高中物理实验教具制作
昆明pm2.5本章按照高中新教材，并结合《高中物理实验教学研究》的课程开设，选择了部分高中物理教学中的教具制作，分成力学、运动学、电学、电磁感应现象、光学、振动与波六个部分。这里有一部分教具在制作中看虽简单，但是往往有一定的难度。 §7.1 力学实验教具制作
一、物体受力时产生微小形变
【实验原理】
物体的形变总是伴随着弹性力而产生。用手压弹簧，用手拉橡皮筋，物体受力而产生的形变
显而易见，但是坚硬的物体受到力的作用呢？我们可以通过如下小制作了解到：坚硬物体受力作用时，同样会产生形变。
【制作方法】
方法一
材料：一个椭圆截面的大墨瓶、一根内径很细的长玻璃管、一个橡皮塞、一块5×15(cm2)的小三夹板、铁丝等。
这个实验成功和要点在于制作内径很细的长玻璃管。把一根普通玻璃管放在酒精喷灯上加工(详细制作技巧参看第五章“材料加工技术”)把它拉成所需要的玻璃管。在橡皮塞中央开一个小孔，孔的粗细视玻璃管的粗细而定，三夹板上贴一张画有刻度的纸，并在三夹板下端开两个小孔，用铁丝将三夹板固定在墨水瓶的瓶颈上。
把玻璃管插入橡皮塞，在墨水瓶中灌满深的水后，将橡皮塞塞紧在墨水瓶上。
【实验方法】
如图7-1所示。
图7-1
1.沿墨水瓶椭圆截面短轴方向向里挤压瓶子，细玻璃管内液柱将明显上升，如图7-1(a)所示。这是因为玻璃瓶受力变形，使瓶内体积减小的缘故。
2.沿墨水瓶椭圆截面长轴方向向里挤压瓶子，细玻璃管内液柱将会明显下降，如图7-1(b)所示。这是因为玻璃瓶受力变形，使瓶内体积增大的缘故。
(金泽平提供)
方法二
材料：一个圆锥形平底烧瓶、一根内径很细的长玻璃管、一个橡皮塞。
关于内径很细的长玻璃管的制作方法与前面相同。把玻璃管插入橡皮中，在烧瓶中装满深的水，并将橡皮塞塞紧在烧瓶瓶口上。
【实验方法】
1.用手指向上压瓶底，细玻璃管内液柱上升，这说明玻璃瓶受力产生形变，使瓶内体积减小。
2.把瓶子平放在平面桌面上，我们同样也可以看到细玻璃管内液柱上升，如图7-2所示。
这说明玻璃瓶受到桌面的支持力同前面所受的压力一样使瓶子产生了形变。
注意：为了加强效果，可以在瓶内先放上许多钢球再装满水，由于玻璃瓶的重量增加，平放在桌上时所受桌面支持力增大，玻璃瓶形变愈大，液柱上升愈明显。
二、三角支架受力分解
【实验原理】
在实际生活当中，常常需要求一个已知力的分力。但是怎样把一个已知力进行分解？在图7-3所示的三角支架受力情况分析中，我们可以根据力的作用效果分别把已知力F分解成F1和F2，那么力F的作用真的产生F1与F2那样的效果吗？
拉萨尔我们可以用三角架来研究力F所产生的效果。如图7-4所示。
OA是直木杆，OB是橡皮筋BB与细绳OB组成。直木杆OA的A端为一小孔，木杆插在孔中，孔的另一边是一块橡皮条。通过实验我们会发现两种情况下，直杆OA都会将橡皮条顶得凸起，这说明F在横杆OA上产生的效果是对横杆的压力F；两种情况下，橡皮筋BB都会被拉长，这说明F在细绳(或木杆)OB方向上产生的效果是对细绳的拉力F。
【制作方法】
材料：底座木板一块、5×30(cm2)木板一块、长20cm木棍一根、橡皮筋、橡皮条、羊眼一个、细绳等。 在5cm×30cm木板中央开一个能穿过木棍的孔，一边开口端用刀削大一点，一边开口端用橡皮条封住口。在木板上端固定一个羊眼，按图7-4所示支架钉好。
在羊眼上系一橡皮筋，橡皮筋另一端系一细绳。木棍一端开一小槽，将未开槽的一端插入槽中，然后在细绳上悬挂重物之后，把细绳放入槽中。
