信手拈尺当器材 匠心独具做实验

刘小兰

(江苏省扬州中学,江苏 扬州 225000)

扬州市高中物理实验技能大赛中有两个实验给老师们留下了深刻的印象：(1) 测量室温。器材为：装有冰水混合物的杯子、细玻璃管、橡皮泥和刻度尺等；(2) 测量水的折射率。器材为：水杯、硬币和刻度尺等。两者都是利用生活中常见的物品，要求参赛者巧妙设计实验，演示实验现象，揭示物理规律。这两个实验的共同点都是要借助刻度尺，完成实验数据的测量，然后运用物理原理，得出实验结果。这两个实验并不是高中课标中规定的学生必做实验，却是我们在平时教学中可以开发的实验，不仅能培养教师的创新设计能力，还能增强学生利用身边随手可得的物品进行实验的意识，激发学生对物理学习的兴趣，提高他们的科学探究能力。通过参加这次实验技能比赛，笔者受到极大启发，开展了物理实验生活化的研究。本文借助刻度尺这一信手拈来的身边物品，通过巧妙的实验设计，完成物理创新实验。

1 力学实验

1.1 测量人的反应时间

图1

1.2 测量平抛运动的初速度

1.3 探究弹簧弹力与伸长量的关系

如图2所示，将弹簧的一端挂在铁架台的横杆上，保持弹簧竖直，调整刻度尺的位置，使弹簧下的指针位于刻度尺零点位置，在弹簧的下端挂钩码，当弹簧稳定后，弹簧所受弹力与钩码所受重力大小相等，随着钩码个数的增加，弹簧伸长量也相应增加，分别在弹簧下端挂1、2、3、4、5个相同的钩码，用刻度尺记录指针在刻度尺上所处的位置，即弹簧伸长量x1、x2、x3、x4、x5，以弹力为纵坐标、弹簧的伸长量为横坐标，建立直角坐标系，画出弹簧弹力与伸长量的图像，可得出结论：弹簧弹力与伸长量成正比。

图2

1.4 探究合力与分力大小的关系

在探究合力与分力大小的关系时，当分力大小一定、分力间夹角增大时，合力减小，因此合力可以大于、等于、小于分力。这个结论可以用计算法、画图法得到，也可用刻度尺来演示。实验器材为：两把长为20cm钢尺(代表20N的力)、两把长为15cm钢尺(代表15N的力)、一把长为40cm的刻度尺(代表40N的力)。如图3所示，分别利用4个夹子将4把尺组装成一个平行四边形，长刻度尺的零点位置固定在平行四边形的底端，并保持长刻度尺始终通过平行四边形的对角线，那么，平行四边形顶点在刻度尺上的位置即对应于合力大小。通过增大20cm钢尺和15cm钢尺间的夹角，即增大两分力的夹角(图4)，发现对角线上长度变小，即合力在减小。在增大两分力夹角的过程中，很容易得出合力可大于、等于、小于分力的结论。

图3

图4

2 声学实验

2.1 声音是由物体振动产生的

将钢尺的一端紧压在桌面上，拨动伸出桌面的一端会听到声音，这说明声音是物体的振动产生的。

2.2 听觉范围

将钢尺平放在桌面上，钢尺一端伸出桌面，用手拨动钢尺，当伸出桌面过长时，钢尺振动很慢，听不到声音，此时的振动频率过低，超出了人的听觉范围。

3 电磁学实验

3.1 静电感应

如图5所示，把钢尺平放在矿泉水的乒乓球上，用丝绸摩擦过的有机玻璃棒(带正电)靠近不带电的钢尺，钢尺被吸引过来。这个实验很好地解释了静电感应现象：当带正电的有机玻璃棒与不带电的钢尺相互靠近时，由于电荷间的相互作用，会使钢尺内部的电荷重新分布，钢尺中的负电荷会被吸引到靠近有机玻璃棒的一端，钢尺中的正电荷会被排斥到远离有机玻璃棒的另一端。

图5

3.2 金属的导电性

如图6所示，把钢尺、小灯泡、一节干电池、导线串联在电路中，接通电路，发现小灯泡发光了，说明钢尺容易导电，是导体。

图6

3.3 简易指南针

如图7所示，拿一块强磁铁，用它的一个磁极在钢尺上沿着同一方向摩擦几次，此时钢尺被强磁铁磁化，然后将磁化的钢尺平放在矿泉水瓶口的乒乓球上，轻轻推动钢尺，静止时磁化的钢尺总有一端指南，另一端指北。

图7

图8

3.4 磁极间的相互作用

如图8所示，用另一根磁化后的钢尺的一端，分别去靠近兵乓球上被磁化的钢尺两端，可以体验到异名磁极相互吸引、同名磁极相互排斥，说明磁体之间的相互作用是通过磁场发生的。

4 光学实验

4.1 测定水的折射率

图9

图10

4.2 演示光的全反射

将钢尺沿其对称轴用双面胶带贴去一半,保留双面胶带上的纸，把它放在火上烧，直到双面胶带上的纸烧为灰烬，可看到黑白分明的钢尺(图11)。如图12所示，将钢尺斜插入装有水的烧杯中，从上面看到原来熏黑的部分很明亮，像镀了一层银，学生觉得很神奇。当将钢尺从水中取出时，发现熏黑的钢尺没有任何变化。这是因为熏黑部分附着的空气与水之间形成了一层空气膜，光从水中入射到空气中时会发生全反射。

图11

图12

5 结语

在高中物理教学中，教师要善于利用身边物品做实验器材，巧妙设计实验方案，创造性地完成实验，践行“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念，提升学生解决问题的能力。