如何自制物理教具-課件

如何做好自制物理實(shí)驗(yàn)儀器西華師大-代偉一．自制物理實(shí)驗(yàn)教具的意義A．談?wù)勛灾莆锢韺?shí)驗(yàn)教具意義、常用加工方法物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的重要部分。物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、物理理論的建立和物理學(xué)的發(fā)展，都離不開實(shí)驗(yàn)，都必須以嚴(yán)格的物理實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，并受到實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。因此,物理實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展中占有十分重要的地位，同時(shí)在推動(dòng)其它科學(xué)、工程技術(shù)的發(fā)展中也起到重要的作用。不言而喻，在物理教學(xué)中物理實(shí)驗(yàn)的作用非常重要。自制儀器教具是古往今來歷代科學(xué)家的優(yōu)良傳統(tǒng)。物理學(xué)的許多重大成就在很多情況下就是伴隨著儀器的成功設(shè)計(jì)而誕生的。我們認(rèn)為，提倡自制教具，不僅僅是教學(xué)條件困難才自制教具，即使辦學(xué)條件好的重點(diǎn)中學(xué)也該重視自制教具。A．談?wù)勛灾莆锢韺?shí)驗(yàn)教具意義、常用加工方法雖然教師用自己制作的教具與使用廠家生產(chǎn)的教具來講課，教學(xué)效果是不一樣的。使用廠家制造的儀器，固然比較規(guī)范、比較精致美觀，但是，使用自制的儀器教具，卻可以更能讓學(xué)生看到儀器的內(nèi)部構(gòu)造，了解儀器的工作原理。

另外更重要的是：當(dāng)學(xué)生看到那些用生活物品與身邊的常見材料來做實(shí)驗(yàn)時(shí)，會(huì)使學(xué)生覺得物理離自己更近，容易激發(fā)學(xué)生熱愛物理、熱愛科學(xué)的情感。A．談?wù)勛灾莆锢韺?shí)驗(yàn)教具意義、常用加工方法二．制作教具的幾個(gè)基本問題

2.1教具制作的基本要求

1）啟發(fā)性制作的教具應(yīng)該有豐富的物理學(xué)思想，能啟迪學(xué)生的思維。有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。我們反對(duì)把重要的物理原理無法展現(xiàn)(或不重視展現(xiàn))在學(xué)生面前，學(xué)生看了實(shí)驗(yàn)卻一無所知，一無所獲。我們提倡讓學(xué)生能看懂它所需要演示的物理原理。2）經(jīng)濟(jì)性

我們要求自制的教具少花錢或不花錢，這樣教具成本低，只要能達(dá)到演示效果就行。所以，我們提倡“壇壇罐罐當(dāng)儀器，拼拼湊湊做實(shí)驗(yàn)”。這種勤儉節(jié)約的辦學(xué)精神。A．談?wù)勛灾莆锢韺?shí)驗(yàn)教具意義、常用加工方法3）可靠性

我們要求自制的教具能堅(jiān)固耐用、不易損壞；安全可靠、工作穩(wěn)定。我們做的教具并不是只做一次實(shí)驗(yàn)就不要了，也不是只求偶爾成功一次。教具應(yīng)該重復(fù)性能好。

4）可觀性

教具是演示物理現(xiàn)象給全班同學(xué)觀察的，不是一個(gè)人拿在手里的袖珍玩具。用八個(gè)字可以概括“尺寸夠大，簡(jiǎn)單明了”。所以自制教具尺寸應(yīng)該盡可能大一點(diǎn)或者能通過其它方式能使全班同學(xué)都看到A．談?wù)勛灾莆锢韺?shí)驗(yàn)教具意義、常用加工方法2.2怎樣設(shè)計(jì)自制教具

一般來說自制教具之前首先要進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，繪出草圖后方能施工。對(duì)于比較復(fù)雜的教學(xué)儀器或教具的設(shè)計(jì)和制作是一項(xiàng)比較綜合、復(fù)雜和細(xì)致的工作；它涉及儀器用途（用來干什么，演示還是分組實(shí)驗(yàn)）、精度（定性還是定量，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確到何等程度）；設(shè)計(jì)依據(jù)（設(shè)計(jì)原理、方法）；設(shè)計(jì)裝置（包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、連接裝配方式、電路原理、印刷電路、外觀形式等及選材，用什么元器件、原材料）；機(jī)械零部件加工和電路板制作，中間試驗(yàn)，綜合實(shí)驗(yàn)，確定最終方案，設(shè)計(jì)零件圖、裝配圖，設(shè)計(jì)加工外殼；總裝、調(diào)試（定標(biāo)）等多項(xiàng)工作。

當(dāng)然對(duì)于簡(jiǎn)單的教具就不需要這些考慮，只要畫出結(jié)構(gòu)、尺寸示意草圖，只要能用盡可能簡(jiǎn)單的方法做出來并且能達(dá)到演示要求就可以了。

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A．談?wù)勛灾莆锢韺?shí)驗(yàn)教具意義、常用加工方法設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：

（1）不要脫離物理教材。脫離了物理教材，任何具有深?yuàn)W物理原理的儀器，都會(huì)在課堂上失去光輝、失去意義。（2）不要放棄一點(diǎn)一滴的改進(jìn)。前人已經(jīng)有了許多這方面的研究，各種資料都有許多介紹，但是只要我們抓住某一點(diǎn)或某一個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)，也可以得到收獲。例如：在趣味性方面著手，可以增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，刺激學(xué)生的興奮神經(jīng)，產(chǎn)生深刻印象，提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理科學(xué)的積極性。又例如：在制作材料上下功夫，如果能使學(xué)生唾手可得，顯然具有推廣意義。再例如：在啟發(fā)性方面著手，可以展示物理過程，讓學(xué)生揭示物理現(xiàn)象發(fā)生的步驟。（3）不要超出自己制作能力的范圍

一切從實(shí)際出發(fā)，量力而行，不要好高騖遠(yuǎn)。否則一旦動(dòng)手之后，難以為繼。多功能簡(jiǎn)諧振動(dòng)演示儀圓偏振弦線駐波演示儀1、水平調(diào)節(jié)螺釘2、彈性波用繩3、支撐桿4、彈性繩固定螺釘5、刻度尺6、調(diào)速電機(jī)安裝盒7、調(diào)速開關(guān)8、鋁合金圓盤9、后立板10、電源開關(guān)11、底板12、偏心軸13電機(jī)軸彈簧振子簡(jiǎn)諧振動(dòng)正弦曲線合成演繪儀1電火花打點(diǎn)器2電機(jī)調(diào)速器3儀器底座4調(diào)速電機(jī)5立板6導(dǎo)向柱7石墨電極紙8卷筒紙支撐架9底座膠墊10金屬小球11導(dǎo)向桿12電極針13彈簧14塑料橫梁15電極接線柱16電極夾17走紙圓筒18A4卷紙19正弦曲線20電極線A．談?wù)勛灾莆锢韺?shí)驗(yàn)教具意義、常用加工方法2.3教具制作材料來源

我們提倡：制作教具的材料主要利用日常生活常見物品或廢棄物品。除非不容易得到的材料和重要部件，才可以購買或用實(shí)驗(yàn)室其它儀器充當(dāng)。歸納起來，有五個(gè)字：找、揀、拆、要、買。

找——生活中時(shí)時(shí)留神，處處尋找。例如：找來舊包裝盒做物體穩(wěn)度實(shí)驗(yàn)；找來廢牙刷柄、廢簽字筆桿等做電荷間相互作用實(shí)驗(yàn)或做支撐桿；找來泡沫塑料、鋁箔制作靜電相互作用力小球，……。平時(shí)注意將自己生活中使用過后留下的一些廢品如：廢筆桿、飲料瓶、易拉罐、吸管、充電器、……等，收集存放以備及時(shí)之需。

揀——在垃圾堆揀廢品，揀廢料。從垃圾箱里揀來舊罐頭盒，廢塑料盒、廢飲料瓶、易拉罐、廢蠟燭頭等做空氣對(duì)流實(shí)驗(yàn)、物體沉浮演示實(shí)驗(yàn)、反沖實(shí)驗(yàn)；揀來鋼筋、鐵釘，鐵絲等加工連接或支承等部件A．談?wù)勛灾莆锢韺?shí)驗(yàn)教具意義、常用加工方法

拆——將一些已經(jīng)用壞的儀器或日用品，如節(jié)能燈座、充電器等將其中的有用零件如：變壓器、二極管、三極管、電容器、電感等拆下來備用，變壓器一般原邊繞組容易燒壞，但其副邊繞組通常是好的，根據(jù)這點(diǎn)我們可用來做電磁振動(dòng)體的零部件等。

要——向有關(guān)單位和部門要一些少量報(bào)廢的東西。向水電工要廢舊PVC管；向醫(yī)務(wù)室要廢針頭，廢藥瓶；向辦公室工作人員要廢橢圓形墨水瓶，……。買——能不買的盡量不買，有些找不到又不宜制作的物品才花少量錢去買。例如：磁鐵、電阻、電容、激光筆等。圓偏振弦線駐波演示儀制作材料——調(diào)速電機(jī)工作電壓：1.5V-18V長(zhǎng)時(shí)間工作電壓：1.5V-12V工作電流：0.26A-0.80A最大功率：50W工作壽命：不間斷連續(xù)運(yùn)行時(shí)間：12000小時(shí)，間斷運(yùn)行時(shí)間：16000小時(shí)性能參數(shù)：工作電壓：

每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)：

工作電流：

1.5V

3000轉(zhuǎn)

0.26A

3V

6000轉(zhuǎn)

0.30A

6V

12000轉(zhuǎn)

0.40A

9V

18000轉(zhuǎn)

