甘肅省康縣碾壩鎮(zhèn)初級(jí)中學(xué) 周 揚(yáng)

小實(shí)驗(yàn)、小制作是課外活動(dòng)的重要內(nèi)容和方式。它與課堂教學(xué)相伴而行，各有側(cè)重，共同組成一個(gè)有機(jī)的教學(xué)整體。在人教版《物理》教材中有多處提到易拉罐，利用易拉罐進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，讓學(xué)生歸納現(xiàn)象中蘊(yùn)含的物理知識(shí)。筆者根據(jù)自身的教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)了部分課堂教學(xué)中可以利用易拉罐開(kāi)展的物理小實(shí)驗(yàn)，簡(jiǎn)要介紹如下。

一、探究霜和露的形成原因

霜和露是生活中常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，我們可以利用易拉罐進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，揭示霜和露的形成原因。易拉罐中放入冰塊和食鹽并攪拌，一段時(shí)間后，用溫度計(jì)測(cè)量混合物的溫度，顯示溫度低于0 ℃。同時(shí)，有白色的霜出現(xiàn)在易拉罐的下部和底部，在易拉罐的中部還有露水生成（如圖1）。

圖1

往冰中摻入雜質(zhì)（如食鹽），可以降低冰的熔點(diǎn)。冰熔化會(huì)吸熱，使得易拉罐中混合物的溫度低于0 ℃。同時(shí)，空氣中的水蒸氣遇冷直接凝華成冰，附著在易拉罐的下部和底部，即形成了霜。如果在9 月份做此實(shí)驗(yàn)，還能觀察到易拉罐的中部有許多露水出現(xiàn)，這是因?yàn)榭諝庵械乃魵庥隼湟夯尚∷椋街诹艘桌奚稀?/p>

二、探究小孔成像的特點(diǎn)

教材中雖然介紹了小孔成像的原理是光的直線傳播，但學(xué)生對(duì)小孔所成像的性質(zhì)一無(wú)所知，更不知道像的大小與哪些因素有關(guān)，以及是什么樣的關(guān)系。我們可以利用易拉罐自制實(shí)驗(yàn)裝置，來(lái)探究小孔成像的特點(diǎn)。

（一）制作小孔成像裝置

用鋼釘在易拉罐的底部中央打一個(gè)小孔，用鉗子將易拉罐有拉環(huán)的頂部金屬拔除掏空（簡(jiǎn)稱(chēng)開(kāi)口端）。把半透明膜用橡皮筋固定在開(kāi)口端，制成小孔成像演示儀。將小孔對(duì)著燭焰，可以看到燭焰在半透明膜上呈現(xiàn)的像（如圖2）。仔細(xì)觀察小孔成像的特點(diǎn)。從燭焰的不同位置發(fā)出的光穿過(guò)小孔后是怎樣傳播的？

圖2

（二）探究小孔成像的特點(diǎn)

物體成像的特點(diǎn)，包括像的倒正、大小、虛實(shí)。如果像能成在光屏上，說(shuō)明成的像是實(shí)像；如果像不能成在光屏上，說(shuō)明成的像是虛像。圖2 中的半透明膜相當(dāng)于光屏，由于燭焰通過(guò)小孔成的像能呈現(xiàn)在半透明膜上，且像是倒立的，說(shuō)明小孔成的像是倒立的實(shí)像。探究小孔成像的特點(diǎn)時(shí)，還可動(dòng)態(tài)探究像的大小與物距和像距的關(guān)系，以及小孔大小和形狀對(duì)像的影響。

1.探究像的大小

保持半透明膜與小孔的距離（簡(jiǎn)稱(chēng)像距）不變，改變蠟燭到小孔的距離（簡(jiǎn)稱(chēng)物距），發(fā)現(xiàn)：當(dāng)物距變小時(shí)，燭焰的像變大了；當(dāng)物距變大時(shí)，燭焰的像變小了。把兩個(gè)大小不同的易拉罐套在一起，保持物距不變，拉伸里面的小易拉罐，改變像距大小，發(fā)現(xiàn)：當(dāng)像距變小時(shí)，燭焰的像變?。划?dāng)像距變大時(shí)，燭焰的像變大。以上兩次探究實(shí)驗(yàn)表明：小孔成像的大小不僅與物距有關(guān)，還和像距有關(guān)；小孔所成的像可能是放大的，也可能是縮小的，還可能是等大的；無(wú)論怎么改變物距和像距，物體通過(guò)小孔所成的像始終是倒立的。

2.探究小孔大小對(duì)像的影響

保持物距和像距不變，改變小孔直徑大小，發(fā)現(xiàn)小孔越大時(shí)，像越不清晰。如果小孔直徑太大，原來(lái)的像變?yōu)橐粋€(gè)光斑，物體不能成像。這說(shuō)明在進(jìn)行小孔成像實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓小孔直徑小些是取得成功的關(guān)鍵。

