活用氣球 妙趣橫生

雷韞銚 雷慶 何憲文

摘 ? 要：利用氣球可以設(shè)計(jì)許多初中物理實(shí)驗(yàn)。通過(guò)豐富多彩的氣球?qū)嶒?yàn)，可以更好地理解物理概念、探究物理規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：氣球;低成本物理實(shí)驗(yàn);壓強(qiáng);實(shí)驗(yàn)探究

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2022）2-0058-3

氣球承載了我們兒時(shí)的天真爛漫， 五顏六色的氣球像一根線可以串聯(lián)起我們多彩絢麗的童年。氣球在物理教學(xué)中也有許多妙用，利用氣球可以實(shí)現(xiàn)許多低成本物理實(shí)驗(yàn)，并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1 ? ?利用氣球探究壓強(qiáng)的決定因素

實(shí)驗(yàn)器材：氣球，圖釘，雙面膠。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將一個(gè)氣球裝滿水，然后將氣球放在一個(gè)圖釘上，氣球被圖釘扎破了，水花四濺（圖1）;（2）將多個(gè)圖釘擺成矩形狀，并用雙面膠將圖釘粘在塑料板上，將一個(gè)氣球裝滿水，然后將氣球放在圖釘床上，氣球居然完好無(wú)損（圖2）。同樣的一個(gè)水氣球，怎么會(huì)出現(xiàn)兩種不同的命運(yùn)呢？

實(shí)驗(yàn)原理：壓強(qiáng)等于物體單位面積上的壓力，在壓力一定的情況下，受力面積越小，壓力的作用效果即壓強(qiáng)越大，所以一根圖釘扎破了水氣球，而多個(gè)圖釘組成的圖釘床受力面積較大，壓強(qiáng)較小，所以沒(méi)有扎破水氣球。

生活中的“磨刀不誤砍柴工”，是為了減小受力面積增大壓強(qiáng)。相反，鐵軌的枕木、坦克的履帶則是增大受力面積，從而減小壓強(qiáng)。

2 ? ?利用氣球探究液體內(nèi)部的壓強(qiáng)

實(shí)驗(yàn)器材：氣球，透明塑料瓶，橡皮筋。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將透明塑料瓶裝滿水;（2）用橡皮筋將氣球膜綁在塑料瓶開口端;（3）將塑料瓶倒置，發(fā)現(xiàn)氣球膜向外發(fā)生了較大的形變;（4）將透明塑料瓶緩慢傾斜，發(fā)現(xiàn)氣球膜的形變逐漸減?。▓D3）;（5）最后，用針沿四面八方將氣球刺幾個(gè)小孔，將氣球套在水龍頭上，我們發(fā)現(xiàn)水從氣球的各個(gè)小孔四面八方冒出（圖4）。

實(shí)驗(yàn)原理：液體受到重力作用，且具有流動(dòng)性，所以液體內(nèi)部存在壓強(qiáng)，液體內(nèi)部的壓強(qiáng)與液體的密度和深度均有關(guān)。對(duì)于同種液體，深度越深，壓強(qiáng)越大;同一深度處，液體向各個(gè)方向的壓強(qiáng)相等。將塑料瓶?jī)A斜，減小了塑料桶底部液體的深度，壓強(qiáng)減小，氣球膜的形變逐漸減小。圖4實(shí)驗(yàn)中，液體內(nèi)部各個(gè)方向均有壓強(qiáng)，所以水四面八方從小孔冒出。

生活中水壩建成上窄下寬，因?yàn)樯疃仍缴钐?，水的壓?qiáng)越大。 測(cè)量血壓的水銀血壓計(jì)，就是用水銀柱的高度來(lái)測(cè)量血壓的大小。

3 ? ?利用氣球可以探究氣體的壓強(qiáng)

實(shí)驗(yàn)器材：兩個(gè)氣球，兩根細(xì)線。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將一個(gè)氣球吹滿氣，用細(xì)線系上，向氣球吹氣，氣球跑了（圖5）;（2）將另一個(gè)氣球吹滿氣，用細(xì)線系上，將兩個(gè)氣球平行掛在一起（圖6），往兩只系著細(xì)線的氣球中間吹氣時(shí)，氣球很輕，它們應(yīng)該也會(huì)被吹走吧？奇怪的事情發(fā)生了，兩個(gè)氣球居然相互靠近而不是遠(yuǎn)離（圖7）。

實(shí)驗(yàn)原理：這是因?yàn)榱黧w流速越大，流體壓強(qiáng)越小，向兩氣球中間吹氣，兩氣球間的空氣流速大于兩氣球之外的氣體流速，兩氣球間的氣體壓強(qiáng)小于兩氣球之外的氣體壓強(qiáng)，兩氣球在氣體壓力差的作用下相互靠近;氣體流速大的位置壓強(qiáng)小。

