影响固体压强大小因素的实验创新

邢文海

物理是一门以实验为基础的科学，实验教学尤为重要，实验操作的科学性和现象形成的自然性很重要，在没有专用实验仪器或传统的方法需要改进时，作为一名物理教师，有责任创新和改进传统实验，用更合理、更科学的实验装置及方法，服务物理教学。

北师大版八年级物理第八章第一节《压强》，针对探究压力的作用效果与哪些因素有关的实验，教材提出用4腿小桌和泡沫塑料进行。当桌腿作用在泡沫塑料上时，泡沫塑料形变量太小；当桌面作用在泡沫塑料表面上时，泡沫塑料几乎看不出形变量，因此学生不易观察到形变量的区别。传统实验用小板凳和沙子进行实验。当板凳腿作用在沙子表面离开后，作用痕迹会因为沙子的滑落而被掩埋，不易观察；当板凳面作用在沙子表面时，沙子表面的形变量很不明显，不易对比得出结论。用砖块和海绵进行实验时，当砖块离开海绵后，海绵由于发生弹性形变会恢复原状，不能留下痕迹提供对比观察，很不方便。用槽码和橡皮泥、面团或水晶泥进行实验时，橡皮泥和面团的软硬程度不稳定，用橡皮泥实验现象不明显；用面团反复实验现象不一致，学生很难信服；水晶彩泥实验时，压力大的物体和压力小的物体都会在水晶彩泥中缓慢下沉到容器底部，得不出结论。此外，传统实验都是用手将施压物体放在受压物体表面，难以避免放取时手对物体的按压，让学生对结果产生怀疑。为此，通过多次尝试、寻找和设计，自制了这个实验装置。

本装置在面粉槽两侧安装了支架，支架上安装了横杆，应用轮轴原理，用细线将3个物体竖直吊起，转动把手使物体缓慢下降，当细线松弛后，反方向转动把手将物体升起，避免了用手放取物体时手对物体的按压，物体的放置更科学。面粉水平面留下的作用痕迹清晰，形变量明显，不但克服了传统实验的缺陷，而且3次实验一次性完成，痕迹能够同时展示在一起，便于观察和比较。重复实验时，将面粉倒出并重新装入面粉槽，用直尺紧靠面粉槽上沿将面粉表面刮平，面粉质量不变，体积不变故而密度不变，使得多次实验现象一致。本装置操作简单，现象明显，大大缩短了实验时间，提高了学习的效率。

一、实验装置自制方法介绍

1.所用材料

相同的螺杆3个，能够套在大螺杆上的螺母1个，细线3根，带把手的横杆1个，支架1副，用于固定横杆的小螺母2个，用于限定横杆位置的小垫圈2个，深5厘米、长20厘米、宽10厘米的面粉槽1个，容积1立方分米，面粉520克，自然蓬松状态下体积为1立方分米，直尺1把。

2.装置图(如图1所示)

图1

二、装置使用方法介绍

将装置放在水平桌面上，转动把手使物体竖直升起，将520克面粉倒入容积为1立方分米的面粉槽中，用直尺紧靠面粉槽上沿将面粉表面刮平，反方向缓慢转动把手使物体缓慢下降，物体压在面粉水平表面下陷至静止，即细线松弛物体不再下陷，再次缓慢转动把手将物体竖直升起，观察面粉表面的压力作用痕迹，应用控制变量法比较A和B的痕迹得出结论，再比较B和C的痕迹得出结论。

三、实验原理分析

当物体静止在水平面上时，物体对水平面作用的压力等于该物体受到的重力，A和B两个螺杆质量相等，重力相等，作用在面粉水平面的压力相等，A物体作用时面粉表面受力面积小，痕迹比B深，B物体作用时面粉表面受力面积大，痕迹比A浅，比较A，B得出结论：当压力相等时，受力面积越小，压力的作用效果越显著，即压强越大。C是用与B相同的螺杆加上1个螺母组成的，作用在面粉表面的受力面积相等，C的质量大于B的质量，C的压力更大，痕迹比B深，比较B，C得出结论：当受力面积相等时，压力越大，压力的作用效果越显著，即压强越大(见表1)。

表1

表1 (续)

四、实验装置创新点

一是物体放置方式更加科学。应用轮轴原理，用细线将3个物体竖直吊起，转动把手使物体缓慢下降，当细线松弛后反方向转动把手将物体升起，避免了用手放取物体时手对物体的按压。

二是操作比较简单。

三是实验现象非常明显。物体作用后痕迹清晰，形变量对比差异明显，便于观察和比较。

四是3次实验的现象能够一同产生并展现，便于相互对比得出结论，大大缩短了实验时间，有助于提高课堂效率。

五是便于推广。装置制作需要的材料比较常见，制作简单，便于推广。

五、实验装置的反思与设想

第一，学生在转动把手时需要同伴辅助扶稳设备，如条件允许可以将物体的升降装置改为电动，避免物体升降摇摆不稳。

第二，将面粉倒出并重新装入面粉槽时容易弄脏桌面和地板，如条件允许可以将本装置改装为透明盒子，防止面粉外泄，反复实验时可以通过其他方式使面粉表面恢复水平。