0.44A

12V

24000轉(zhuǎn)

0.50A

15V

30000轉(zhuǎn)

0.56A

18V

36000轉(zhuǎn)

0.80A以上是光感式直流電機(jī)測(cè)試儀測(cè)速結(jié)果，誤差率為0.05%

馬達(dá)尺寸:直徑27.7MM

總長(zhǎng)64MM

軸徑2.3MM

軸長(zhǎng)15MM

重量95克.圓偏振弦線駐波演示儀制作材料——調(diào)速器【主要參數(shù)】

->工作電壓

：DC6V-DC40V

->輸出功率

：0.1W-130W

->過流保護(hù)

：3.3A

->工作環(huán)境

：工業(yè)環(huán)境

->模塊尺寸

：6.3cm

x

3.9cmx

2.8cm

->單個(gè)重量

：69克B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例一、簡(jiǎn)易自制教具制作與演示1．用廢易拉罐等制作的空氣對(duì)流演示器實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉菔究諝馐軣崤蛎浐笮纬蓪?duì)流氣體推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)的對(duì)流演示器，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)對(duì)流的理解。

圖1實(shí)驗(yàn)說明：當(dāng)蠟燭點(diǎn)燃后筒內(nèi)空氣受熱膨脹體積增大密度減小將向上運(yùn)動(dòng)，而周圍密度較大的冷空氣將移過來填補(bǔ)從而形成對(duì)流現(xiàn)象。通過觀察葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)說明對(duì)流原理。

B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例2.噴泉實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理：在講大氣壓強(qiáng)時(shí)，讓學(xué)生能夠比較形象直觀的認(rèn)識(shí)到大氣壓的存在和利用大氣壓的現(xiàn)象1）儀器的裝置如圖7-1-2所示，主要由以下部分組成：圖7-1-2（1）外殼比較厚實(shí)的飲料瓶；（2）噴水管：用廢簽字筆芯去掉其筆尖金屬部分并清洗干凈；（3）出水管：廢簽字筆外筆桿、飲料吸管或橡膠管；（4）儲(chǔ)水槽：用廢飲料瓶盛水，作為供水的水源；（5）接水槽：用廢飲料瓶接出水管流出的水，也可直接把出水口與下水道相通。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例2）制作方法

將飲料瓶蓋取下用鉆頭或電烙鐵鉆出或烙出與筆桿和筆芯大小相同的孔后用AB膠或環(huán)氧樹脂粘牢即可。注意不能漏氣!

3）工作原理p圖7-1-3hsHp0p031245如圖7-1-3所示，當(dāng)水沿出水管3流出時(shí)，封閉在飲料瓶1中空氣的體積增大，壓強(qiáng)減小，使管外大氣壓強(qiáng)大于管中空氣的壓強(qiáng)，所以水能從噴嘴2噴出。噴射的水柱高度由儲(chǔ)水槽4與接水槽5水平面間的高度差來決定。水柱噴射高度的計(jì)算方法如下：設(shè)大氣壓強(qiáng)為p0，簽字筆噴管中的空氣壓強(qiáng)為p，接水槽到儲(chǔ)水槽的高度差為H，儲(chǔ)水槽液面到飲料瓶中液面的高度差為s，噴射水柱高度為h。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例則儲(chǔ)水槽液面的壓強(qiáng)應(yīng)滿足:

接水槽液面的壓強(qiáng)也應(yīng)滿足:

該實(shí)驗(yàn)不僅說明了大氣壓的存在，同時(shí)也是利用大氣壓的一個(gè)很有趣的實(shí)驗(yàn)。由以上兩式可得H＝h，即水柱高度等于出水口到進(jìn)水口的高度差，由于水與管之間有粘滯阻力，因而實(shí)際上h＜H。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例該實(shí)驗(yàn)不僅說明了大氣壓的存在，同時(shí)也是利用大氣壓的一個(gè)很有趣的實(shí)驗(yàn)。希羅噴泉B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例該實(shí)驗(yàn)不僅說明了大氣壓的存在，同時(shí)也是利用大氣壓的一個(gè)很有趣的實(shí)驗(yàn)。希羅噴泉

請(qǐng)確保膠管都處在適當(dāng)?shù)母叨龋瑓⒖佳b配圖。

B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例3．氣墊盤實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康兀航频匮菔疚矬w不受阻力時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。進(jìn)而提出牛頓第一定律。說明：在地球表面，慣性時(shí)常會(huì)被摩擦力、空氣阻力等等效應(yīng)掩蔽，從而促使物體的移動(dòng)速度變得越來越慢（通常最后會(huì)變成靜止?fàn)顟B(tài)）。這現(xiàn)象誤導(dǎo)了許多古代學(xué)者，例如，亞里斯多德認(rèn)為，在宇宙里，所有物體都有其“自然位置”──處于完美狀態(tài)的位置，物體會(huì)固定不動(dòng)于其自然位置，只有當(dāng)外力施加時(shí)，物體才會(huì)移動(dòng)。

也就是說“運(yùn)動(dòng)需要力來維持”，學(xué)生在早期的日常生活中大量觀察到的也是停止施力物體就不再運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，是他們?cè)陬^腦中形成前概念的感性基礎(chǔ)。要挑戰(zhàn)學(xué)生的這種有長(zhǎng)期個(gè)體經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)的前概念，就必須通過實(shí)驗(yàn)把物理現(xiàn)象突出到人們的自然觀察所忽略或達(dá)不到的程度，使學(xué)生對(duì)個(gè)人的觀念有所認(rèn)識(shí)和反思。從這個(gè)角度考慮，摩擦力的影響是關(guān)鍵，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)演示物體在盡可能小的摩擦力作用下的運(yùn)動(dòng)行為，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)原有觀念錯(cuò)誤的原因，是很有必要的。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例氣墊盤的制作方法如下：25（a）圖7-1-4方法1：如圖7-1-4（a）所示，取一只橡皮塞或軟木塞，在其中心上端鉆一個(gè)直徑約為1~2mm的圓孔，下端鉆一約直徑5mm的圓孔，兩孔相通，大孔洞對(duì)準(zhǔn)廢光盤中央的孔，將它們膠合在一起（膠合處用蠟或AB膠密封，不能使縫隙處漏氣）。將充氣的氣球套在橡皮塞上，然后把光盤放在水平玻璃板上或很平整的桌面上，松開氣球頸部的扎線或夾子，由小孔噴出的空氣在光盤和玻璃間形成氣墊，如圖7-1-4（b）所示。這個(gè)氣墊能使光盤游離在玻璃之上，摩擦極小，它在玻璃板上運(yùn)動(dòng)時(shí)很接近勻速直線運(yùn)動(dòng)。圖7-1-4（b）B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例圖7-1-5方法2：用廢簽字筆和廢光盤來做。先用一小片厚2-3mm的塑料板（有機(jī)玻璃板、廢光盤也可）切割成直徑20-30mm小圓塊或小方塊，并在其中心鉆2mm左右的圓孔，用二氯乙烷或其它膠粘劑，粘貼在廢光盤中心，（注意一定要粘貼在有凸起的那面，即有記錄信號(hào)的那面）；用手鋸將簽字筆筆套（筆帽）的筆掛頂端將筆掛鋸下，并用銼刀打磨平整后也用膠粘劑將其對(duì)準(zhǔn)小圓塊中心粘貼，注意粘貼時(shí)使筆套垂直于光盤；將筆桿前端鎖緊筆尖處卸掉，將筆桿（即捉筆處）鋸下40mm左右一段，打磨平整將氣球套上后用線栓牢,如圖7-1-5所示。演示時(shí)可先將氣球充氣后用手捏住，待插入光盤上的筆套后放到清潔平整的桌面或地面即形成氣墊盤。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例4．伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)背景：兩個(gè)相連接的傾斜軌道，小球在軌道上運(yùn)動(dòng)會(huì)先下降后上升。使一個(gè)小球從傾斜軌道的某一高度處滑下，小球在經(jīng)過軌道最低點(diǎn)后沿軌道上升，上升到一定高度后靜止。伽利略發(fā)現(xiàn)若忽略摩擦力，小球上升的高度與釋放的高度將始終相等，于是他推測(cè)，如果是一個(gè)傾斜軌道接一個(gè)水平軌道，那么小球永遠(yuǎn)也不能上升到初始高度，于是小球就將永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。所以伽利略主張，施加外力改變的是物體的速度而不是位置；維持物體速度不變，不需要任何外力。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例假設(shè)斜面逐漸延長(zhǎng)，最后變成水平面BH，則基于“連續(xù)性原則”該小球“本應(yīng)當(dāng)”回到與點(diǎn)A同高度的位置，然而由于事實(shí)上BH是水平的，小球永遠(yuǎn)不可能滾到先前的高度，而速度的減少量將變成0，因此小球會(huì)不停地呈勻速直線運(yùn)動(dòng)。伽利略總結(jié)，假若不碰到任何阻礙，那么運(yùn)動(dòng)中的物體會(huì)持續(xù)地做勻速直線運(yùn)動(dòng)。他將此稱為慣性定律。這理論剛被提出時(shí)并不被其他學(xué)者接受，因?yàn)楫?dāng)時(shí)大多數(shù)學(xué)者不了解摩擦力與空氣阻力的本質(zhì)，不過伽利略的實(shí)驗(yàn)以可靠的事實(shí)為基礎(chǔ)，經(jīng)過抽象思維，抓住主要因素，忽略次要因素，更深刻地反應(yīng)了自然規(guī)律。ABCDEH圖7-1-6理想斜面實(shí)驗(yàn)示意圖FB．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例實(shí)驗(yàn)?zāi)康?為了證實(shí)伽利略的主張，他做了一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)原理：ABCDEH圖7-1-6理想斜面實(shí)驗(yàn)示意圖F如圖7-1-6所示，讓靜止的小球從點(diǎn)A滾下斜面AB，滾到最底端后，小球又會(huì)滾上斜面BC，假設(shè)兩塊斜面都非常的平滑、摩擦系數(shù)極小，而且空氣阻力微弱，以至于可以忽略不計(jì)，則小球會(huì)滾到與點(diǎn)A同高度的點(diǎn)C；假設(shè)斜面是BD、BE或BF，小球也同樣地會(huì)滾到與點(diǎn)A同高度的位置。只不過斜面越長(zhǎng)，往上滾的時(shí)候，單位時(shí)間內(nèi)速度的減少量會(huì)變得越小。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例為此我們用塑料裝飾板和放置集成電路芯片的塑料外殼制成的斜面實(shí)驗(yàn)演示裝置可以較好地演示伽俐略的斜面實(shí)驗(yàn)。圖7-1-7斜面實(shí)驗(yàn)演示裝置B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例5．流體具有慣性的演示實(shí)驗(yàn)原理：證明氣體、液體等流體具有慣性。實(shí)驗(yàn)裝置：圖5流體具有慣性演示（a）氣體慣性的演示（b）液體慣性的演示B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例

