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第1章 物理小实验(1)

物理知识来源于实践,特别是来源于实验的实践,所以物理是一门以实验为基础的学科。它以概念、原理和规律揭示了自然界基本运动形式的许多真理,并且,它的知识和思想成为人类文化的一部分,这就是说物理学本身就是科学知识、科学过程和科学文化的统一,所以有相当一部分概念是极其抽象的,实验就可把这些抽象的概念具体化、直观化。

因此,在学习物理的过程中,实验是正确深刻地理解知识的重要方法。除了在学校里按照教材要求做到实验外,同学们还应该利用已经学到的实验技能,尽可能多地做实验,提高动手能力,也许在做实验的同时还能提出建设性的意见和方法,做出某种发明呢!

这一部分的物理小实验主要包括探索物质组成的小实验,如分解太阳光、氧气有多少等等;介绍物理学科知识难点的小实验,如吹气球、手表显影等;部分常见器具原理分析的小实验,如喷雾器、反作用力等;以及其他一些有趣的物理现象小实验。

分解太阳光

太阳光是白色的吗?当然不是,那么它是由什么光组成的呢?做完下面的实验你就知道了。

实验材料和用具:平面镜、水盆

实验步骤:

1.将一只平面镜,放在盛有水的水盆中。

2.将水盆放在太阳光能照射到的地方。平面镜就会将太阳光反射出来,让射出的太阳光照射到白墙上,你会看到墙上有一条七色彩带,漂亮极了,这就是太阳光的颜色。

这个实验说明:白光是由许多不同颜色、不同波长的光构成的。水在这里相当于一个棱镜,不同波长的光,在水中的折射率不同,所以白光从水中射出来的时候,就被分解成各种颜色的光了。

跳跃的硬币

实验材料和用具:两支铅笔,一把直尺,一枚一角硬币

实验步骤:用两支长铅笔平行放置,再把一直尺架在铅笔上搭成一个架子,把一枚硬币放在架子前,从硬币上方吹气,你会看到硬币能够跳过架子。

其实,是由于气体压强和流速才使得硬币飞过架子的。可以多做几次,摸索出使硬币能成功飞过架子且飞得越高越远应怎样吹气。

声波悬浮小球

声音不只能听到,也是具有力量的,能够让小球浮起来。怎么,你不相信?现在就教你用塑料薄膜、饮料瓶等材料,自制这个简易实验装置,看看有趣的声悬浮小实验。

实验材料和用具:饮料瓶、塑料薄膜、胶带

实验步骤:

1.装置实验制作:取一个饮料瓶,对半截开,取上半节,在瓶盖中心钻一个直径约4毫米的小圆孔,盖在瓶口上旋紧。取一张塑料薄膜包住半节瓶的另一端,用橡筋箍紧。再取一张较厚的透明塑料纸,卷成一个内径约9毫米、长约240毫米的塑料管,在接头处用胶带粘牢,防止松散;把塑料管的一端剪成“十”字开口,将剪开的部分向外弯折,然后将这端与瓶盖的小孔相对,用胶带粘牢。再取一块泡沫塑料,用剪刀剪成一个直径比塑料管内径略小的小球,放在塑料管里,实验装置就完成了。

2.左手握住半节瓶的瓶脖处,让塑料管向上。

3.用右手食指连续快击瓶下端的塑料薄膜,小球就在塑料管里悬浮起来。

原来,手击薄膜所产生的声波引起了瓶内空气的振动,这个振动作用在小球上,就使小球不停地浮起。怎么样?信了吧!

飞行的塑料袋

实验材料和用具:1个轻便的塑料袋和1个吹风机

实验步骤:

1.打开塑料袋,倒置。将吹风机伸入塑料袋,并打开热气开关。

2.几秒钟后,关闭吹风机并拿开。

3.松开手,塑料袋会飘起来。

之所以会出现这种现象,是因为热能使物体飞起来,因为热气轻,向上升,使塑料袋也向上升。当空气受热并且上升时,热气便通过“对流”向上运动。从取暖器散发的热温暖整个房间,也是借助于“对流”。

空气也有重量

实验材料和用具:一根长约1米的细竹片、小钻、细线

实验步骤:

1.在竹片的两端和中间各钻一个小孔,用一条细线穿过中间的小孔,把这个竹片悬挂起来。

2.在竹片一端的小孔上吊一个气球,另一端吊一个小纸盒,在小纸盒内放入少许沙或米粒,直到竹片平衡,如图所示。

现在使气球放气。你会看见,因为气球放了气,小纸盒往下坠了。

这个实验证明空气是有重量的。在标准状态下,1升空气的重量是1.29克(即长、宽、高都是10厘米的容积里,空气的重量是1.29克)。

平衡针

实验材料和用具:长毛衣针、软木塞

实验步骤:

