纸在物理教学中的妙用

曾　燕

(江苏省常熟中学,江苏　常熟　215500)



纸在物理教学中的妙用

曾燕

(江苏省常熟中学,江苏常熟215500)

摘要：一张纸可以用来做什么？对此不同年龄阶段的人会有不同的答案.在高中阶段,可以给我们的学生提出关于一张纸的故事,作为物理课后作业,专门从物理学角度去研究它,一个开放性题目在一定程度上可以检验他们的物理学习情况.在不断开发“纸”在物理教学中的应用中,增加学生亲身实验的机会,提高学生积极参与和合作探究的程度,体会到探究的快乐.

关键词：物理教学;纸;应用

物理学是一门以实验为基础的学科,很多物理规律、原理都是通过实验探究得到.教师应该抓住一切机会,让学生能亲自体验科学家们从现象找事物本质的过程,不仅大大减轻了学生的学习负担,更重要的是增加了学生学习物理的兴趣和动力.但是实验毕竟要借助一定的器材,很多本来“很有意思”、“很好玩”的实验就变为了“说”实验.其实,只要我们做个有心人,还是可以借助身边简单的实验器材,例如一张白纸,再加一些辅助器材,可以演示很多有意义的小实验.

1利用纸做力学实验

1.1两个“铁球”同时落地

伽利略著名的比萨斜塔故事为人们熟知,在物理课堂上,为了能将学生由生活经验而获得的“重”的物体比“轻”的物体下落得快的认识充分瓦解,建立正确的落体运动规律,这时需要演示实验来让学生感受这种视觉上及思维上的“冲击”,获得最好的效益.我们可以随手取材,用一张白纸、一个铁球.实验分成两步,第一步,让纸片和铁球从同一个高度自由释放(铁球先落地,白纸后落地);第二步,还是这张纸片和这个铁球,但纸片揉成团,从同一个高度自由释放(几乎同时落地).原因是一张平摊的白纸下落时会受到空气较大的阻力,而铁球则受空气阻力很小,当白纸变成一个小团后下落时空气阻力也很小,那么在没有任何阻力的情况下,两个物体应该是同时落地的.

1.2纸片顺着绳子“爬高”

如何让一张纸片(质地要硬一些)顺着两根绳子往上“爬”？这个问题很有挑战性.

图1

利用圆规的一个针脚在这个纸片上打出四个小孔,呈梯形,四个小孔分别位于“梯形”的四个顶点.然后用两根绳子分别穿过一上一下的两个小孔,呈“八”字形(如图1).一位同学将两根绳子的下端拉住(保持两根绳子从下面两个小孔出来时平行放置),另一位同学将两根绳子的上端也用手握住(同样保持平行),由绳子上端的那位同学,通过两只手一左、一右拉动绳子,这时我们便可看到纸片沿着绳子“爬”上去了.如果是下端的同学如此拉动绳子,而上端保持不动,纸片会沿绳子往下运动.在这个实验现象里包含着什么物理原理？学生在亲自“体验”中,慢慢会悟出道理.

图2

当从上端牵引左边绳子时,左绳拉直、右绳放松(如图2),卡片原有状态中左边绳子由“凹折态”变成“直线态”,在此过程中,对卡片产生一个逆时针旋转的力矩作用,由于右边的绳子是松的,因此,卡片右边的两个孔,会分别沿着右边的绳子“上移”.稳定后,再牵引右绳(同样是在上端牵引),放松左绳,此时右侧绳子状态的变化产生顺时针转动的力矩作用,卡片左边的两个孔会分别沿着左边的绳子“上移”.这样就好像人登山一样,一个脚用于固定,并产生作用力,而另一个脚用于往上“攀爬”.