（b）液體慣性的演示圖5（b）也是用塑料板、裝白酒的塑料外包裝殼、有機(jī)玻璃等制作的用于演示液體具有慣性的實(shí)驗(yàn)裝置。制作時(shí)用有機(jī)玻璃板將塑料外包裝殼一分為二隔成兩段，中間隔板高度約為其總高度的三分之二左右，可用三氯甲烷或AB膠將其粘合，不漏水即可。演示時(shí)可先在筒里裝上帶顏色的水，使水不要漫過中間隔板，將其放在平板小車上，若勻速推動(dòng)小車，則水不會(huì)翻過隔板；若將運(yùn)動(dòng)小車突然停下，則筒中的水則會(huì)翻過隔板流到前面空筒部分，由此可說明液體也仍然具有慣性。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例（a）氣體慣性的演示圖5（a）是用廢茶葉筒和塑料板及少量鐵皮、螺絲釘?shù)戎谱鞒捎糜谘菔究諝饩哂袘T性的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置在點(diǎn)燃的蠟燭方向鉆有一個(gè)直徑10mm左右的小孔，當(dāng)筒蓋被快速關(guān)閉時(shí)，筒內(nèi)的空氣受到擠壓，其中部分空氣將會(huì)以一定的速度從小孔噴出，如果空氣具有慣性，則當(dāng)其離開茶筒后會(huì)繼續(xù)前進(jìn)，將位于行進(jìn)方向的蠟燭吹滅，否則說明空氣沒有慣性。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例6．虹吸及反沖演示圖7-1-9hAhBhBA1）實(shí)驗(yàn)原理如圖7-1-9所示裝置，設(shè)進(jìn)水端的水平面為A，水面比參考面高h(yuǎn)A，出水端的水平面為B，水面比參考面高h(yuǎn)B。由伯努利方程有當(dāng)管內(nèi)充滿水而B端口水未流出時(shí)，即管內(nèi)水未流動(dòng)時(shí),vA=vB=0，B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例圖7-1-9hAhBhBA即當(dāng)用手堵住B點(diǎn)時(shí)有此時(shí)左管內(nèi)A點(diǎn)與管外同一水平面上的壓強(qiáng)值均是大氣壓p0

，所以

B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例圖7-1-9hAhBhBA即B點(diǎn)壓強(qiáng)大于大氣壓強(qiáng)，一旦將手松開就會(huì)引起管中水柱向右管流動(dòng)，最終由B端流出。由于流體的連續(xù)性原理會(huì)引起左管中水柱不斷向右管流動(dòng)，這種由于連通器兩端液位的高度差產(chǎn)生的壓強(qiáng)差，引起液體自行流動(dòng)的現(xiàn)象稱為虹吸現(xiàn)象。當(dāng)液體流動(dòng)后A處和B處都是大氣壓，此時(shí)pA=pB=p0

，由于左邊容器較大，液面高度隨時(shí)間變化小，此時(shí)可將左邊的水面看作是不動(dòng)的，所以vA=0，利用伯努利方程有即B端出水口的流速大小與兩液面的高度差有關(guān)，高度差越大流速也越大，隨著高度差減小流速會(huì)變慢，高度差h為0時(shí)，水不再流出。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例（2）虹吸與噴泉

B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例（2）反沖運(yùn)動(dòng)原理

說明：動(dòng)量守恒定律表明，一個(gè)物體系在整個(gè)系統(tǒng)不受外力作用的情況下，系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變，內(nèi)力不能改變系統(tǒng)的總動(dòng)量。但是系統(tǒng)中各部分之間的內(nèi)力，可以改變各部分的動(dòng)量。例如大炮發(fā)射炮彈，炮身會(huì)向后運(yùn)動(dòng)，炮身的這種運(yùn)動(dòng)通常稱為反沖運(yùn)動(dòng)。這是因?yàn)榇笈诎l(fā)射前，整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，總動(dòng)量為零。根據(jù)動(dòng)量守恒定律有：

，即當(dāng)系統(tǒng)所受的合外力等于零時(shí)，質(zhì)點(diǎn)系在任何時(shí)刻的總動(dòng)量都等于原來的總動(dòng)量。

B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例設(shè)反沖演示儀轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)初始狀態(tài)時(shí)靜止，系統(tǒng)總動(dòng)量為Mv0=0，總角動(dòng)量L=Iω=0（I是系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ω是轉(zhuǎn)動(dòng)角速度）；當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量為Δm，速度為v的水柱從轉(zhuǎn)動(dòng)體上沿半徑為r處沿切線方向飛出時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的角動(dòng)量為l=Δmrv，當(dāng)系統(tǒng)不受外力即所受外力矩等于零時(shí)，根據(jù)角動(dòng)量守恒定律，系統(tǒng)的總角動(dòng)量保持不變，應(yīng)有：B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例

上式說明系統(tǒng)也將獲得同等量值的反向角動(dòng)量，將使系統(tǒng)沿水柱噴出的反方向以ω的角速度旋轉(zhuǎn)。ω的大小與噴出水柱的質(zhì)量Δm、速度v及與轉(zhuǎn)軸的距離r成正比，與系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I成反比。由于系統(tǒng)軸承和軸尖之間還存在摩擦阻力產(chǎn)生的阻尼力矩，會(huì)阻礙系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，要使系統(tǒng)能轉(zhuǎn)動(dòng)起來還必須盡量減小摩擦阻尼力矩，使噴出水柱產(chǎn)生的動(dòng)量矩大于系統(tǒng)的摩擦力矩的阻礙作用，系統(tǒng)才能開始加速轉(zhuǎn)動(dòng)形成反沖現(xiàn)象。2）設(shè)計(jì)制作方法（1）儀器外觀及組成根據(jù)以上的虹吸和反沖原理設(shè)計(jì)制作的虹吸式反沖演示儀如圖7-1-10所示，由底座支承架1、盛水轉(zhuǎn)動(dòng)體2、噴水管3、虹吸管4、轉(zhuǎn)軸5及軸承座6等組成。圖7-1-10623451B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例（a）Φ4Φ34525206噴水管支架正視圖圖7-1-13（b）⑥將厚度為40mm左右的白色廢泡沫塑料塊切成直徑65mm左右的圓柱體后從八寶粥罐罐口端強(qiáng)行壓入至底部，如圖7-1-14所示位置。由于水具有粘滯阻力，當(dāng)噴水管很小、水位差h較小時(shí)噴水管噴出的水流速度很小、反沖作用很弱，經(jīng)過我們多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水位降到筒高的三分之一左右時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)體就停下了，此時(shí)筒內(nèi)噴出的水對(duì)反沖現(xiàn)象效果已不明顯。因此這樣做既可以減少轉(zhuǎn)體內(nèi)水總質(zhì)量的1/3，從而減小轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼力矩及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量使演示可靠性增加，又能使其反沖現(xiàn)象更加明顯。圖7-1-14螺帽進(jìn)水口轉(zhuǎn)軸泡沫塑料吸管或橡膠管吸管支架2020B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例⑦用4mm左右的鉆頭分別從罐底鉆孔處垂直穿透泡沫塑料后分別將有蛇形紋，直徑約4mm的飲料吸管較長(zhǎng)部分從底部鉆孔處插入罐中，較短部分根據(jù)需要在離蛇形紋約5-6mm處剪斷，通過一節(jié)直徑約大于4mm的吸管接入另一段相同直徑的同樣具有蛇形紋的吸管，兩段管連接成兩個(gè)相互垂直的L形狀后固定在支架上并剪出斜向噴水口。罐內(nèi)部分用同樣的方法將吸管或橡膠管連接后在頂端附近彎成倒U字形狀構(gòu)成虹吸管，如圖7-1-14所示。左右兩邊做成相同形狀并注意兩根虹吸管頂部一定要等高（可用限位螺釘和鐵皮調(diào)節(jié)固定）。⑧將鐵絲制成的轉(zhuǎn)軸從中心孔穿入后蓋上塑料端蓋，兩端均用M3螺帽鎖住，并在底部鉆孔處用AB膠或其它膠封牢以免漏水。⑨將加工后的圓頭螺釘軸承座旋入支承架中心螺紋孔內(nèi)，將橡膠地腳用M3螺釘固定在底座四周后再將帶噴水管的盛水轉(zhuǎn)動(dòng)體裝入支承架，調(diào)節(jié)軸承座使轉(zhuǎn)動(dòng)體可靈活轉(zhuǎn)動(dòng)后用螺帽將軸承座鎖定。為提高可靠性減少摩擦，可在螺釘做成的軸承座內(nèi)滴上一滴潤(rùn)滑油，或在軸尖上抹一點(diǎn)潤(rùn)滑油，整個(gè)演示儀即制作安裝完成。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例圖6簡(jiǎn)易虹吸反沖演示儀圖7-1-15此外，也可用半截飲料瓶、吸管、塑料板、穿線管、棉線等做成如圖7-1-15所示的簡(jiǎn)易反沖演示器?！舅伎碱}】1.為什么要在罐底用泡沫塑料填充，這樣做有什么好處？2.為什么要將噴口向下、向外延伸，有什么效果？B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例3)演示

