易拉罐在实验教学中的妙用

甘肃省康县碾坝镇初级中学 周 扬

小实验、小制作是课外活动的重要内容和方式。它与课堂教学相伴而行，各有侧重，共同组成一个有机的教学整体。在人教版《物理》教材中有多处提到易拉罐，利用易拉罐进行演示实验，呈现实验现象，让学生归纳现象中蕴含的物理知识。笔者根据自身的教学实践，总结了部分课堂教学中可以利用易拉罐开展的物理小实验，简要介绍如下。

一、探究霜和露的形成原因

霜和露是生活中常见的自然现象，我们可以利用易拉罐进行实验，揭示霜和露的形成原因。易拉罐中放入冰块和食盐并搅拌，一段时间后，用温度计测量混合物的温度，显示温度低于0 ℃。同时，有白色的霜出现在易拉罐的下部和底部，在易拉罐的中部还有露水生成（如图1）。

图1

往冰中掺入杂质（如食盐），可以降低冰的熔点。冰熔化会吸热，使得易拉罐中混合物的温度低于0 ℃。同时，空气中的水蒸气遇冷直接凝华成冰，附着在易拉罐的下部和底部，即形成了霜。如果在9 月份做此实验，还能观察到易拉罐的中部有许多露水出现，这是因为空气中的水蒸气遇冷液化成小水珠，附着在了易拉罐上。

二、探究小孔成像的特点

教材中虽然介绍了小孔成像的原理是光的直线传播，但学生对小孔所成像的性质一无所知，更不知道像的大小与哪些因素有关，以及是什么样的关系。我们可以利用易拉罐自制实验装置，来探究小孔成像的特点。

（一）制作小孔成像装置

用钢钉在易拉罐的底部中央打一个小孔，用钳子将易拉罐有拉环的顶部金属拔除掏空（简称开口端）。把半透明膜用橡皮筋固定在开口端，制成小孔成像演示仪。将小孔对着烛焰，可以看到烛焰在半透明膜上呈现的像（如图2）。仔细观察小孔成像的特点。从烛焰的不同位置发出的光穿过小孔后是怎样传播的？

图2

（二）探究小孔成像的特点

物体成像的特点，包括像的倒正、大小、虚实。如果像能成在光屏上，说明成的像是实像；如果像不能成在光屏上，说明成的像是虚像。图2 中的半透明膜相当于光屏，由于烛焰通过小孔成的像能呈现在半透明膜上，且像是倒立的，说明小孔成的像是倒立的实像。探究小孔成像的特点时，还可动态探究像的大小与物距和像距的关系，以及小孔大小和形状对像的影响。

1.探究像的大小

保持半透明膜与小孔的距离（简称像距）不变，改变蜡烛到小孔的距离（简称物距），发现：当物距变小时，烛焰的像变大了；当物距变大时，烛焰的像变小了。把两个大小不同的易拉罐套在一起，保持物距不变，拉伸里面的小易拉罐，改变像距大小，发现：当像距变小时，烛焰的像变小；当像距变大时，烛焰的像变大。以上两次探究实验表明：小孔成像的大小不仅与物距有关，还和像距有关；小孔所成的像可能是放大的，也可能是缩小的，还可能是等大的；无论怎么改变物距和像距，物体通过小孔所成的像始终是倒立的。

2.探究小孔大小对像的影响

保持物距和像距不变，改变小孔直径大小，发现小孔越大时，像越不清晰。如果小孔直径太大，原来的像变为一个光斑，物体不能成像。这说明在进行小孔成像实验时，让小孔直径小些是取得成功的关键。

3.探究小孔形状对像的影响

将小孔分别做成圆形、三角形、长方形，发现当物距和像距一定时，小孔所成的像的特点保持不变，说明小孔成像特点与孔的形状无关。

三、探究大气压的存在

用酒精灯加热装有少量水的易拉罐（如图3），可证实大气压是真实存在的。实验操作步骤为：易拉罐被加热后，罐口出现白雾，此时撤走酒精灯；用橡皮泥封堵罐口，一段时间后观察到易拉罐变瘪了。易拉罐形状发生改变说明易拉罐受到了力的作用，而罐内外都只有空气，说明空气对易拉罐产生了力的作用，进而证明大气压是真实存在的，以及罐内气压与温度的关系为：温度降低，气压减小。

图3

四、探究浮力大小

浮力是初中物理中的一个重要概念，也是力学部分最难学的知识。为了降低学习难度，激发学生学习兴趣，师生可借助易拉罐进行浮力小实验，从而更好地理解浮力的概念，学会浮力大小的计算方法。

（一）体验浮力的存在及变化

把空易拉罐按入装有水的桶中，手感受到一个向上的推力。易拉罐进入水的体积越大，手受到的推力越大。该实验不仅证明水对易拉罐有浮力，还证明物体排开液体的体积越大，浮力越大。

（二）探究物体的浮与沉

用剪刀将易拉罐从中间截成大小相等的两部分。把易拉罐下半部分底朝下用手按入水中，松手后由于易拉罐所受的重力小于浮力，易拉罐上浮，最终漂浮在水面上；把易拉罐上半部分正立放入水中，由于易拉罐所受的重力大于浮力，易拉罐下沉，最终沉入水底。由此得出：当F浮＞G物时，物体上浮；当F浮＜G物时，物体下沉。

（三）探究物体的漂浮条件

在易拉罐底部放入小螺母、小铁钉，再装入适量细沙，利用此装置探究物体的漂浮条件。先用弹簧测力计测出空气中易拉罐及其中物体的总重力，再将其挂在弹簧测力计下放入水中。若易拉罐处于漂浮状态时，弹簧测力计的示数变为0，则实验结论是：当物体漂浮时，F浮=G物。

五、探究能量的相互转化

在易拉罐的盖和底部中央对开两个小孔。用细绳将小铁块捆绑在橡皮筋上，并穿过小孔放入罐中，用竹签将橡皮筋两端固定在盖和底部中央的两个小孔上，小小易拉罐就变成了能量转化演示器（如图4）。让易拉罐从斜面顶端自由滚下，观察有什么出人意料的现象。

图4

在实验过程中，发现易拉罐先从斜面顶端滚下，在水平方向运动一段距离后停下，然后又原路返回，重新回到斜面的顶端！细心的学生还观察到，易拉罐从顶端运动到停止线时，橡皮筋由松变紧；易拉罐从停止线运动到顶端时，橡皮筋由紧变松。

易拉罐从最高处滚到最低处，主要是重力势能转化为弹性势能；易拉罐从最低处滚回到最高处，主要是弹性势能转化为重力势能。此实验说明动能与势能可以相互转化。

正如我国著名物理教育家、苏州大学朱正元教授所说：“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验。”利用易拉罐可以进行多个探究实验，实验效果明显，具有良好的推广价值。一般来说，自制实验器材有四个方面的作用：

（1）用替代的方法解决仪器短缺的困难。

（2）对原有的仪器进行改进或设计出新的仪器，能够解决教材实验出现的困难。

（3）提供足够的仪器，有助于运用探究式方法进行教学。

（4）通过小实验、小制作，同学们的个性得到培养，特长得到发展，开拓精神、创造才能、动手能力、理论联系实际的能力、想象能力都得到提高。