1.把一根长毛衣针从软木塞的中心穿过,切去穿出段的一部分,在针的另一端插上一个泡沫球。

2.再另外取两根毛衣针,每根针的一端穿上两个橡胶瓶塞,另一端斜插入上述软木塞的两侧,如图所示。

3.注意伸出软木塞的一端不宜太长。

4.将此端放在任何一个凸出点上,该系统都将对支撑点保持平衡。

注意:如果向上移动橡胶瓶塞,将使系统失去初始状态的稳定性。若将橡胶瓶塞下移,特别是使系统的重心低于系统的支撑点的位置,则会显著增强系统的稳定性。这也是赛车的底盘尽可能安装得越低越好的原因。只有这样,赛车在急转弯时才会紧贴地面而不至翻倒。

氧气有多少

实验材料和用具:广口瓶、盘子、蜡烛

实验步骤:准备一只广口瓶,一只较深的盘子,一小段蜡烛。在盘中装满水后,把蜡烛放在一块小木板上,点燃后,让它漂在水面上,然后把空瓶倒扣在烧着的蜡烛上。

过了一会儿,蜡烛就熄灭了,这时候瓶里的水面比盘里的水面高了。而高出来的那部分水的体积大致就是被消耗掉的氧气的体积,约占瓶内空气体积的1/5。

瓶内的氧气帮助蜡烛燃烧,于是在瓶内形成了部分低压状态,而瓶外的气压没有变,水就被压进瓶内。压入的水的体积,大致等于被消耗的氧气的体积。

沙袋阻挡枪弹的原理

实验材料和用具:一根直径约1.5厘米、长30厘米的玻璃管或金属管,一根可以插入管子的略为长一些的实心棒

实验步骤:再拿一张包书纸叠成几层,包住管子的一端,并用橡皮筋捆紧。然后把盐倒入管子里约8厘米高。好了,你一手拿住管子,另一手拿住实心棒,用力戳管子里的盐。任凭你用多大的力气也不能把纸盖戳穿。

秘密在哪里呢?因为实心棒戳向盐的力传到许多盐颗粒上,转变成沿各个方向传递的许多分力,真正作用到纸盖上的力就减小了。

沙袋能有效地阻挡子弹,道理就在这里。

金属片弯腰

实验材料和用具:薄铁片、薄铝片、铆钉

实验步骤:

1.把长度相等的薄铁片和薄铝片叠在一起,两头用铆钉钉住,成为一个“双金属片”。

2.用钳夹住“双金属片”的一端,在蜡烛上加热它的中间部分,不一会儿,两片金属从中间拱起,从侧面看呈现弯曲的月牙形。

这是因为在同样条件下,不同固体膨胀的程度不同,铝受热膨胀得比铁快,膨胀的程度也比铁大,但由于它们两头被固定住了,铝片只能从中间拱起。

人们利用“双金属片”在温度改变时会改变本身形状的原理,制成了许多自动化的装置和仪表。例如金属温度计,能自动记录温度的变化;又例如温度调节器,能自动保持室内恒定的温度等。

吹气大力士

如果有人对你说,他可以凭吹气使你升起来,你不要匆忙否定。做完下面的实验后,你就会相信这是可能的。

实验材料和用具:篮球胆或医用点滴袋、橡皮管

实验步骤:

1.在一只没有充气的篮球胆或医用点滴袋上堆几本很厚的书。

2.在橡皮管的一端插入一小段玻璃管,以便吹气。

3.一面扶住书本,一面开始吹气,如图所示。不用花费多大力气,就可以使这一叠书升起来。

原因在哪里呢?尽管你吹气时产生的压力不大,但是篮球胆的面积比管子截面大许多倍,每一块与管子截面相同的面积上,都产生相同的压力,这样,整个篮球胆的总压力就很大了,足以提升起比较重的物体。

绳取冰块

在一杯矿泉水里有一些冰块,你能把用一根细绳把冰块取出杯子吗?其实很简单,动手试一试。

实验材料和用具:盐和一根细绳

实验步骤:

1.将绳子放在冰上,沿着绳子撒一些盐,尽量使盐紧贴着绳子。

2.在水中也加一些盐。

3.静待观察,你会看到冰上有盐的地方,逐渐地出现了一个小沟,这时把绳子放入小沟。

4.再继续观察,等看到绳子被封到了冰块里,而且又冻结实了,就可以用绳子把冰块从杯子里提起来了。

你看,是不是做到了。知道为什么吗?其实,一般水的凝固点是0℃,在水中加了些盐时,水的凝固点就降低了,也就是说水结冰的温度要低于0℃才行。而在冰块上洒了盐以后,冰块自身不能再降低自己的温度了,于是开始溶化,在冰上有盐的地方,水就溶得比别处快,逐渐地形成一个小沟,就是放绳子的小沟。随着冰块的溶化,盐水的浓度也越来越淡,于是水的凝固点又开始上升,重又结冰。结果,绳子被冻在冰块里。根据不同物质的溶液的凝固点不同,盐水的凝固点低于白水,我们还可以做把一些小东西镶入冰块内的实验。