由于本演示儀器設(shè)計(jì)制作時(shí)演示時(shí)充分考慮到摩擦阻尼力矩的影響，盡可能增大動(dòng)量矩而減小阻尼力矩，所以演示可靠性高且趣味性強(qiáng)。既能看到虹吸現(xiàn)象又能看到反沖現(xiàn)象。演示時(shí)可將儀器放在平整桌面的盤或盆內(nèi)，用礦泉水瓶先在轉(zhuǎn)動(dòng)體內(nèi)倒入一些清潔的水，注意水面不要超過虹吸管頂部，此時(shí)水一滴也不會(huì)流出，整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)體處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)繼續(xù)往轉(zhuǎn)動(dòng)體內(nèi)加水并且水面超過虹吸管頂部時(shí)，則管內(nèi)的水將以比較快的速度從噴水口噴出從而使轉(zhuǎn)動(dòng)體沿反方向轉(zhuǎn)動(dòng)直至罐內(nèi)水噴完為止。由于噴水管比較細(xì)，其直徑≤4mm，水又具有表面張力和粘滯阻力，所以當(dāng)進(jìn)行再次演示時(shí)應(yīng)注意將噴水管內(nèi)殘余的水滴排除干凈，不然可能會(huì)造成某一管不噴水使演示效果變差。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例氣體反沖演示實(shí)驗(yàn)裝置B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例7.液體內(nèi)部壓強(qiáng)演示器實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

要使學(xué)生掌握理解液體壓強(qiáng)原理這部分教學(xué)內(nèi)容，使用液體內(nèi)部壓強(qiáng)演示器做好演示實(shí)驗(yàn)，對(duì)引入液體內(nèi)部壓強(qiáng)的概念，揭示液體內(nèi)部壓強(qiáng)與液體深度的關(guān)系，進(jìn)而導(dǎo)出液體內(nèi)部壓強(qiáng)的規(guī)律(液體內(nèi)部壓強(qiáng)公式)，起著基礎(chǔ)性的重要作用。目前尚在使用的液體內(nèi)部壓強(qiáng)演示器存在以下不足:

（1）由于測(cè)壓盒沒有固定裝置，因此整體性差；

（2）不能或很難同時(shí)觀察測(cè)壓盒潛入液體內(nèi)的深度和與之相對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)值，即操作與讀數(shù)不便。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例實(shí)驗(yàn)裝置：

針對(duì)該液體內(nèi)部壓強(qiáng)演示器的上述不足，我們利用飲料瓶，瓶蓋，吸管，廢氣球，玻璃纖維板，橡皮管等設(shè)計(jì)制作成兩例液體壓強(qiáng)演示器經(jīng)試用效果比較好，現(xiàn)介紹如下，供制作時(shí)參考。U型壓強(qiáng)計(jì)式液體內(nèi)部壓強(qiáng)演示器的制作圖7-1-16（1）（2）（3）（5）（4）如圖7-1-16所示，U型壓強(qiáng)計(jì)式液體內(nèi)部壓強(qiáng)演示器由盛水杯（1）、測(cè)壓盒（2）、升降調(diào)節(jié)裝置（3）、U型壓強(qiáng)計(jì)（4）、橡皮管（5）等組成。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例（1）盛水杯可用1.6升、直徑90mm左右的飲用純凈水瓶，從高度180-190mm處劃線，剪去上面部分即成，加上用玻璃纖維板（或塑料板、木板）等制作的杯座后可增加穩(wěn)定性防止傾倒。圖7-1-17（2）測(cè)壓盒可用直接用純凈水瓶蓋或其它瓶蓋將蓋邊沿毛刺用細(xì)銼刀打磨后，在蓋底中心或邊沿鉆一Φ3.2mm左右的孔，用M4的絲錐攻絲后待用。將一枚M4×12左右的螺釘中心鉆一Φ2mm通孔，再用一0.6mm厚、8mm寬、45mm左右長(zhǎng)的白鐵皮兩端鉆Φ4mm孔后彎成直角作為測(cè)壓盒可旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)架。將鉆孔螺釘從瓶蓋螺紋孔旋轉(zhuǎn)穿過后用廢氣球橡皮膜剪出兩個(gè)墊圈套入螺釘將調(diào)節(jié)架放上后再用螺帽鎖定以防漏水、漏氣；在螺釘露出部分（約5-6mm長(zhǎng)）也用少量橡皮膜纏繞后用一小段吸管套入，再在吸管外套上橡膠管以防止漏氣；瓶蓋端面覆上氣球橡皮膜后用橡皮筋固定即可，整個(gè)裝置如圖7-1-17所示。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例（3）升降調(diào)節(jié)裝置降調(diào)節(jié)及固定裝置如圖7-1-18所示，由固定支架、凸臺(tái)式滑槽和升降調(diào)節(jié)桿等組成。其中固定支架用長(zhǎng)105mm、寬35mm、厚4mm的玻璃纖維板廢料制作，在兩邊相距80mm處用鋸割出寬2-3mm、深15mm左右的卡口并在兩側(cè)固定兩根寬10mm長(zhǎng)100mm左右的限位條以便使用時(shí)很方便地將其固定在盛水杯上。升降調(diào)節(jié)桿用180×12×4mm3的塑料塊和110×25×4mm3的有機(jī)玻璃廢料經(jīng)螺釘連接而成凸臺(tái)式調(diào)節(jié)桿；凸臺(tái)式滑槽則用兩對(duì)20×30×4mm3和15×30×4mm3的玻璃纖維板廢料，根據(jù)凸臺(tái)式調(diào)節(jié)桿的尺寸用螺釘固定在支架上即成；在支架的滑槽位置背面設(shè)置緊固螺釘，可調(diào)節(jié)和固定升降桿在支架的位置即調(diào)節(jié)測(cè)壓盒在水中的深度。圖7-1-18固定支架滑槽升降調(diào)節(jié)桿測(cè)壓盒鎖緊螺釘限位條卡口B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例（4）U型壓強(qiáng)計(jì)如圖7-1-16所示，U型壓強(qiáng)計(jì)用兩根直徑4mm長(zhǎng)165mm的飲料吸管、一段120mm長(zhǎng)的橡膠管、一塊200×65×4mm3有機(jī)玻璃、一塊90×65×4mm3塑料板及少量角鋁、鐵皮和螺釘連接好以后并用移液管向飲料管中滴入適量的帶顏色的水即組成U型壓強(qiáng)計(jì)。圖7-1-16（1）（2）（3）（5）（4）將以上幾部分按圖7-1-16方式連接成一體，并在盛水杯中盛上適當(dāng)?shù)乃蠹纯蛇M(jìn)行演示。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例（2）演示物體上浮的條件：將浮子換成較長(zhǎng)，質(zhì)量更小的浮子。同樣先將浮子底部蓋住連通孔，先在上部倒入一定的水量使水位與浮子頂部高度相同。這時(shí)浮子不會(huì)上浮，因?yàn)楦∽映苤亓ν膺€受少量水對(duì)浮子上邊沿的壓力。當(dāng)通過加水杯緩慢給容器下半部加水后，通過外面的標(biāo)尺可觀察水位，當(dāng)水位達(dá)到一定數(shù)值時(shí)即可看到浮子上浮。即這時(shí)，雖然容器中上下部分的水并沒有連通，但由于浮子下半部分受到的壓力（浮力）已經(jīng)大于浮子的重力和上面部分的壓力，所以會(huì)上浮。圖7.24液體浮力演示器若將先上面的水位加高一些，則上面部分受的壓力就更大一些，要想讓浮子上浮，下半部分的水位同樣要加得更高，只有下面部分受到的壓力大于上面部分的壓力和重力只和時(shí)才能上浮。當(dāng)下面部分產(chǎn)生的浮力不足以使浮子上浮時(shí)，則只有當(dāng)容器內(nèi)的水連通時(shí)浮子才能上浮，即下面的水位達(dá)到浮子下底面時(shí)才能上浮。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例h1圖7-1-25h2d1d2h0其原理如圖7-1-25所示，因?yàn)橐后w內(nèi)部深度為h處的壓強(qiáng)p=ρgh

，式中ρ表示液體的密度，g是重力加速度。當(dāng)浮子上面部分高度為h0，液體深度為h1，下面部分深度為h2時(shí)，上面部分受到的壓力：下面部分受到的浮力：B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例設(shè)浮子的重量為：mg則浮子上浮的條件是：浮力大于壓力與重力之和即：h1圖7-1-25h2d1d2h0B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例圖7-1-26從上式可以看出，下面的水位越高即h2越大，則上浮力越大，浮子越容易上浮。上面的水位h1越大，則壓力越大，浮子越不容易浮子上浮。這個(gè)實(shí)驗(yàn)用一個(gè)乒乓球、一截塑料瓶也可以生動(dòng)可靠地演示。如圖7-1-26所示，找一個(gè)較大的塑料飲料瓶，切掉底部成為一個(gè)漏斗，將一個(gè)乒乓球放入堵在瓶口上，然后倒?jié)M水（注意倒水動(dòng)作不能過慢），則可看到乒乓球仍然堵在瓶口上并不上浮，只見細(xì)細(xì)的水流從瓶口漏出，而用手心或瓶蓋堵住瓶口，則稍后即見到乒乓球上浮。這同樣錢可以說明了在物體下表面沒有受到液體的壓力時(shí)，就沒有浮力，而在用手心堵住瓶口或用瓶蓋蓋住瓶口時(shí)、從瓶口漏出的水積于乒乓球下表面和手心或瓶蓋之間的空間后，也就是當(dāng)物體下表面所受到的壓力大于上表面的壓力時(shí)，就會(huì)有浮力，這時(shí)并乒乓球就會(huì)浮上來。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例9．浮沉子