生活中，將一枚硬幣放在桌面上，往硬幣上方吹氣，我們發(fā)現(xiàn)硬幣會(huì)往上“跳”起來(lái)，表明硬幣上方的氣流越大時(shí)壓強(qiáng)越小，而硬幣下方的氣流小壓強(qiáng)大，形成向上的壓強(qiáng)差把硬幣“托”起。飛機(jī)要飛上天，需要一個(gè)向上的升力，因此機(jī)翼有一定的仰角，當(dāng)空氣經(jīng)過(guò)的時(shí)候，少部分空氣往上走，大部分空氣則往下走，上面空氣較少，流速很快，而流速快的地方壓力很小，因此機(jī)翼上方向下的壓力就小于機(jī)翼下方向上的升力，升力往上推，飛機(jī)自然就飛起來(lái)啦（圖8）。其實(shí)抽油煙機(jī)也是利用這個(gè)道理。

吹氣球也有學(xué)問(wèn)，我們發(fā)現(xiàn)吹氣球時(shí)開始比較費(fèi)力，需要一鼓作氣猛力地將它吹開?？墒?，吹開以后，就感覺(jué)不那么費(fèi)力了。這是為什么呢？

實(shí)驗(yàn)器材：兩個(gè)氣球，吸管，夾子。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）取兩個(gè)規(guī)格相同的不同顏色的氣球，將它們分別吹成一大一小的形狀，用橡皮筋扎緊（圖9）;（2）將一個(gè)夾子壓在一個(gè)吸管中間，做成一個(gè)開關(guān)閥，將吸管兩部分隔開;（3）把大小兩個(gè)氣球的預(yù)留口部分用橡皮筋分別捆扎在開關(guān)閥兩側(cè);（4）將開關(guān)閥打開，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象：小氣球越來(lái)越小，大氣球越來(lái)越大（圖10）。

實(shí)驗(yàn)原理：氣球內(nèi)的氣壓與氣球的球面半徑有關(guān)，球面半徑越大，氣壓越小。小氣球內(nèi)的氣壓比大氣球內(nèi)的氣壓大，小氣球把大氣球吹起來(lái)了，氣體不斷從小氣球流入大氣球內(nèi)，一直到兩邊氣壓平衡為止。原來(lái)氣體的壓強(qiáng)宏觀上與氣體的體積和溫度有關(guān)，一定質(zhì)量的氣體，體積越小，單位時(shí)間氣體與容器壁撞擊的次數(shù)增加，壓強(qiáng)就增大。氣體體積一定時(shí)，溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)加快，同樣氣體與容器壁撞擊次數(shù)增加，壓強(qiáng)也增大。

我們觀察水中金魚吐出的氣泡，氣泡上升過(guò)程中體積會(huì)逐漸變大。原來(lái)，一定的水深時(shí)，氣泡內(nèi)氣體壓強(qiáng)等于氣泡外水的壓強(qiáng)，當(dāng)氣泡上升時(shí)，氣泡外水的壓強(qiáng)會(huì)變小，由于氣泡內(nèi)氣體壓強(qiáng)的作用，氣泡的體積就會(huì)變大，從而內(nèi)部壓強(qiáng)變小，跟氣泡外水的壓強(qiáng)相平衡。

4 ? ?利用氣球可以探究小車的動(dòng)力

用于沖洗地面的軟水管，當(dāng)水從管口射出時(shí)，水管會(huì)旋轉(zhuǎn)起來(lái)。那么，我們可否用氣球讓小車運(yùn)動(dòng)呢？

實(shí)驗(yàn)器材：小車，吸管，膠帶，橡皮筋。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）用橡皮筋把氣球和吸管綁好，用膠帶把它們固定在車子的底盤上;（2）將氣球吹滿氣，然后放到路面上測(cè)試;（3）調(diào)整吸管的方向，使得小車跑得既平又穩(wěn)，把吸管的方向固定住，如圖11所示。

實(shí)驗(yàn)原理：根據(jù)動(dòng)量守恒定律，物體的質(zhì)量與速度的乘積稱為動(dòng)量，在一定條件下，物體系統(tǒng)的動(dòng)量守恒。氣球中的氣流向后沖，給小車一個(gè)反作用，小車就會(huì)向前運(yùn)動(dòng)，所以，氣球吹出的氣流充當(dāng)了小車前進(jìn)的動(dòng)力。

生活中的煙花為什么可以升空呢？點(diǎn)燃煙花后其產(chǎn)生的火焰熱氣向下排出，產(chǎn)生的反作用力將筒體反向彈起，從而讓煙花升空?；鸺找才c之類似。

生活中物理無(wú)處不在，只要我們留意觀察生活中各種各樣的物理現(xiàn)象，認(rèn)真思考，就會(huì)發(fā)現(xiàn)其中的物理規(guī)律，對(duì)生活的感知由表象而轉(zhuǎn)為內(nèi)在，從生活走進(jìn)物理。同時(shí)，我們可將學(xué)到的物理知識(shí)和物理規(guī)律運(yùn)用到日常生活中去，大膽實(shí)踐，努力解決實(shí)際問(wèn)題，學(xué)以致用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張偉，郭玉英，劉炳升.非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)：有待深入開發(fā)的重要物理課程資源[J].物理教師，2005，26（09）：47-50.

[2]羅星凱.低成本、高智慧的物理實(shí)驗(yàn)欣賞[J].物理教學(xué)探討，2000，18（09）：1-3.

[3]廖伯琴.物理八年級(jí)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2017.（欄目編輯 ? ?蔣小平）

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