自制教具在中学物理教学中的应用研究

代海年

摘要：通过对自制教具在中学物理教学中的应用研究，结合自己的教具制作实践和对自制教具的认识对自制教具的常用方法进行了探讨；通过自制物理实验教具的案例，对教具自制过程进行阐述，较为详细地介绍了自制教具在演示实验、学生实验、学生课外科技活动和家庭实验中的具体应用。希望通过该研究，让自制教具得到进一步推广，从而提高中学物理教学质量，促进学生能力向多元化的方向发展，以适应社会对人才的需求。

关键词：中学物理；自制教具；科学探究

1水柱大气压强测试仪

1.1设计原理

利用二力平衡的原理，对气体压强的测定转化为对液体压强的测定，测量介质用水代替水银，利用水桶里的水为传导压强的媒介，把大气压传到塑料管内的水，给其向上的支持力，以平衡塑料管内的水柱压强。水柱和水桶里的水成液封，相当于封闭容器。塑料管顶和塑料管内水柱顶部形成真空，由于平衡状态下均匀液体中的压强是可以传递的，在同一水平面上压强相等。系统平衡以后，以水桶里水表面为参照面分析，因为薄层水受到上面大气压和液体内部向上的压强（简单理解为支持力），这个压强在水平面上处处相等。塑料管内的水与水桶表面的水层，受到上面h米的水压强，因为顶部是真空，没有气压，所以下面受到通过水桶传递的外界大气压强，与管内水压平衡。因此：大气压强=管内水柱高度产生的压强。

根据液体压强公式P=ρgh可以比较直观、方便的测量出大气压强的值，也可以直接用管内水柱的高度表示大气压。

1.2实验器材

①外径16mm、内径12mm、长约1m的透明pex塑料管11根 ②1216直通铜接头10个，1216管开关一个，1216管堵头一个 ③外径160mm长1.2m厚4mm水桶1个，两端带盖，一端密封 ④自制合适支架一个 ⑤20m皮尺一个 ⑥开口扳手两个 ⑦量度值为1.0～1.1kg/m?液体浮力密度计一个 ⑧自备盛水器皿⑨红色墨水 ⑩漏斗一个。

1.3使用方法

①将实验仪器搬至1—2楼楼梯拐弯处，把水桶放在支架上，在水桶里盛满水（留2cm位置），用胶头滴管滴几滴红墨水，再用透明塑料管搅拌至均匀，然后将液体浮力密度计放入水桶，待密度计平稳后，读出所示示数并记录，可多次测量取平均值.

②取两根透明塑料管，其中一根分别将开关和双通接头接在塑料管两端，另一根两端不接双通接头，将剩余塑料管的一端分别接上双通接头。

③取不带接头的塑料管，将塑料管放入水桶中注满水，然后在水中将堵头接在塑料管上端，再从水中提出约90cm的塑料管。

④取一根透明塑料管，将铜接头的螺丝帽与紧固圈放在带有堵头透明塑料管的一端，在水中用手拧紧螺丝，将接头提出水面，用扳手加固接头，依次连接带有接头的塑料管9—10根（北方9根南方10根），最后将带有开关和直通的塑料管接到上根塑料管上，将下方开关关闭。