1）實(shí)驗(yàn)原理：根據(jù)物體在液體中的浮沉條件，物體的浮沉取決于物體所受重力與浮力的比較。圖7.27浮沉子

如圖7-1-27所示，浮沉子可以浮在液體表面上，是因?yàn)榇藭r(shí)它所受浮力大于重力。如果我們用手捏這個(gè)塑料的瓶子，液面上氣體體積減小，壓強(qiáng)增大。根據(jù)帕斯卡定律，這個(gè)增大的壓強(qiáng)傳遞給液體，液體將壓縮浮沉子內(nèi)的空氣柱，浮沉子排開液體的體積將減小。當(dāng)浮沉子所受浮力小于重力時(shí)，浮沉子將下沉到液體中。如果我們使浮沉子所受浮力等于重力，浮沉子將懸浮在液體內(nèi)。而且浮力的方向始終垂直向上。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例2）制作方法

材料：可密封的空飲料瓶一個(gè)、廢塑料筆桿一支、廢銅絲或鐵絲少許。

空飲料瓶必須有蓋，并且蓋嚴(yán)之后密封良好，不得漏氣。先將廢塑料筆桿尾端截取約長(zhǎng)為3-5cm左右一段，將切割端面打磨平整后鉆一小孔，用廢鐵絲或銅絲作配重以降低其重心，這樣制成的浮沉子能在豎直方向自由運(yùn)動(dòng)。將飲料瓶灌滿清水待用。另準(zhǔn)備一只杯子，裝半杯清水，然后把作為浮沉子配重端口向下放入杯中。如果浮沉子底露出水面太多，則增加配重；如果瓶子下沉，則減少配重，使浮沉子尾端露出水面1~2mm左右。這時(shí)將浮沉子浸沒在飲料瓶的水中。最后，將飲料瓶微微傾斜，倒出少量的水，把瓶蓋擰緊。浮沉子就做成了。圖7.27浮沉子液體壓強(qiáng)與流速關(guān)系演示器自制“兩心壺”兩個(gè)倒水孔，倒水后用膠帶紙封住預(yù)先鉆了兩個(gè)進(jìn)氣孔用所學(xué)過的物理知識(shí)解釋意料之外的現(xiàn)象用所學(xué)的物理知識(shí)解釋意料之外的現(xiàn)象用物理知識(shí)“揭密”魔術(shù)：連通器教材內(nèi)容：連通器用物理知識(shí)“揭密”魔術(shù)：連通器鉆一個(gè)孔倒入牛奶用所學(xué)的物理知識(shí)解釋意料之外的現(xiàn)象用物理知識(shí)“揭密”魔術(shù)：連通器鉆一個(gè)孔倒入牛奶用所學(xué)的物理知識(shí)解釋意料之外的現(xiàn)象用物理知識(shí)“揭密”魔術(shù)：覆杯實(shí)驗(yàn)用所學(xué)的物理知識(shí)解釋意料之外的現(xiàn)象教材：覆杯實(shí)驗(yàn)B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例11．大氣壓的實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)?zāi)康?演示大氣壓的存在

中學(xué)實(shí)驗(yàn)室一般用的是鐵制的馬德堡半球，但要做到使兩半球密封良好不太容易，往往導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，而且要使用抽氣機(jī)抽氣，實(shí)驗(yàn)操作比較麻煩。

根據(jù)中學(xué)教師們的反映，用現(xiàn)在的鐵制馬德堡半球作大氣壓強(qiáng)演示實(shí)驗(yàn)存在以下問題：（1）現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置體積、質(zhì)量都較大，拿到教室很不方便；（2）抽氣機(jī)要用電才能工作，使用操作不方便；（3）鐵制馬德堡半球密封困難，容易漏氣導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失??；（4）面積不能改變，不能說明壓力與受力面積之間的關(guān)系。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例12．一個(gè)與大氣壓有關(guān)的有趣實(shí)驗(yàn)1．裝置

aHhbc圖7.1.33有趣的實(shí)驗(yàn)

如圖7.1.33所示，用一根直徑約2.0cm左右的長(zhǎng)有機(jī)玻璃管（或玻璃管），將端部打磨平整后，一端用有機(jī)玻璃片滴入少許三氯甲烷粘結(jié)封口，另找一個(gè)直徑稍小于有機(jī)玻璃管的小瓶或有機(jī)玻璃管同樣封閉端面，使大管內(nèi)徑與小管外經(jīng)之差在1mm左右（以小瓶、小管能在大管內(nèi)自由移動(dòng)為宜）。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例2．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)時(shí)先在外管內(nèi)灌滿水，將小瓶（小管）插入外管后再倒轉(zhuǎn)成圖7.1.33所示垂直向下形式，此時(shí)可看見管內(nèi)水徐徐流下，小瓶不但不會(huì)落下，反而會(huì)漸漸上升，一直到管的頂部為止。aHhbc圖7.1.33有趣的實(shí)驗(yàn)

通過本實(shí)驗(yàn)可以說明，小瓶（小管）在大玻璃管內(nèi)上升的確是與大氣壓的作用有關(guān)的。因?yàn)?，?dāng)我們?cè)谟袡C(jī)玻璃管的封口上開一個(gè)小孔時(shí)，若開始實(shí)驗(yàn)時(shí)用手堵住小孔，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，小瓶徐徐上升；當(dāng)小瓶升到一定高度時(shí)，放開堵孔手指，小瓶立即落下，這時(shí)因長(zhǎng)管上端也有空氣，管內(nèi)形不成真空，所以小瓶（小管）會(huì)落下。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例3．實(shí)驗(yàn)成功所需條件

假定在兩管倒過來的一瞬間成圖7.1.33所示的情況（這時(shí)刻，水和小管還基本處于靜止?fàn)顟B(tài)）。我們以小管為研究對(duì)象，小管主要受到三個(gè)力：重力G、向上的大氣壓力F1=p0S(p0為大氣壓強(qiáng)、S為小管外徑截面積)、水對(duì)小管頂部外壁的向下的平均壓力F2=pb

S(pb

為小管頂部外壁所受平均壓強(qiáng)，可以認(rèn)為是b點(diǎn)的壓強(qiáng)）。小管所受向上的合力為：F=F1–F2-G式中，G

和F1是恒定的，而F2（pb）是隨實(shí)驗(yàn)條件而變化的。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例若開始時(shí)小管插入大管水中的深度是h。那么，只要水是靜止或流速很小，可以認(rèn)為這時(shí)大氣壓強(qiáng)在水中傳遞的過程中大小不變，而且各向同性。因此，小管頂部b處的平均壓強(qiáng)為：

pb=

pa-ρgh=p0–ρgh因而，

F2=（p0–ρgh

）S由此得到向上的合力的大小為：

F=F1–F2–G=ρghS

–G

由上式可知，在兩管倒過來的這一瞬間，如果ρghS>G，則F＞0，小管就要向上運(yùn)動(dòng)；如果ρghS<G

，則F＜0，小管就要向下運(yùn)動(dòng)。而hS就是開始時(shí)小管排開大管中水的體積。所以，這一實(shí)驗(yàn)要能做成功，必須滿足的一個(gè)條件是：開始時(shí)小管排開水的重力ρghS要大于小管本身的重力G。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例

為了使這個(gè)條件得到滿足，在操作時(shí)應(yīng)先將大管差不多灌滿水，再將小管放在大管中，使其正好浮在水中，這時(shí)ρghS=G，然后將小管盡可能往水中按下一些，使得ρghS>G，最后迅速將兩管倒過來。若實(shí)驗(yàn)條件選擇不當(dāng)，如h太小或G太大，此實(shí)驗(yàn)都難以成功。

當(dāng)小管向上運(yùn)動(dòng)后，大管中的水就被排擠而流出。這時(shí)，影響小管向上運(yùn)動(dòng)的因素（力）總共有四個(gè)，總的效果仍使F保持向上，即保持小管漸漸上升。