跳进跳出的小球

实验材料和用具:玻璃杯、乒乓球

实验步骤:口对口地平拿着两个玻璃杯,两个杯子的距离不能太大。在一个玻璃杯里,放一只乒乓球,用嘴往这两个玻璃杯的中间用力吹气,你会发现,吹一下,球就会从原来的玻璃杯里跳到另一个杯里,再吹一下,球又跳回原来的玻璃杯中,不断地用力吹气,球就会在两个玻璃杯里不断地跳来跳去。

这是因为气体的流速越快,它侧面的压力越小,乒乓球就是被你吹出的气流“吸”得跳来跳去的。

拔水杯

在洗脸盆里盛一点水,拿一只玻璃杯倒扣在水里,杯内杯外的水面分不出高低,都一样平。现在,做两个小实验,就可以使杯内的水面拔高一截。

实验步骤:

1.拿一块沾过热水的毛巾,裹在玻璃杯上,过一会儿,就会看到有气泡溢出水面,等气泡不再外溢,把热毛巾拿走。过一会儿,杯内的水面就会上升,也就是被拔高了。

2.还有一个办法,用瓶子夹着一小团棉花,沾一点酒精,把酒精点燃,用另一只手倒拿玻璃杯,用点燃的棉球,烘一烘杯内的空气,再迅速地把杯子倒扣在清水里,杯内的水面也会拔高。

这是什么道理?

这两种办法都是先把玻璃杯内的空气加热,使杯内空气膨胀密度变小。这时杯子扣在水中,等到杯子冷却以后,杯内空气的温度降低,杯内空气的压强减小,在杯外大气压强的作用下,杯内的水就要升高。

辐射实验

实验材料和用具:茶杯、黑纸套、水、阳光

实验步骤:找两只完全相同的茶杯来,一只茶杯外面套上黑纸套,另一只外面套上白纸套。两只杯子里盛满温度相同的冷水,放在太阳光下晒一两个小时,哪只杯里的水先热?

把杯里的水倒掉,等杯子的温度相同以后,往杯子里倒满温度相同的热水,放在通风条件相同的地方,哪只杯里的水先凉?

我们知道,杯内的水是通过传导、对流和辐射三种方式和外界交换热量的。这两只杯子热的传导和对流不受颜色的影响,完全相同,只有辐射受颜色深浅的影响,套黑纸的杯子吸收太阳辐射的本领强,杯里的水先热。黑杯子吸收热辐射的本领强,向外辐射热的本领也一样强,所以当杯里装热水的时候,热水也先凉。

强大的引力

实验材料和用具:棉线、乒乓球、尺子、胶布

实验步骤:用一根棉线把两个乒乓球连在一起。最简单的方法是拿一节胶布,把棉线的两头粘在一把尺子上,两个球之间的距离大约3厘米。

拿住尺子,请一个人用一根饮料管在几厘米外吹气,气流从两个球之间通过。

你以为这两个球将被分开——恰恰相反!像先做的小实验一样:向两个球之间的气流减弱了球与球之间空气的压力,而两个球外侧的空气压力是正常的,所以两只球被推动靠近。

另一个试验也可以证实这个原理:用报纸撕两根纸条,一只手拿一根,向它们中间吹气,无论你怎么使劲吹,两条纸片都将会贴近在一起。

抗地心引力

我们知道,如果物体得不到某种支撑,就会因受地心引力的作用而坠落地上。可是,这里有一个简单的实验,可以使你明显地感到物体抗地心引力的现象。

实验材料和用具:一只吸管和一些水

实验步骤:把吸管完全浸在水里使它充满水,然后把吸管从水里拿出来,吸管里的水立即就会漏出来。可是,如果现在改变一下做法,先把手指放在吸管顶端堵住它(如图所示),再把吸管从水里拿出来,水就不会漏出来了。这就是物体抗地心引力的现象——什么支撑着水使它不流出来呢?

问题的答案是空气的压力,它支撑着水柱,阻止它落下去,因为在下面的空气的压力比吸管上面的空气压力大。当你把手指移开,吸管两端空气压力相等,地心引力发生作用,水就又会坠落下去。

不怕“电刑”的青蛙

实验材料和用具:青蛙、金属笼、绝缘支架、静电起电机

实验步骤:

1.把一只金属笼放在绝缘支架上,里面放进一只青蛙,然后把静电起电机的一极接在金属笼上,另一极连接一个带绝缘柄的金属球。

2.起电机开动之后,金属笼和金属球之间就产生了高电压;当金属球挨近时,两者之间就会迸发出绚丽的火花。当金属球沿笼面移动时,到处都有火花出现。可是,笼里的青蛙,尽管极度惊骇,却平安无事。

这是为什么呢?

原来,封闭的金属容器上的电荷分布达到平衡后,电荷总是分布在容器的外表面。这种现象叫做静电屏蔽。编得较密的金属笼也有此效应,所以青蛙无危险。

浮在水上的针

实验材料和用具:一碗水、针、叉子、液体清洁剂

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