3.探究小孔形狀對(duì)像的影響

將小孔分別做成圓形、三角形、長(zhǎng)方形，發(fā)現(xiàn)當(dāng)物距和像距一定時(shí)，小孔所成的像的特點(diǎn)保持不變，說(shuō)明小孔成像特點(diǎn)與孔的形狀無(wú)關(guān)。

三、探究大氣壓的存在

用酒精燈加熱裝有少量水的易拉罐（如圖3），可證實(shí)大氣壓是真實(shí)存在的。實(shí)驗(yàn)操作步驟為：易拉罐被加熱后，罐口出現(xiàn)白霧，此時(shí)撤走酒精燈；用橡皮泥封堵罐口，一段時(shí)間后觀察到易拉罐變癟了。易拉罐形狀發(fā)生改變說(shuō)明易拉罐受到了力的作用，而罐內(nèi)外都只有空氣，說(shuō)明空氣對(duì)易拉罐產(chǎn)生了力的作用，進(jìn)而證明大氣壓是真實(shí)存在的，以及罐內(nèi)氣壓與溫度的關(guān)系為：溫度降低，氣壓減小。

圖3

四、探究浮力大小

浮力是初中物理中的一個(gè)重要概念，也是力學(xué)部分最難學(xué)的知識(shí)。為了降低學(xué)習(xí)難度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，師生可借助易拉罐進(jìn)行浮力小實(shí)驗(yàn)，從而更好地理解浮力的概念，學(xué)會(huì)浮力大小的計(jì)算方法。

（一）體驗(yàn)浮力的存在及變化

把空易拉罐按入裝有水的桶中，手感受到一個(gè)向上的推力。易拉罐進(jìn)入水的體積越大，手受到的推力越大。該實(shí)驗(yàn)不僅證明水對(duì)易拉罐有浮力，還證明物體排開(kāi)液體的體積越大，浮力越大。

（二）探究物體的浮與沉

用剪刀將易拉罐從中間截成大小相等的兩部分。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，最終漂浮在水面上；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，最終沉入水底。由此得出：當(dāng)F?。綠物時(shí)，物體上浮；當(dāng)F?。糋物時(shí)，物體下沉。

（三）探究物體的漂浮條件

在易拉罐底部放入小螺母、小鐵釘，再裝入適量細(xì)沙，利用此裝置探究物體的漂浮條件。先用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出空氣中易拉罐及其中物體的總重力，再將其掛在彈簧測(cè)力計(jì)下放入水中。若易拉罐處于漂浮狀態(tài)時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變?yōu)?，則實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：當(dāng)物體漂浮時(shí)，F(xiàn)浮=G物。

五、探究能量的相互轉(zhuǎn)化

在易拉罐的蓋和底部中央對(duì)開(kāi)兩個(gè)小孔。用細(xì)繩將小鐵塊捆綁在橡皮筋上，并穿過(guò)小孔放入罐中，用竹簽將橡皮筋兩端固定在蓋和底部中央的兩個(gè)小孔上，小小易拉罐就變成了能量轉(zhuǎn)化演示器（如圖4）。讓易拉罐從斜面頂端自由滾下，觀察有什么出人意料的現(xiàn)象。

圖4

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)易拉罐先從斜面頂端滾下，在水平方向運(yùn)動(dòng)一段距離后停下，然后又原路返回，重新回到斜面的頂端！細(xì)心的學(xué)生還觀察到，易拉罐從頂端運(yùn)動(dòng)到停止線時(shí)，橡皮筋由松變緊；易拉罐從停止線運(yùn)動(dòng)到頂端時(shí)，橡皮筋由緊變松。

易拉罐從最高處滾到最低處，主要是重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能；易拉罐從最低處滾回到最高處，主要是彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能。此實(shí)驗(yàn)說(shuō)明動(dòng)能與勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。

正如我國(guó)著名物理教育家、蘇州大學(xué)朱正元教授所說(shuō)：“壇壇罐罐當(dāng)儀器，拼拼湊湊做實(shí)驗(yàn)?！崩靡桌蘅梢赃M(jìn)行多個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)效果明顯，具有良好的推廣價(jià)值。一般來(lái)說(shuō)，自制實(shí)驗(yàn)器材有四個(gè)方面的作用：

（1）用替代的方法解決儀器短缺的困難。

（2）對(duì)原有的儀器進(jìn)行改進(jìn)或設(shè)計(jì)出新的儀器，能夠解決教材實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的困難。

（3）提供足夠的儀器，有助于運(yùn)用探究式方法進(jìn)行教學(xué)。

（4）通過(guò)小實(shí)驗(yàn)、小制作，同學(xué)們的個(gè)性得到培養(yǎng)，特長(zhǎng)得到發(fā)展，開(kāi)拓精神、創(chuàng)造才能、動(dòng)手能力、理論聯(lián)系實(shí)際的能力、想象能力都得到提高。