另外需要注意的是，大管、小管粗細(xì)相差不要太大，否則，即使剛開始的瞬間滿足ρghS>G的條件，但由于水迅速沿兩管壁流下，因而h迅速減小，從而使得F＜0，小管落下。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例13．微小形變的顯示實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^實(shí)驗(yàn)，將這類微小的形變加以放大，使學(xué)生能清楚地觀察到形變的發(fā)生。在中學(xué)物理課本原來采用如圖7-1-34所示的裝置來放大桌子的微小形變，后改為如圖7-1-35（a）所示的插有細(xì)玻璃管的盛滿水的玻璃瓶來演示，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)裝置。而且由于玻璃是很難形變的材料，能演示出它的形變更加令人信服。圖7-1-35（a）（b）（c）圖7-1-34B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例14.聲音振動(dòng)演示器在教學(xué)中演示”聲音的傳播”這部分內(nèi)容時(shí)，教師經(jīng)常會(huì)遇到以下三個(gè)問題：①聲音在空氣中的振動(dòng)是無形的，肉眼難以直接觀察。②中小學(xué)很難有這方面的演示器材。③學(xué)生由于生活閱歷較淺，理解掌握這部分知識(shí)有困難。根據(jù)以上情況閬中市北城小學(xué)的席筠梅和陳玉梅兩位老師利用激光器、小反射鏡、圓筒、振動(dòng)膜等設(shè)計(jì)制作了聲音振動(dòng)演示器，該儀器取材方便、制作簡(jiǎn)單值得推廣。根據(jù)相關(guān)介紹我們?cè)O(shè)計(jì)成如圖7-1-37所示的演示裝置。圖中（a）是演示器的照片，（b）是工作原理示意圖。其原理是利用聲音振動(dòng)通過空氣推動(dòng)圓筒上的振動(dòng)膜振動(dòng)，而與振動(dòng)膜粘在一起的反光鏡同樣發(fā)生振動(dòng)，從而使照射在反光鏡上的光線產(chǎn)生明顯晃動(dòng)，由此說明聲音是通過振動(dòng)而進(jìn)行傳播的。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例反光鏡振動(dòng)膜屏幕或墻壁圓筒底座聲源激光器圖7-1-37（a）（b）B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例15．氣體膨脹對(duì)外做功使內(nèi)能減少的實(shí)驗(yàn)演示圖7-1-38氣體膨脹對(duì)外做功使內(nèi)能減少的一個(gè)在生活中最常見的例子就是對(duì)自行車車胎放氣時(shí)氣嘴處溫度的明顯降低，這一般很少為人所注意，可引導(dǎo)學(xué)生自己去體驗(yàn)。7-1-38所示的由飲料瓶、熱敏電阻和橡膠球閥等組成的成霧裝置演示器也很說明問題。在天氣干燥時(shí)，實(shí)驗(yàn)前要往燒瓶中加一點(diǎn)水以加大瓶中空氣的濕度，同時(shí)最好灌少量煙進(jìn)燒瓶中，實(shí)驗(yàn)時(shí)將先用手捏壓橡膠球閥給瓶?jī)?nèi)加氣，加氣過程中通過數(shù)字電表觀察瓶?jī)?nèi)的熱敏電阻阻值減小可判斷瓶?jī)?nèi)溫度增加，這是由于空氣壓縮說明外界對(duì)氣體做功使氣體內(nèi)能增加。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例待稍加穩(wěn)定后然后突然松開瓶蓋，可看到燒瓶中立即出現(xiàn)整瓶的白霧；由于霧的產(chǎn)生是空氣中的水汽（氣態(tài)水，無色透明）遇冷凝結(jié)在空氣中的塵埃上所致，瓶中出現(xiàn)白霧的背后必定有氣體溫度的降低，與此同時(shí)，通過熱敏電阻阻值增大也可判斷瓶?jī)?nèi)溫度降低。因此，這就說明了氣體膨脹對(duì)外做功使內(nèi)能減少。圖7-1-38注意：放氣時(shí)速度要快！B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例希羅蒸汽機(jī)模型世界上第一臺(tái)蒸汽機(jī)是由古希臘數(shù)學(xué)家亞歷山大港的希羅（HeroofAlexandria）于1世紀(jì)發(fā)明的汽轉(zhuǎn)球。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例空氣熱機(jī)------斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的制作斯特林引擎--發(fā)動(dòng)機(jī)模型配件---熱氣缸B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例空氣熱機(jī)------斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的制作這種發(fā)動(dòng)機(jī)是倫敦的牧師羅巴特斯特林（RobertStirling）于1816年發(fā)明的，所以命名為“斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)”（Stirlingengine）。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是獨(dú)特的熱機(jī)，因?yàn)樗麄兝碚撋系男蕩缀醯扔诶碚撟畲笮?，稱為卡諾循環(huán)效率。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是通過氣體受熱膨脹、遇冷壓縮而產(chǎn)生動(dòng)力的。這是一種外燃發(fā)動(dòng)機(jī)，使燃料連續(xù)地燃燒，蒸發(fā)的膨脹氫氣（或氦）作為動(dòng)力氣體使活塞運(yùn)動(dòng)，膨脹氣體在冷氣室冷卻，反復(fù)地進(jìn)行這樣的循環(huán)過程。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例空氣熱機(jī)------斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的制作B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例16.內(nèi)燃機(jī)爆發(fā)原理的演示實(shí)驗(yàn)器材：一次性使用的紙杯、園柱形飲料瓶、廢打火機(jī)（或家用的電子煤氣點(diǎn)火器）、PVC塑料管圖7-1-39制作方法：

（1）取出廢打火機(jī)的壓電陶瓷點(diǎn)火裝置；（2）取一截直徑約19mm，長(zhǎng)150mm左右，即3/4吋的PVC塑料穿線管，在管端距管口40mm左右處根據(jù)打火機(jī)點(diǎn)火裝置尺寸垂直于管中心鉆一約5mm直徑的通孔后，在孔的一邊用小方銼銼出打火機(jī)壓電陶瓷點(diǎn)火裝置恰好可以插入的方孔。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例（3）用一塊厚約5mm的小廢塑料或有機(jī)玻璃塊將其銼成可以塞進(jìn)PVC塑料穿線管的帶錐狀的圓柱體，并在其中部相距5-6mm的位置鉆出直徑1mm左右的線孔。圖7-1-39（4）用兩段廢漆包線或單芯絕緣細(xì)線，其一端去除絕緣層后一根與火機(jī)點(diǎn)火裝置的高壓引線相接，另一根與火機(jī)點(diǎn)火裝置露出的圓柱狀金屬部分相接并用絕緣膠帶固定好后另外一端穿過帶錐狀的圓柱體小孔，將圓柱體塞入穿線管使其端面與線管端面平行，引線伸出40mm左右后剪斷，使兩剪口相距3-4mm左右后即制成點(diǎn)火裝置。（5）將飲料瓶剪去下面部分并使剪口整齊。將點(diǎn)火裝置插入瓶口并固定后用一個(gè)大小合適的紙杯套在飲料瓶點(diǎn)火裝置上剪整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置即全部完成。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例實(shí)驗(yàn)前在杯中噴一點(diǎn)（約5-8滴）易燃、易揮發(fā)的液體，如酒精、丙酮、汽油等，然后將點(diǎn)火器罩上用手縱向按壓杯子與點(diǎn)火器接觸處，一方面使之密封良好，另一方面通過手給杯子傳熱，使其中的液體全部揮發(fā)燃?xì)飧妆稽c(diǎn)燃。當(dāng)可燃性液體全部揮發(fā)變成氣體后，用手快速按下打火機(jī)按鍵就會(huì)看到一團(tuán)火光并聽到“膨”的一聲，杯子沖上空中，可達(dá)幾米高。如果不用打火機(jī)而用家用煤氣電子點(diǎn)火裝置制作本實(shí)驗(yàn)裝置可靠性更高。通過本實(shí)驗(yàn)演示除可說明內(nèi)燃機(jī)爆發(fā)原理外，還可說明可燃性液體、氣體安全使用的重要性，即凡是存有可燃和易燃易爆液體、氣體的地方絕對(duì)不能有火花或使用電器開關(guān)，否則極易引起爆炸危及生命和財(cái)產(chǎn)安全。注意事項(xiàng)：滴入杯中的汽油、酒精等可燃性液體不可太多但也不能太少，根據(jù)燃燒條件要注意可燃性氣體中燃料與空氣的混合比例要恰當(dāng)，若空氣太少氧氣不足則不可能燃燒爆炸。同樣燃料太少形不成可燃性氣體也不能燃燒爆炸。在前面描述的條件下一般可在滴入燃料液體后等數(shù)秒鐘后再蓋點(diǎn)火器罩再等待數(shù)秒即可演示。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例17．楞次定律演示實(shí)驗(yàn)原理:法拉第電磁感應(yīng)定律公式在SI中的形式：其中，Ф為磁通量，它的正方向與ε的正方向成右手螺旋關(guān)系，其中的負(fù)號(hào)是根據(jù)楞次定律確定的。這一負(fù)號(hào)確定了閉合回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，即感應(yīng)電流總是取抵抗磁通變化的方向，使引起磁通量變化的運(yùn)動(dòng)受到阻力。這實(shí)質(zhì)上是能量守恒定律的必然結(jié)果。感應(yīng)電流在閉合回路中流動(dòng)時(shí)釋放出焦耳熱。由能量守恒定律，能量不能無中生有，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，故閉合回路中感應(yīng)電流產(chǎn)生的焦耳熱也必是其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來的。在往閉合線圈插入磁棒或從其中拔出時(shí)都受到阻力，克服阻力就要做功，正是這部分功變成了焦耳熱，這是楞次定律指出的。設(shè)想若感應(yīng)電流的方向與楞次定律預(yù)期的相反，則必出現(xiàn)將磁棒插入或拔出過程中磁場(chǎng)不但對(duì)磁棒做功，又能產(chǎn)生感應(yīng)電流釋放焦耳熱，這顯然是違反能量守恒定律的。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例本實(shí)驗(yàn)中，兩鋁環(huán)由剛性桿連接平衡放置，可繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)鋁環(huán)完好，一個(gè)有小缺口，如圖7-1-40所示。圖7-1-40將磁棒插入完好鋁環(huán)，根據(jù)楞次定律，鋁環(huán)中因插入磁棒出現(xiàn)電磁感應(yīng)，感生電流的方向使自身磁場(chǎng)抵抗磁通的變化，這一相互作用力使此系統(tǒng)繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)；而用磁棒向有缺口的鋁環(huán)插入或拔出時(shí)，只有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而沒有感應(yīng)電流，因此無相互作用力，不使該系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例18．電磁驅(qū)動(dòng)演示圖7-1-41實(shí)驗(yàn)?zāi)康模豪秒姶膨?qū)動(dòng)裝置演示渦電流的機(jī)械效應(yīng)，即電磁驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置如圖7-1-41所示。用鐵絲彎成一個(gè)搖手柄，在柄端部用螺釘固定一塊剛性矩形板，在矩形板兩端再固定兩塊銣鐵硼材料制成的磁性較強(qiáng)的永久磁鐵。磁鐵對(duì)面固定一片可以靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的鋁圓盤，即構(gòu)成整個(gè)演示裝置。實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)動(dòng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)，在豎直平面上轉(zhuǎn)動(dòng)的鋁盤中將產(chǎn)生渦電流，其渦電流將阻礙鋁盤與磁鐵的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而使鋁盤跟隨磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電磁驅(qū)動(dòng)。即當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)，在豎直平面內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。由于渦流的機(jī)械效應(yīng)，驅(qū)動(dòng)盤也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)起來，兩者的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，但鋁盤的旋轉(zhuǎn)速度始終小于永磁體的轉(zhuǎn)速。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例19.

