自制“塑料瓶漏斗型”教具 開發(fā)低成本物理實(shí)驗(yàn)

陳顯盈 葛慧媛

（溫州中學(xué)，浙江 溫州 325000）

物理課程標(biāo)準(zhǔn)提倡師生利用身邊隨手可得的生活用品自制教具進(jìn)行實(shí)驗(yàn).很多物理實(shí)驗(yàn)會(huì)用到漏斗或漏斗型教具，在實(shí)際教學(xué)中可以利用飲料瓶來自制出輕便實(shí)用且有個(gè)性化的漏斗（下文統(tǒng)稱“自制塑料漏斗”）.如圖1所示，“自制塑料漏斗”的方法比較簡(jiǎn)單：先用剪刀剪出塑料瓶瓶口圓錐部分，再用電烙鐵在飲料瓶瓶蓋上燙出一個(gè)小孔后插入一截導(dǎo)管即可.可選用的導(dǎo)管有透明塑料筆桿（或筆桿頭）、筆芯、注射器針筒或針頭等，具體可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求而定.另外，為了使用方便也可以在導(dǎo)管上連接一個(gè)控制水流或氣流的開關(guān).筆者利用“自制塑料漏斗”再結(jié)合其他生活用品自制并開發(fā)出了一些低成本物理實(shí)驗(yàn)，下面具體介紹幾個(gè)實(shí)例.

圖1

1 “單擺振動(dòng)圖像”實(shí)驗(yàn)

所需材料有自制塑料漏斗（帶開關(guān)）、細(xì)線、紅墨水（或細(xì)沙）、白紙、長(zhǎng)木板、鐵架臺(tái)等.如圖2所示，用自制塑料漏斗做一個(gè)單擺并系在鐵架臺(tái)上，倒入紅墨水并擺動(dòng)，讓紅墨水流到鋪有白紙的長(zhǎng)木板上，待擺動(dòng)穩(wěn)定后勻速拉動(dòng)長(zhǎng)木板，從而得到單擺振動(dòng)的圖像.

圖2

2 “平拋運(yùn)動(dòng)軌跡”實(shí)驗(yàn)

所需材料有自制塑料漏斗、乳膠管、筆桿頭或粗注射器針頭、紅墨水、鐵架臺(tái)等.如圖3所示，自制塑料漏斗用乳膠管與筆桿頭或粗注射器針頭連接后固定在鐵架臺(tái)上，倒入紅墨水，水平噴出的水流會(huì)顯示出平拋運(yùn)動(dòng)的曲線軌跡.

圖3

3 “曲線運(yùn)動(dòng)條件”實(shí)驗(yàn)

所需材料有自制塑料漏斗（帶開關(guān)）、乳膠管、筆桿頭或注射器針頭、紅墨水、毛皮和橡膠棒（或絲綢和玻璃棒）等.讓漏斗出水口向下得到水流直線軌跡，在不碰到漏斗或水流的情況下如何使水流顯示為曲線軌跡呢？可以通過吹氣或靜電力吸引等多種方法.如圖4所示，通過口吹氣可以得到水流曲線軌跡.如圖5所示，讓出水口向下，用毛皮摩擦過的橡膠棒靠近水流也可以使水流做曲線運(yùn)動(dòng)，從而說明曲線運(yùn)動(dòng)的條件：受合力方向與運(yùn)動(dòng)方向不在同一直線.

圖4

圖5

4 “水流反沖”實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)方案1.所需材料有自制塑料漏斗、乳膠管、彎管、鐵架臺(tái)等.如圖6所示，將自制塑料漏斗固定在鐵架臺(tái)上并倒入水，水會(huì)從彎管中噴出，乳膠管會(huì)向后彎曲，從而展示水流反沖現(xiàn)象.

圖6

實(shí)驗(yàn)方案2.所需材料有自制塑料漏斗（套有細(xì)線，瓶蓋側(cè)面插有兩個(gè)彎管）等.如圖7所示，將細(xì)線系到鐵架臺(tái)，將水倒入帶有彎管的自制塑料漏斗中，發(fā)現(xiàn)水會(huì)從兩個(gè)彎管中流出，自制塑料漏斗隨之往反方向旋轉(zhuǎn)，加水一次可持續(xù)旋轉(zhuǎn)十幾秒時(shí)間.

圖7

5 “浮力產(chǎn)生原因”實(shí)驗(yàn)

所需材料有自制塑料漏斗（瓶蓋燙孔）、乒乓球等.如圖8所示，將乒乓球放入自制漏斗中，不堵住瓶蓋小孔或擰掉瓶蓋時(shí)緩慢倒入水，發(fā)現(xiàn)乒乓球并不會(huì)浮起來.只有在堵住瓶蓋小孔或蓋上不帶孔的瓶蓋后，乒乓球會(huì)立即浮起來，從而說明浮力為液體對(duì)浸在其中的物體向上與向下的壓力差.

圖8

6 “氣壓或大氣壓”實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)方案1.所需材料有自制塑料漏斗（擰掉瓶蓋并在瓶身側(cè)面燙一個(gè)小孔即可）、乒乓球等.如圖9所示，用手指堵住塑料瓶側(cè)面小孔后裝滿水，將乒乓球放在瓶口處后緩慢倒置塑料瓶，發(fā)現(xiàn)乒乓球由于大氣壓的作用并不會(huì)掉下來.作為演示實(shí)驗(yàn)，教師還可以在喊“掉”的同時(shí)悄悄松開堵住小孔手指，乒乓球會(huì)立即掉下來.

