介绍几个简易的自制教具

易其顺

1 液体压强的计算

关于液体压强的计算，有的教材采用一端带橡皮膜的玻璃管竖直插入水中（如图1所示）来定量研究液体压强的大小［1］。先在玻璃管中注入水，观察橡皮膜的变化：当橡皮膜没有凹凸时，会观察到管内水的高度与外面的水面相平，此时管内的水对橡皮膜产生的压强等于外面的水对橡皮膜的压强，这样就可以通过计算管内的压强来确定烧杯中的水在橡皮膜处产生的压强。这个实验关键在于通过观察橡皮膜的凹凸来确定水的高度。可是在实验过程中，由于玻璃管径小，很难观察到橡皮膜的凹凸情况。因此，我们制作了如图2a所示的装置，它将橡皮膜的凹凸转变为指针的偏转，从而可以清楚地知道橡皮膜的凹凸情况，其构造如图2a所示。

实验时先将管竖直插入水中（如图2b所示），橡皮膜由于受到水的压强所以变凹，由于橡皮筋的收缩力使套环往上移，所以指针往下偏转指到凹处。此时越往下压指针偏转角度越大，然后往管内注入水，由于管内的水对橡皮膜也有压强，所以橡皮膜凹的程度慢慢变小，于是就看到指针偏转的角度慢慢变小。当管内外水面相平时，指针指到平的位置，说明橡皮膜平，此时就可以计算管内的水对橡皮膜产生的压强（如图2c所示）。

2 悬浮实验的设计

物体在水中会有漂浮、悬浮和沉在水底三种情况。在演示漂浮和沉在水底时比较容易，演示悬浮就比较困难，在这里我们介绍两种演示悬浮的简便方法。

第一种方法如图3a所示，先用一个小试管和一个锥形瓶放入盛有水的水桶中，调节试管里的空气柱使得试管倒过来后底部刚好能露出水面，然后将试管放到锥形瓶中（在水中操作），从水桶中拿出锥形瓶，倒出少量水，再用气球膜套住瓶口绑紧，最后用铝线或较软的铁线在瓶颈处固定留出一小段，弯过瓶口（如图3a所示），用手指压铝线的末端使它往下压气球膜，由于锥形瓶内的气压增加，所以试管内的气体体积变小。因所受的浮力小于重力，所以试管下沉。当试管到达某个深度时，移开手指，铝线的末端和气球膜就停留在那个位置不动（如图3b），试管也就停在那个深度不动了（如图3b），从而可以达到悬浮的目的。

第二种方法如图4所示，按第一种方法使小试管刚好漂浮于可乐瓶中，然后用铝线或较软的铁线在可乐瓶上绕一圈，再将两头扭在一起固定如图4a所示。当用手或钳子拧紧可乐瓶时，小试管就下沉（下沉的原因与第一种方法相同）。当小试管下沉到某个位置时停止拧，试管就停留在那个位置不动（如图4b），同样也可以达到悬浮的目的。

3 浮力产生的原因

众所周知，浮力的产生是因为浸在液体中的物体受到液体对它下上表面的压力差所引起的，可是如何通过实验来说明这个道理呢？笔者在此介绍一种容易制作、效果又很好的教具。

将一个可乐瓶的底部去掉，在瓶口处套上一段透明玻璃管，将一个软木塞平放到瓶口处，然后在软木塞下表面附近的瓶颈处开一个小孔。如图5a所示，向可乐瓶注入水后会发现软木塞并没有浮起来，只是在玻璃管口处有很细的水流出。这时用手掌堵住玻璃管口，软木塞还没有上浮，玻璃管里的水柱慢慢升高（如图5b），当软木塞下表面接触到水时，软木塞就浮起来（如图5c），也就很好地说明浮力产生的原因。

4 磁场大小和方向演示

一般采用磁粉或铁屑来演示磁铁周围的磁场，但只能演示磁场的大小，不能演示磁场的方向，而且磁粉和铁屑一般很难找。这里我们给大家介绍一种很容易制作的演示磁场大小和方向教具。

用铁线折成如图6a所示的形状，在U型框上绑三条系线，分别将六根缝衣针的针头与磁铁的N极摩擦（使针头被磁化为N极），针尾与磁铁的S极摩擦（使针尾被磁化为S极），然后将这些针绑在三根细线上（如图6a）即可做成。如果用它来演示U形磁铁中间的磁场时（这里以U形磁铁为例来说明）手拿着柄，将框部分放到U形磁铁中间（如图6b），就会看到所有的针头都指向S极，说明U形磁铁中间的磁场方向是从N极指向S极的，同时还可以看到三排针相互平行，说明U形磁铁中间的磁场是均匀的。当用来演示U形磁铁N极附近的磁场时，将框垂直地放在N极附近（如图6c），就会观察到所有的针头都背离N极，说明N极附近的磁场方向是从N极出发向外发散，同时可观察到三排针不平行，针尾相互靠近，针头相互远离，说明N极附近的磁场越靠近N极越大，越远离N极越小。

5 用吸管演示静电实验

静电实验是中学物理中比较难的实验之一。由于静电实验中产生的电量少，电势高，一漏就光，因此实验比较难成功，尤其在进行电荷相互作用时更难。我们通过一系列的尝试发现，用吸管来做静电实验效果很明显。

如图7所示，用它可以演示静电能吸引轻小物品实验和静电的相互作用实验。当用来演示静电吸引轻小物品时，将事先在中点钻孔的吸管放在矿泉水瓶盖上的钉头上，然后一只手拿另一根吸管的一端，另一只手的拇指和食指压住吸管的中部，再快速往外滑动，这样吸管就带上电。将带上电的吸管靠近放在矿泉水瓶上的吸管的一端，吸管就被吸引过来。当演示同种电荷相互作用时，只要一只手拿住两根吸管一端，另一只手的拇指和食指同时压住吸管的中部并快速往外滑，这时两根吸管都带上了同种电荷，然后将钻有孔的吸管放到大头针的针头上，手拿另一只吸管靠近它，吸管就因为排斥而转动。

参考文献：

［1］陈琪兮.物理（义务教育课程标准实验教科书）［M］.教育科学出版社，2005年12月

(栏目编辑张正严)