实验前，先测量橡皮筋的长度，实验中把悬挂重物之后橡皮筋的长度也进行测量，以便于确定橡皮筋是否被拉长(还可以研究在悬挂同一重物的情况下橡皮筋被拉的长度)。
三、液体的表面张力
bbc全景【实验原理】
由于液体表面层里分子的分布比液体内部稀疏些，所以分子间的距离比液体内部分子间的距离要大一些，分子间的相互作用主要表现为引力。正是这种引力的作用，使得液体表面有收缩到最小的趋势。液体表面的这种力叫液体表面张力。
可以用多种方法来证明这种液体表面的张力。
【制作方法】
方法一
一块平整的木板，在四角上各钻一个小孔，用细线把木板悬挂起来。先用弹簧秤出木板的重量，再把木板放在静止的水面上，还是用弹簧秤慢慢上提称木板的重量，如图7-5。当木板还未离开水面时，弹簧秤的读数就会超过原来的读数，一旦木板脱离水面，弹簧秤的读数又会大大减小，这多余的部分，主要是由于液体表面张力的缘故。事件驱动理论
注意：把木板从水面向上提时，一定要使整个木板平面与水平面平行。
方法二
先把铁丝弯成弹弓状，再用漆包线一边绕一个圆环套在平行的两根铁丝上，两环可以在铁丝上滑动。漆包线中央系一根细线，以备手拉时用。
再配肥皂液。用洗涤剂与水按1：1的比例配制好，然后装在一个大浅盘内。把整个弹弓浸入肥皂液后拿起，柄在上，开口向下，用手拉线。如图7-6(a)所示，会在弹弓与漆包线之
间拉出一张平面的肥皂膜。猛地放开手，整个肥皂膜收缩，将拉着漆包线向上运动。这正是液体表面张力在做功！
另外，还可以用圆环甩出许多大大小小的肥皂泡，如图7-6(b)所示。
方法三
材料：细铁丝一根，带有软木塞的小药瓶一个、大玻璃杯一个、砂子。
用细铁丝焊一个圆环，环的直径比药瓶直径大(2～3)倍。在环上三等分处各焊一根细铁丝做支架，下端插入软木塞中，使环面与药瓶口平行。将沙子装入药瓶内，塞紧木塞，再把整个装置放在水面上，看能否漂浮。若装置不能漂浮时，必须减少砂子，直至如图7-7所示。
实验时，先把装置放在水面上，说明物体是应该能浮在水面上的，再用手把整个圆环按入水中，放开手，整个装置上升至圆环表面刚好与水面接触时，再也无法浮出水面。这说明正是液体表面张力阻碍着圆环向上运动，使整个装置无法浮出水面。
四、超重与失重现象
【实验原理】
假设一个人站在升降机的磅秤上，升降机以匀加速竖直上升和匀加速竖直下降。如图7-8所示。
为了讨论方便，设人重量是mg，匀加速运动的加速度为a，磅秤上的读数是N，且以上各字母均是纯数量，用正、负号来表示它们的方向。
设竖直向上为正方向。
第一种情况下，升降机向上匀加速运动，磅秤上的读数为
N=mg＋ma＝m(g＋a)＞mg
我们把人在这种情况下所处的状态叫“超重”现象。
第二种情况下，升降机向下匀加速运动，
质量流量计气体N=mg-ma=m(g-a)＜mg
我们把人在这种情况下所处的状态叫“失重”现象。
同样，当物体竖直向下匀减速与向上匀减速运动时，也会有超重与失重现象。分析的方法是一样的。
我们可以自制仪器，用几种方法来说明这个道理。
【制作方法】
方法一
来一支废牙膏皮，拧下盖，打开后面卷着部分，用圆木棍把它鼓起来，洗净里面的残存牙膏。
用针在牙膏皮靠近盖帽的圆筒两对边各钻一小孔，盖好盖。小孔不要过大，把牙膏皮装满水后，水刚好能射出为宜。
实验时，用一个桶接大半桶水放在牙膏皮运动的正下方。
先将牙膏皮装满水，手持牙膏皮上端不动，可以看到水从小孔里射出，见图7-9。
图7-9
迅速手持牙膏皮向上匀加速运动，可以看到小孔里喷出的水比刚才喷得更急、更远。这是因为筒内的水处于超重状态，它对牙膏皮筒壁的压力增大的结果。