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)演示異步電動(dòng)機(jī)原理實(shí)驗(yàn)?zāi)康模河^察導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，演示感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作原理。如圖7-1-42所示。由一可繞一個(gè)定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)體（廢鋁質(zhì)易拉罐）和在它附近設(shè)置可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的永磁體組成。儀器組成圖7-1-42實(shí)驗(yàn)原理導(dǎo)體與磁場(chǎng)間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在導(dǎo)體中將產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流），渦流的方向總是力圖阻礙它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例若磁場(chǎng)是運(yùn)動(dòng)（轉(zhuǎn)動(dòng)）的，它附近導(dǎo)體中的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受到安培力，總是力圖推動(dòng)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)以減小這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)，異步電機(jī)就是基于此原理而制成的。之所以稱為“異步”，是因?yàn)橐箤?dǎo)體的運(yùn)動(dòng)能被利用來對(duì)外做功，必須使導(dǎo)體內(nèi)有一定的感應(yīng)電流，這個(gè)電流只有在磁場(chǎng)中受力而使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)才能對(duì)外做功。這個(gè)一定的感應(yīng)電流是靠導(dǎo)體與磁場(chǎng)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)感應(yīng)時(shí)而產(chǎn)生的，故不能企圖實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體與磁場(chǎng)的同步運(yùn)動(dòng)（它們之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)）。用圖7-1-42所示的裝置演示時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)永磁體時(shí)，導(dǎo)體（鋁質(zhì)易拉罐）也會(huì)跟著轉(zhuǎn)動(dòng)。圖7-1-42B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例