圖9

實(shí)驗(yàn)方案2.所需材料有自制塑料漏斗（剪去瓶底，再在瓶蓋處燙一個(gè)小孔即可）、乒乓球等.如圖10所示，用手指堵住瓶蓋小孔后倒入少量水到差不多滿住瓶蓋部分為止，放入乒乓球，將自制漏斗緩慢倒置后，發(fā)現(xiàn)乒乓球由于大氣壓的作用并不會(huì)掉下來.只有松開堵住小孔的手指或擰掉瓶蓋后，乒乓球才會(huì)掉下來.

實(shí)驗(yàn)方案3.所需材料有自制大塑料漏斗（原塑料瓶容量約為2L）、勁度系數(shù)較小的橡皮筋、水槽等.如圖11所示，手提著橡皮筋，將自制大塑料漏斗倒扣入水中，關(guān)閉開關(guān)或蓋上沒燙孔蓋子后試圖將漏斗從水中拉出，發(fā)現(xiàn)橡皮筋被拉得很長(zhǎng)差不多快斷了還是很難將漏斗拉出水面.當(dāng)打開開關(guān)或擰掉蓋子時(shí)，卻能輕易地將漏斗拉出水面.

圖10

圖11

實(shí)驗(yàn)方案4.所需材料有自制塑料漏斗（剪去瓶底，再在瓶蓋處燙一個(gè)小孔即可）、乒乓球等.如圖12所示，用手指堵住瓶蓋小孔后倒置漏斗可將浮在水面的乒乓球壓入水底.當(dāng)松開堵住小孔的手指后，水會(huì)被壓入漏斗中，乒乓球會(huì)隨著漏斗中水面的升高而升高.

圖12

7 “伯努利原理應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)方案1.所需材料有自制塑料漏斗、乒乓球、乳膠管、鐵架臺(tái)、空心筆桿頭等.如圖13所示，自制塑料漏斗用乳膠管與筆桿頭連接，分別固定在鐵架臺(tái)上，倒入水得到向上噴出的水柱，放入乒乓球，發(fā)現(xiàn)乒乓球并不會(huì)掉下來.

圖13

實(shí)驗(yàn)方案2.所需材料有自制塑料漏斗（2個(gè)，其中一個(gè)可帶開關(guān)）、乒乓球、乳膠管、鐵架臺(tái)等.如圖14所示，兩個(gè)自制塑料瓶漏斗用乳膠管相互連接，其中一個(gè)固定在鐵架臺(tái)較高處，另一個(gè)倒置懸在空中，倒入水打開開關(guān)，放入乒乓球，發(fā)現(xiàn)乒乓球并不會(huì)掉下來.如果此時(shí)閉合開關(guān)不讓水流下來，由于大氣壓的緣故，乒乓球也不會(huì)掉下來，只有打開開關(guān)讓水流完后才會(huì)掉下來.

圖14

實(shí)驗(yàn)方案3.對(duì)著放有乒乓球的自制塑料漏斗吹氣，具體有直接用嘴吹、用電吹風(fēng)機(jī)吹或用放氣中的氣球來吹等吹氣方式，觀察乒乓球會(huì)不會(huì)掉下來.以用氣球吹氣為例，所需材料有自制塑料漏斗（帶開關(guān)）、乒乓球、氣球及打氣裝置等.如圖15所示，用打氣裝置給氣球充氣后再打開開關(guān)放氣，此時(shí)在漏斗口放入乒乓球，發(fā)現(xiàn)乒乓球被快速“吸”進(jìn)漏斗并不會(huì)掉下來，等氣球放完氣后才掉下來，可以做到持續(xù)15s以上.

圖15

8 “虹吸原理”實(shí)驗(yàn)（自制“公道杯”）

如圖16所示，“公道杯”是我國(guó)古代一種非常有趣的酒杯，當(dāng)酒斟得太滿就會(huì)通過杯中暗藏的虹吸管全部流出去。利用塑料瓶自制的“公道杯”如圖17所示，當(dāng)?shù)谷胨母叨鹊竭_(dá)彎管最高處時(shí)，根據(jù)虹吸原理可知水會(huì)從塑料彎管中全部流出去。

圖16

圖17

除了上述實(shí)例，其實(shí)結(jié)合自制塑料瓶漏斗教具演示的物理實(shí)驗(yàn)還有很多，如帕斯卡水壓裂桶（或塑料袋）、連通器、失重狀態(tài)的水壓等實(shí)驗(yàn)，這里不再一一舉例.總之，自制塑料瓶漏斗教具不僅具有成本低、制作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，而且更能讓學(xué)生在課堂演示實(shí)驗(yàn)中真正體驗(yàn)到教具的親切感和實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性.所以，在實(shí)際教學(xué)中，教師不僅自身要多自制教具來開發(fā)低成本物理實(shí)驗(yàn)，而且要多讓學(xué)生在課外參與制作體驗(yàn)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力.

1 尤愛惠，陳顯盈.利用生活用品自制教具改進(jìn)［J］.物理教師，2015（5）：39.