再将牙膏皮装满水，手持牙膏皮筒在高处不动，可以看到水从小孔里射出。突然丢手，让牙膏皮做自由落体运动。大家可以看见原来向外喷水的牙膏皮，在向下落时，一点水也不向外喷射！这是因为水处于失重状态时，它对牙膏筒壁的压力几乎减小为零了。
(方进提供)
方法二
材料：空高橙饮料瓶一个、软弹簧一根、1号电池两节、小电珠一颗、8×20cm2三夹板一块、导线、铁皮、细线等。 用剪刀去掉饮料瓶底部与上部，留下中间透明塑料部分。
在三夹板下端固定一块铁皮作软弹簧的底座，由软弹簧引出一根导线接小电珠。剪一略大于1号电池直径的圆铜片，圆铜片中央开一直径3mm的小孔，然后把这圆铜片套在一节电池上并焊牢。把没焊铜片的电池放在软弹簧上，焊有铜片的电池放在这个电池上面并用透明塑料卷成筒状套在电池外面，将透明塑料筒固定在三夹板上。
用一块尖头金属片在酒精灯上加热后，在塑料圆筒上略高于电池铜片处烫两个小孔，用以插入金属片用，插入的金属片引一根导线接小电珠。在略低于电池的铜片处烫一孔，插一小块金属片，也将金属片引出一根导线接小电珠。最后，在三夹板上端中央钻一小孔，穿入一根约1.5m长的细线作为吊线。如图7-10。
先做超重实验：抽出上面的金属片，手持三夹板上端，此时小电珠不发光。从下向上突然
农村妇女肥大加速运动，处于超重状态的电池更加压缩弹簧，使得铜片与下金属片接触，小电珠发光。
再做失重实验：将上面的金属片插进塑料筒的孔中，手持三夹板上端，手心里握有细线(可以把线头绕在手指上)此时小电珠不发光。突然释放三夹板，三夹板向下做自由落体运动，失重的电池使得弹簧不再被压缩，铜片与上端金属片接触，小电珠发光。
(李永提供)
§7.2 运动学实验教具制作
一、运动学计时器
【实验原理】
在“直线运动”这一章里，我们将研究匀加速直线运动、匀减速直线运动和自由落体运动。我们可以自制一套简易装置，利用秒表进行精确地计时。如图7-11所示。
图7-11
小球从斜面上向下做初速度为零的匀加速直线运动，经过A点开始计时，在B点时停止计时，这样就测定了小球经过AB这一段距离所用过的时间t，测量出AB间的距离S，则 能够计算出小球在此运动中的加速度。
还可以求出小球在AB间的平均速度
如果将A点移到开始运动的起点，能够求出小球经过B点的即时速度
使小球沿斜面向上作匀减速直线运动，同样可以用这套装置进行测量。若把装置竖起来，还可以研究自由落体运动。
【制作方法】
材料：2.2V聚光电珠两颗、光电二极管两只、3DG6三极管两只、JRXB-1型继电器一个、2CP二极管一只、300K，10K电阻各一只、电键两个、电源、导线、铁丝等。
附加装置电路图如图7-12所示。
图7-12
继电器工作电路引出线直接接秒表的“启动/停止”。可以先把秒表后盖打开，从“启动/停止”键下先引出两条导线，使用时接在继电器工作电路引出线上。
用铁丝弯成两个支架，在斜面的A点固定L与D，B点固定L与D。
二、研究运动相对性原理
【实验原理】
设计这样一辆小车，如图7-13所示，小车上端挂一个电磁铁，电磁铁上吸着一个小球。
当小球作匀速直线运动时，车上的“人”观察小球是相对静止的，小车行驶途中电磁铁断电释放小球，小球正下方有一个铁盖正好接住小球。车上观察者认为小球被释放后仅受重力作用应该做自由落体运动。但车外的观察者认为小球做的是平抛物体的运动，因为小球在下落的同时，在水平方向还移动了一段距离。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议