(lè)瓶的底部去掉，在瓶口處套上一段透明玻璃管，將一個(gè)軟木塞平放到瓶口處，然后在軟木塞下表面附近的瓶頸處開(kāi)一個(gè)小孔。如圖5a所示，向可樂(lè)瓶注入水后會(huì)發(fā)現(xiàn)軟木塞并沒(méi)有浮起來(lái)，只是在玻璃管口處有很細(xì)的水流出。這時(shí)用手掌堵住玻璃管口，軟木塞還沒(méi)有上浮，玻璃管里的水柱慢慢升高（如圖5b），當(dāng)軟木塞下表面接觸到水時(shí)，軟木塞就浮起來(lái)（如圖5c），也就很好地說(shuō)明浮力產(chǎn)生的原因。

4 磁場(chǎng)大小和方向演示

一般采用磁粉或鐵屑來(lái)演示磁鐵周?chē)拇艌?chǎng)，但只能演示磁場(chǎng)的大小，不能演示磁場(chǎng)的方向，而且磁粉和鐵屑一般很難找。這里我們給大家介紹一種很容易制作的演示磁場(chǎng)大小和方向教具。

用鐵線折成如圖6a所示的形狀，在U型框上綁三條系線，分別將六根縫衣針的針頭與磁鐵的N極摩擦（使針頭被磁化為N極），針尾與磁鐵的S極摩擦（使針尾被磁化為S極），然后將這些針綁在三根細(xì)線上（如圖6a）即可做成。如果用它來(lái)演示U形磁鐵中間的磁場(chǎng)時(shí)（這里以U形磁鐵為例來(lái)說(shuō)明）手拿著柄，將框部分放到U形磁鐵中間（如圖6b），就會(huì)看到所有的針頭都指向S極，說(shuō)明U形磁鐵中間的磁場(chǎng)方向是從N極指向S極的，同時(shí)還可以看到三排針相互平行，說(shuō)明U形磁鐵中間的磁場(chǎng)是均勻的。當(dāng)用來(lái)演示U形磁鐵N極附近的磁場(chǎng)時(shí)，將框垂直地放在N極附近（如圖6c），就會(huì)觀察到所有的針頭都背離N極，說(shuō)明N極附近的磁場(chǎng)方向是從N極出發(fā)向外發(fā)散，同時(shí)可觀察到三排針不平行，針尾相互靠近，針頭相互遠(yuǎn)離，說(shuō)明N極附近的磁場(chǎng)越靠近N極越大，越遠(yuǎn)離N極越小。

5 用吸管演示靜電實(shí)驗(yàn)

靜電實(shí)驗(yàn)是中學(xué)物理中比較難的實(shí)驗(yàn)之一。由于靜電實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的電量少，電勢(shì)高，一漏就光，因此實(shí)驗(yàn)比較難成功，尤其在進(jìn)行電荷相互作用時(shí)更難。我們通過(guò)一系列的嘗試發(fā)現(xiàn)，用吸管來(lái)做靜電實(shí)驗(yàn)效果很明顯。

如圖7所示，用它可以演示靜電能吸引輕小物品實(shí)驗(yàn)和靜電的相互作用實(shí)驗(yàn)。當(dāng)用來(lái)演示靜電吸引輕小物品時(shí)，將事先在中點(diǎn)鉆孔的吸管放在礦泉水瓶蓋上的釘頭上，然后一只手拿另一根吸管的一端，另一只手的拇指和食指壓住吸管的中部，再快速往外滑動(dòng)，這樣吸管就帶上電。將帶上電的吸管靠近放在礦泉水瓶上的吸管的一端，吸管就被吸引過(guò)來(lái)。當(dāng)演示同種電荷相互作用時(shí)，只要一只手拿住兩根吸管一端，另一只手的拇指和食指同時(shí)壓住吸管的中部并快速往外滑，這時(shí)兩根吸管都帶上了同種電荷，然后將鉆有孔的吸管放到大頭針的針頭上，手拿另一只吸管靠近它，吸管就因?yàn)榕懦舛D(zhuǎn)動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳琪兮.物理（義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)）［M］.教育科學(xué)出版社，2005年12月

(欄目編輯張正嚴(yán))