⑤取下最顶端堵头，用漏斗给管中加水直到略溢出管口，安装上堵头并拧紧。

⑥打开最下面的开关，管内水柱开始下降，等到管内水柱不 下移时，用皮尺测量水桶液面到管内顶端水位高度h。

⑦根据液体压强公式P=ρgh，算出本地大气压强的数值。

注：由于管长及测量高度原因，实验操作中需要一个高10m左右的平台，可以利用楼房楼梯进行实验测量。

1.4仪器特点

⒈实验仪器通用性强，由于不同地方海拔高度不同，可以测出不同地方的大气压强，实验效果明显，成功率较高。

⒉大气压强测量仪是对托里拆里实验的一个改进，在水银具有危害人体健康的情况之下，使用水作为媒介，提高了实验的可操作性，使得学生可以自主操作实验。

⒊实验设计时将10m长水管分割成1m的短管，用接头分别连接，使得实验仪器便于携带和存放。

⒋实验设计和制作时注意避免了可能对学生带来的伤害，人性化设计实验仪器大小，使学生更加容易体会大气压强。

2液体流速与压强演示仪

2.1设计背景

流体压强与流速关系实验，大多采用气体演示实验仪，用液体演示实验很少。该仪器既可做气体也可做液体压强与流速关系演示。

2.2实验原理

1、液体压强与流速的关系

第一部分的实验装置如图5—3所示。液体在管中作稳流时，在管子粗的地方，流速小，压强大；在管子细的地方，流速大，压强小。由于①②③号管的粗细不同，所以管中液体流速不相同，管中压强也不相同，故⑤号管中水柱的高低也各不相同。我们通过观察三个细管中水柱的高低既可得出液体压强与流速的定性关系。

2、气体压强与流速的关系

第二部分的实验装置如图5—3所示。气体在管中作稳流时，在管子粗的地方，流速小，压强大；在管子细的地方，流速大，压强小。由于①②③号管的粗细不同，所以管中气体的流速不相同，管中压强也不相同，故与之相连的细管口处压强不同，故管中水柱的高低也各不相同。我们通过观察三个细管中水柱的高低来判断气体压强与流速的关系。

本实验装置通过用两种不同的流体来演示流体压强与流速的关系，說明流体的流速越大，压强越小；流速越小，压强越大。

2.3操作步骤

1、液体压强与流速的关系

（1）按照图5—3将装置接好。

（2）用夹子⑧夹住橡胶管，在漏斗⑥中加适量的水，使管⑤中的水接近管的顶端，用滴定管将管内的空气泡排尽。

（3）打开夹子⑧让水流通，观察三个管中水柱的高低。

2、气体压强与流速的关系

（1）在1做完后去掉⑥号管上部的漏斗，在⑥号管末端放纸巾，用口对着管口稍吹气，使管④中的水位达中上部。

（2）去掉夹子⑧，用口对⑥号管末端（隔着中间开有孔的纸巾）吹气，观察④号管中水柱高度的变化。

2.4物理教学中的使用

本实验装置适用于中学物理《流体压强与流速关系》演示实验，可清楚地观察气体、液体压强与流速的关系，教学效果显著。

2.5使用效果

本实验装置为演示性实验装置，其演示效果明显，操作简便快捷，实用性较高。本人通过多次实验验证，该装置重复性高，实验成功率高，实验现象明显，适合作为教具用于中学物理教学活动中。

2.6教具特点

1.本教具适用于中学物理流体压强与流速关系的教学活动中，既可证明液体压强与流速的关系，也可以用来证明气体压强与流速的关系，实现了一个装置两种用途的效果。现在市面上销售的证明流体压强与流速关系的实验仪器只能证明其中的一种，没有发现同时证明气体压强和液体压强与流速关系的仪器，本装置将两者结合起来，避免了装置多而复杂为实验带来的诸多不便。

2.教具采用塑料管、饮料瓶等物品制成，实验环保、安全、经济且实用。

2.7说明

本实验装置中管径大小以及管的长度对实验效果有较大影响。管径越大，管中聚集的气泡越少，但用水量就越大；管径越小，管中聚集的气泡越多，用水量相对较少。经多次试验，选用了管径为11mm、14mm、23mm的三种管来制作做本实验较理想。

3、结束语

本研究在梳理国内外自制教具文献的基础上，根据学生的认知规律，结合中学物理课堂实践，从教具的产生背景、器材介绍、使用方法和效果分析上对中学物理教学中自制教具的原则、方法进行阐述。其中，产生背景是对教具研究、开发的整个思路过程进行介绍，即为什么想到去制作这个教具，希望能够抛砖引玉，激发一线物理教师的创作灵感。

参考文献

[1]孙善祥，池海.物理实验改革势在必行[J].山东电大学报，2004，07

[2]徐斐.新课标下以自制教具促进物理探究实验[D].四川师范大学，2010

[3]中华人民共和国教育部.物理课程标准（2011）.[M].北京师范大学出版社，2011

（作者单位：库车县古渡中学）