矿泉水瓶在初中物理实验中的妙用

(江苏省昆山市娄江实验学校,江苏 昆山 215300)

物理学是一门以实验为基础的学科,在初中阶段,很多学生之所以对物理感兴趣,就是因为其中有很多实验非常有趣。我们可利用生活用品制作实验教具,为初中物理教学服务，笔者以常见的矿泉水瓶为例,介绍7个物理实验与大家分享。

1 透镜实验

“透镜”是初中光学中的一节内容。为了增加趣味性,课堂上可做如下实验:取一矿泉水瓶,往瓶内装满水(瓶口处需留一小段空气,目的是使后续的操作中瓶内出现一气泡),盖上瓶盖并顺时针拧紧后,让瓶子平放在物理教科书上。透过没有气泡部分的瓶身观察书上的字,发现字被放大了;再透过有气泡部分的瓶身观察书上的字,发现字缩小了,现象真的很奇妙。其中的奥秘是:没有气泡部分的瓶身相当于凸透镜，瓶的截面是个圆，中间厚,边缘薄；有气泡部分的瓶身相当于凹透镜，瓶的截面是被挖去一小块的圆,中间薄,边缘厚。

2 制作水平仪

“水平仪”是力学中的一个测量工具,它是根据仪器内气泡的位置来反映被测物体是否水平的一种仪器。为了让学生对它有一个更好的认识,课堂上可现场为学生做一个水平仪:取一矿泉水瓶,往里面装满染色后的水(瓶口处需留一小段空气),盖上瓶盖并顺时针拧紧后,让瓶子平放在桌面上，这时瓶中会出现一个气泡。若气泡的位置正好在中间,说明桌面是水平的;若气泡在左端,说明桌面的左侧偏高;若气泡在右端,说明桌面的右侧偏高。

3 液体压强实验

“液体的压强”是继固体压强后的一节内容,课堂上为了吸引学生的注意力,激发学生的兴趣,可做如下实验:取一矿泉水瓶,往瓶内装满水(瓶盖不要盖上)。之后在瓶的侧壁等高的位置扎两个小孔,这时可观察到水从这两个小孔中流了出来,而且水的射程基本是相等的。接着,在其中一个小孔的下方迅速再扎一个孔,这时可观察到水从这个小孔中也流了出来,而且水的射程比从上面两个小孔中流出来的水射程要远。其原因是:同种液体,深度相同,液体产生的压强相同;深度越大,液体产生的压强就越大。

4 体验大气压强存在实验

“气体的压强”是比较抽象的一节内容,因为大气看不见,摸不着,由此产生的大气压强也观察不到。为了让学生直观地感受到大气压强的存在,可做如下实验:取一矿泉水瓶,往瓶内加入少量热水,轻轻摇晃几下,使热水能充分润湿瓶的内壁。之后倒出瓶内的水,迅速盖上瓶盖并顺时针拧紧。几秒钟后会发现瓶身慢慢被压扁了,就像有一只无形的手在捏瓶身。其原因是:刚开始里面的气体温度高,很快这些气体因降温而收缩,压强变小,外面的大气压把矿泉水瓶压扁了。

5 制作浮沉子

“浮沉子”是“物体的浮与沉”一节中的小制作。这个实验有很强的趣味性。它的制作如下:取一矿泉水瓶,里面装入大半瓶水,再找一个小玻璃瓶,在小玻璃瓶中放入适量的水(不能太多,否则小玻璃瓶会直接沉底;也不能太少,否则实验时小玻璃瓶很难沉下去),用手堵住小玻璃瓶口,再把它倒置,快速放入矿泉水瓶中,盖上瓶盖并顺时针拧紧。此时,小玻璃瓶是漂浮在水面上的。用力捏矿泉水瓶身,会看到小玻璃瓶下沉至水底,松手后,小玻璃瓶又会重新浮起来。其原理是:手在捏紧、松开瓶子时,由于水面上方的气压变化引起水进出小玻璃瓶,导致小玻璃瓶所受重力发生改变,从而产生浮沉的现象。

6 浮力产生原因实验

很多学生在学习浮力时,把它和压强割裂开来理解,其实浮力产生的原因是由于上下表面的压力差。为了直观地说明这一结论,可做如下实验:取一矿泉水瓶,用剪刀在瓶的中间位置把瓶身一剪为二。把带有瓶口的那一半留下,并把它倒置过来,把两个乒乓球放入瓶内(一个会下落至瓶口,另一个会叠在它的上面)。再慢慢注入水,结果可发现叠在上面的乒乓球浮了起来,另一个被堵在了瓶口。其原因是:上面的乒乓球下方有水,上下两表面受到水的压力差(即浮力)使它往上浮。而下面的乒乓球下方没有水,所以下表面不受水向上的压力,而上表面由于受到水向下的压力而使乒乓球被压在了瓶口。

7 点火爆炸实验

在“机械能与内能的相互转化”中,有一个点火爆炸的实验,这个实验的观赏性和震撼性都比较强。实验可如下操作:取一个矿泉水瓶,在它的侧壁(靠近底部的位置)开一个孔,孔的大小需能让点火枪的头塞入。用滴管向瓶内滴几滴酒精,慢慢摇晃瓶子,使瓶内酒精尽可能多润湿瓶子内壁。盖上瓶盖(不要顺时针拧,否则盖子很难飞出去,只需轻轻盖在瓶上就可以),把点火枪的头塞入孔中,按下点火开关。这时,可看到瓶盖飞了出去。其原理是:点火枪产生的火花使瓶内的酒精气体迅速燃烧产生高温高压的气体,这些气体冲击瓶盖,把自身的内能转化为瓶盖的机械能,于是瓶盖冲了出去。

以上是笔者利用矿泉水瓶巧妙设计的物理实验。激发了学生物理学习的兴趣，帮助学生深刻理解了物理概念、原理，促进了学生物理思维的发展，提高了学生物理学习能力。