1.3抽纸条

为了加深学生对冲量物理意义的理解,我们可以做以下小实验,取一只玻璃杯,一张纸条.将纸条压在玻璃杯之下,第一次快速抽出纸条,玻璃杯几乎没有发生任何变化;第二次缓慢抽出纸条,这时玻璃杯会发生移动的现象，玻璃杯运动状态改变了,且比较明显.原因何在？原因是在两次抽出纸条的过程中,在水平方向上玻璃杯底都只受到纸条施加的滑动摩擦力,且大小相等,但由于操作时有“快速”、“缓慢”之别,从而使得该滑动摩擦力在两次实验中的作用时间不同,导致玻璃杯受到的冲量大小不同,所以动量的改变量也不同.第一次作用时间趋于零,所以动量改变量也趋于零(玻璃杯几乎没发生任何变化),第二次作用时间较长,所以动量改变量也大(玻璃杯随着纸条抽出而发生移动).这个小实验可以真切帮助学生理解抽象的理论,因此学生应该要学会能随手取材,做实验来“消化”知识.如果有学生能让该实验更加刺激一些的话,可以这么设计,将两个去盖的啤酒瓶口对口放置在水平桌面上,两口之间放置一张纸条,第一次快速抽出纸条,第二次缓慢抽出纸条,看有什么现象.

1.4演示伯努利原理

当我们站在公路旁等待公共汽车时,一辆疾驰而过的汽车,像长了只无形的手把我们“拉”了一下,这个现象说明了“伯努利原理”.我们可用身边的简单器材来重现这一现象，取一张白纸,一撕为二,两手分别捏住白纸的一端,使两张纸平行放置;往两纸片之间吹气,便会发现两张纸片会向中间靠拢(好像是相互“吸引”).其实这个就是和气流速度、气体压强有关.气流速度越快,气体压强就越小.那么往两张纸片中间吹气,加快了两张纸之间的气流速度,导致两纸之间的气压减小,而对于两张纸的外侧没有受到影响,气压不变,因此每张纸片内侧压力小而外侧压力大,因而会向中间靠拢(“吸引”).

2利用纸做静电实验

在冬季,同学们会发现在脱毛线衣时,会产生劈里啪啦的声响,而且还带有小火花，这个是静电现象.装运燃油的大货车车尾总是拖着一个“小辫子”——铁链,它的作用是将静电导走,否则会酿成大祸.那么什么是静电现象？取一张白纸,再取一根玻璃棒和一块丝绸.将纸片撕成很细小的碎片洒在课桌上,将玻璃棒和丝绸进行摩擦,然后让玻璃棒靠近碎纸片,此时会发现,小纸片乖乖的“飞”向玻璃棒，此时玻璃棒带电了，它具有能吸引轻小物体的本领.那么原来没有摩擦的玻璃棒是电中性的,而经过摩擦,丝绸将玻璃棒中的电子“夺”了过去,玻璃棒因失去电子而带正电,其实这时候的丝绸带上了负电.就这么一个小实验(也可以用塑料的圆珠笔壳,将它和头发摩擦),可以将静电“展现”在学生眼前,如此“零距离”感受它的存在,对于学生来说,记忆肯定十分深刻.

3利用纸做光学实验

3.1小孔成像

3.2观察光的衍射现象

取一张白纸,用一把美工刀在其中央部分划上一刀,然后举着这张纸,对着有光的方向(太阳、点亮的日光灯等都可以),透过那条划出的细缝去看太阳或者点亮的日光灯,我们会发现不仅能看见光,而且看到的光的区域比那条缝要粗,还是七彩的光.这个现象便说明了光如果遇到了障碍物,它还是会继续传播的,而且传播的方向会改变,即所谓的“绕弯”.平时不容易看到这个“绕弯”现象的原因是,要发生明显衍射现象的条件是障碍物的尺寸或者缝的尺寸要和光的波长差不多或者比波长要小.

小小实验随时做,小小实验显真理,物质本性记心头.当然,一张纸能参与的实验远不止这么多,只要我们敢于去探究,敢于去发现,那么借助这张纸,可以展示某些物理现象，我们的学生将更加乐于去学习物理,亲近物理.

参考文献：

仇忠海.高中物理实验能力培养与训练[M].上海：上海科学技术文献出版社,2002.