會(huì)飛的蛋B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例20．渦流的阻力與感應(yīng)電流（金屬環(huán)、線圈在磁體管外運(yùn)動(dòng)）演示導(dǎo)體與磁體之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于電磁感應(yīng)出現(xiàn)的渦電流引起的電磁阻力和感應(yīng)電流。實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)裝置磁體管磁鋼演示支架圓環(huán)及線圈圖7-1-43磁體管用一節(jié)長(zhǎng)1米，外徑16mm，內(nèi)徑12mm左右的PVC管，從距端口60mm處開始，每間隔55mm左右用手鋸和劃刀切割出寬8mm、長(zhǎng)20mm左右的磁鐵觀察窗，在每個(gè)觀察窗處放入兩粒直徑10×10mm的銣鐵硼磁鋼，磁鋼之間用長(zhǎng)55mm，直徑10mm左右的木棍、竹棍或泡沫塑料切成小條將其隔開并固定在管內(nèi)即成。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例磁體管磁鋼演示支架圓環(huán)及線圈圖7-1-43另用一段長(zhǎng)1米，外徑20mm，內(nèi)徑大于16mm左右的有機(jī)玻璃管或PVC管將其垂直固定在150×150mm左右的有機(jī)玻璃板或其它板材上作為演示支架。用長(zhǎng)70mm、寬10mm、厚0.3mm左右的薄銅皮制作兩個(gè)可在支架上自由滑動(dòng)的銅環(huán)，其中一個(gè)開口，一個(gè)利用焊接使其閉合。線圈由長(zhǎng)30mm，內(nèi)徑21~22mm左右的管材（可用瓶口內(nèi)徑在21-22mm左右的飲料瓶瓶口、瓶頸部分制作）及厚4mm，長(zhǎng)、寬為45×45mm左右的有機(jī)玻璃制作繞線骨架并用直徑0.15~0.2mm的漆包線繞1500圈，在骨架端部用紅、綠發(fā)光二極管通過反向并聯(lián)后再與線圈連接而成閉合回路。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例磁體管磁鋼演示支架圓環(huán)及線圈圖7-1-43本演示裝置演示由于電磁感應(yīng)而出現(xiàn)的阻尼現(xiàn)象。當(dāng)閉合銅環(huán)或線圈在磁體管外自由下落時(shí)，在銅環(huán)或線圈中會(huì)因與磁鐵之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而感應(yīng)出感應(yīng)電流。對(duì)于銅環(huán)來講由于其電阻較小，感應(yīng)電流將可能會(huì)很大，這個(gè)電流會(huì)產(chǎn)生阻礙銅環(huán)下落的電磁阻力，即銅環(huán)除受重力之外還要受到電磁阻力的作用，因此銅環(huán)下落一定的高度所需的時(shí)間就變長(zhǎng)了。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例而用開口銅環(huán)代替閉合銅環(huán)實(shí)驗(yàn)是由于開口銅環(huán)電阻很大不能形成閉合回路就不會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，沒有電磁阻力，因此，開口銅環(huán)下落同樣高度的時(shí)間僅是自由落體時(shí)間，它較閉合銅環(huán)下落所需的時(shí)間要短得多。對(duì)于具有很多匝數(shù)的線圈來講，線圈在磁體上下落時(shí)，線圈與磁體之間也會(huì)由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，雖然線圈匝數(shù)很多電阻較大但感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也比較高，因此感應(yīng)電流可以將發(fā)光二極管點(diǎn)亮。而且，根據(jù)楞次定律，線圈在磁體上運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)交替出現(xiàn)磁通增加、減少過程，線圈內(nèi)的感應(yīng)電流的方向也會(huì)交替變化，所以當(dāng)線圈在磁體上運(yùn)動(dòng)時(shí)可以看見兩支反向并接的二極管交替發(fā)光，說明線圈回路中存在感應(yīng)電流。磁體管磁鋼演示支架圓環(huán)及線圈圖7-1-43B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例21.氣體流速與壓強(qiáng)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉菔玖黧w內(nèi)流速大的地方壓強(qiáng)小的現(xiàn)象。儀器組成：廢筆竿、飲料瓶、乒乓球。實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)伯努利方程，在同一流管中有則等高的兩點(diǎn)處有故大v的地方壓強(qiáng)p就小，反之亦然。在一段流管中，若有一股氣流，由于氣流速度v大的地方壓強(qiáng)p小，處于側(cè)面或下面的壓強(qiáng)較大處的氣體就會(huì)壓過來。在與流速相垂直的平面內(nèi)，形成由氣壓高的區(qū)域（流速小）指向氣壓低的區(qū)域（流速大）的氣壓梯度，它等于氣體動(dòng)能密度的梯度，方向指向動(dòng)能密度減小的方向。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例在本實(shí)驗(yàn)中吹氣管與飲料瓶口處氣流速度最大，氣壓最小，隨著瓶頸向外逐漸的擴(kuò)張流速減小壓強(qiáng)增大，接近端口部分流速更小壓強(qiáng)更大所以會(huì)推動(dòng)乒乓球向處于吹氣管的瓶口運(yùn)動(dòng)并貼緊瓶口。圖7-1-45（1）若用本裝置橫向演示，如按圖7-1-44方式對(duì)準(zhǔn)筆管快速吹氣時(shí)將看到處在瓶子邊沿的乒乓球會(huì)向左跑向瓶口處貼緊瓶口。（2）若用本裝置縱向演示，如按圖7-1-45方式對(duì)準(zhǔn)筆管快速吹氣時(shí)將看到處在瓶子邊沿的乒乓球會(huì)向上跑，并向瓶口處貼緊瓶口。圖7-1-44B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例22.噴霧器原理演示伯努利方程的應(yīng)用－空吸作用，演示噴霧器原理實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簢婌F器原理：它是根據(jù)伯努利原理即在同一流管里，流速大的位置，壓強(qiáng)小；流速小的地方，壓強(qiáng)大。因此流體會(huì)自動(dòng)從高壓流向低壓。噴霧器就是利用流速大、壓強(qiáng)小的原理制成的。圖7-1-47圖7-1-46所示，讓空氣從小孔迅速流出，小孔附近的壓強(qiáng)小，容器里液面上方的空氣壓強(qiáng)大，液體就沿小孔下邊的細(xì)管升上來，從細(xì)管的上口流出后，受氣流的沖擊，被噴成霧狀。另外，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的汽化器，與噴霧器的原理是相同的。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例為此我們利用廢筆桿和筆芯再用少量易拉罐鐵皮做成如圖7-1-47所示的簡(jiǎn)易噴霧器演示裝置。演示時(shí)只要將筆芯插入水中，用嘴對(duì)準(zhǔn)筆桿用力吹氣即可看到水霧從噴口射出?！舅伎碱}】圖7-1-471.在自制噴霧器時(shí)，進(jìn)水管上口與噴氣口為什么要靠在一起？2.為什么噴口氣流速度越快，演示效果越好？B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例24．固體熱脹冷縮的實(shí)驗(yàn)演示我們知道許多物體都具有熱脹冷縮特性，稱為物體的熱膨脹現(xiàn)象。這是由于溫度升高，原子間的平距離增加，其體積增大所致。對(duì)于金屬材料來講因其熱脹系數(shù)比較小，通常只有10-5數(shù)量級(jí)，例如在20-200oC范圍內(nèi)，銅大約在1.64×10-5m/m·K左右，鐵大約在1.2×10-5m/m·K左右，鋼大約是1.1×10-5m/m·K左右，鋁大約是2.35×10-5m/m·K左右，因此要想直接觀察該現(xiàn)象比較困難。在中學(xué)物理教學(xué)中通常使用J2258型固體線脹演示器作為教學(xué)演示使用。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例（2）細(xì)銅線電加熱演示熱脹冷縮圖7-1-53給細(xì)導(dǎo)線通以大電流的方法，也可以演示熱脹冷縮現(xiàn)象，效果也很好且簡(jiǎn)便易行。制作一個(gè)長(zhǎng)20cm，寬10cm左右的底板，在板上固定兩個(gè)電極和接線插孔，再用一根φ=0.10-0.15mm左右的漆包線刮去外面絕緣漆后將兩端拉直壓接在接線柱上。如圖7-1-53所示，即做成電加熱式熱脹冷縮演示器。當(dāng)用一個(gè)低壓電源對(duì)導(dǎo)線供電時(shí)，即刻就可看到原來繃緊的漆包線明顯變松且冒煙，斷開電源開關(guān)，導(dǎo)線馬上重新被拉緊；若通電后再將導(dǎo)線拉緊固定，然后斷電，將可看到導(dǎo)線很快被拉斷。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)一氣呵成，整個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)間不到一分鐘，為加強(qiáng)可視性可以在細(xì)銅線中間掛一小紙片或廢氣球等或用攝像頭將實(shí)驗(yàn)過程用投影機(jī)放出則現(xiàn)象將更加生動(dòng)明顯。也可將該裝置側(cè)立起來放在投影儀上演示。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例25.焦耳定律實(shí)驗(yàn)演示儀焦耳定律是中學(xué)物理的重要內(nèi)容之一，只有通過演示實(shí)驗(yàn)學(xué)生才能更好地理解和掌握該部分教學(xué)內(nèi)容。現(xiàn)有的物理課本焦耳定律演示裝置如圖7-1-65所示。圖7-1-65若按課本的方法做有幾點(diǎn)不足：①由于裝煤油的玻璃燒杯容積比較大，加熱所需實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)。②煤油在玻璃管中上升的高度差不大，可見度??；③實(shí)驗(yàn)組件較多、較重、易碎，搬動(dòng)、使用均不太方便。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例由焦耳定律可知：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的平方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電的時(shí)間成正比，即Q=I2Rt。經(jīng)過研究和實(shí)踐，我們用廢棄的裝飾塑料板、廢棄小飲料瓶、電阻絲、吸管等材料制作的焦耳定律實(shí)驗(yàn)演示儀，具有快速、輕便、使用方便等特點(diǎn)，該儀器如圖7-1-67所示。圖7-1-67（1）（2）（3）（4）（5）（6）圖中（1）儀器座及面板，（2）飲料瓶，（3）放氣螺釘，（4）電熱絲及銅支架，（5）U型壓力計(jì)，（6）連接導(dǎo)線及電源接線柱。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例圖7-1-67（1）（2）（3）（4）（5）（6）制作方法（1）儀器座及面板均用厚10mm的裝飾塑料板制作，底座、面板兩部分之間采用榫卯方式連接。面板高330mm、寬320mm。底座長(zhǎng)320mm、寬150mm、高35mm。（2）將3個(gè)100-200mL左右的廢飲料瓶（其它能密封、透明的瓶均可），用清水洗滌晾干后在瓶頸較厚處用2.5mm鉆頭鉆孔后攻3mm標(biāo)準(zhǔn)螺紋作為放氣孔。（3）用一根簽字筆芯清洗后截出三段，每段長(zhǎng)25mm備用；將厚0.6-1mm左右的黃銅片或廢舊閘刀開關(guān)上的銅電極，切割成長(zhǎng)40mm，寬5mm左右的條狀后將其彎折成一邊長(zhǎng)8mm左右，另一邊長(zhǎng)32mm左右的電極支架，并在兩端離端面4mm處鉆出3mm的螺釘孔備用。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例圖7-1-67（1）（2）（3）（4）（5）（6）（4）在每個(gè)飲料瓶蓋上密封線內(nèi)鉆3個(gè)孔，其中兩個(gè)孔用M3螺釘將電極、焊片固定在一起，一個(gè)用于穿簽字筆芯用作U型壓力計(jì)連通孔。為了防止漏氣可在螺釘及筆芯與瓶蓋連接處用粘結(jié)劑密封。（5）電熱絲用500或800W電爐絲制取，截取阻值為R1=5Ω，R2=R3=R4=10Ω的四段電爐絲，將R1、R2、R3分別裝在三個(gè)瓶蓋的銅電極上，R4裝在儀器右邊支架上，圖7-1-67中A處。（6）U型壓力計(jì)如圖7-1-67所示，將計(jì)算機(jī)制作的刻度尺貼在儀器面板上后，用4mm或5mm粗的透明飲料管及橡膠管連接瓶蓋上簽字筆芯并用鐵皮將其固定在儀器面板上，并注意讓每個(gè)壓力計(jì)的高度器、起始位置均相同。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例實(shí)驗(yàn)方法（1）用注射器給每個(gè)壓力計(jì)注入3毫升左右?guī)в蓄伾乃?，并注意使每個(gè)壓力計(jì)內(nèi)的液柱高度及起始點(diǎn)均相同。（2）將放氣螺釘旋入瓶頸上的放氣孔，必要時(shí)可在螺釘上涂抹一點(diǎn)密封脂防止漏氣。（3）用導(dǎo)線連通電極及接線柱，用一可調(diào)范圍在3~12伏的直流穩(wěn)壓電源作為工作電源或在儀器背面設(shè)置一類似圖7-1-52所示電路原理的簡(jiǎn)易自制穩(wěn)壓電源做工作電源。（4）如圖7-1-68（a）所示，當(dāng)電熱絲R1，R2和R3串聯(lián)時(shí)，電阻R2=R3>R1但電流I相同，此時(shí)應(yīng)有Q2=Q3>Q1，當(dāng)接通電路時(shí)可看到裝有R2和R3兩個(gè)電阻絲的壓力計(jì)液柱上升的高度基本相同。而裝有電阻絲R1的壓力計(jì)液柱高度只有一半左右。（圖7-1-67所示）B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例R1R2(R2=R3>R1)R3EKR2R3R4EK(R2=R3=R4)(b)圖7-1-68圖7-1-69（5）如圖7-1-68（b）所示，當(dāng)電熱絲R3與R4并聯(lián)后再和R2串聯(lián)時(shí)，雖然R2=R3、但I(xiàn)3<I2，此時(shí)應(yīng)有Q3<Q2，接通電路時(shí)可看到R2瓶的液柱比R3瓶的液柱高。（圖7-1-69所示）B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例整個(gè)“焦耳定律”實(shí)驗(yàn)可分步完成也可一次完成?！舅伎碱}】：①通電后U型壓力計(jì)中的液柱為什么會(huì)上升？②R1和R2、R3串聯(lián)，二者電流相等，為什么R2瓶壓力計(jì)中的液柱比R1瓶塑料管中的水柱上升得高？③當(dāng)電阻R3和R4并聯(lián)后再與R2串聯(lián)時(shí)，R3=R2，為什么R2瓶的液柱比R3瓶的液柱高？④3個(gè)U型壓力計(jì)中的液柱上升高度，與通電時(shí)間長(zhǎng)短有何關(guān)系？⑤本實(shí)驗(yàn)裝置還有哪些不足和值得改進(jìn)的地方？B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例26.光的反射、折射、凸透鏡、凹透鏡等相關(guān)實(shí)驗(yàn)演示 光的反射、折射定律是幾何光學(xué)中最基本的物理定律，要想讓學(xué)生掌握好這部分知識(shí)，最好的方法就是通過演示實(shí)驗(yàn)的感性認(rèn)識(shí)加深學(xué)生對(duì)這一規(guī)律的理解。我們利用玩具激光筆、廢塑料板（也可用木板）、3mm、5mm厚的有機(jī)玻璃和少量電子元件制作了一件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、演示效果好，既能方便演示光的反射、折射、全反射等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，又能測(cè)試相關(guān)介質(zhì)的折射率，還可以用來演示學(xué)生比較難理解的凸透鏡匯聚光線、凹透鏡發(fā)散光線等的演示裝置。下面給大家做一簡(jiǎn)要介紹。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例儀器組成：30040320圖7-1-51裝置如圖7-1-51所示，全部裝置由底座（1），固體激光器（2），一半圓形（或等邊三角形）有機(jī)玻璃塊或由有機(jī)玻璃制成的能儲(chǔ)存液體的半圓形塊及凸透鏡、凹透鏡主截面模型（3），刻度盤（4）及背面的4.5伏直流穩(wěn)壓電源等組成。制作方法及注意事項(xiàng)：底座可用木板或塑料板制作，本裝置是用廢棄的10mm厚的塑料裝飾板制作其尺寸如圖7-1-51所示，可分為兩部分，下面底座部分長(zhǎng)300mm，寬150mm，高40mm。上面面板部分就是一塊寬300mm，高320mm的塑料裝飾板，兩者通過榫卯結(jié)構(gòu)連接。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例~220V+6.5~8VLM317-+R1300R21.k123UGHC210

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LM317圖7-1-52固體激光器是5元左右一只的玩具激光筆，考慮到所裝電池容量太小不能較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行演示，所以將其改成外接4.5V的直流穩(wěn)壓電源供電，其電路原理如圖7-1-52所示也很簡(jiǎn)單。經(jīng)測(cè)試玩具激光筆的工作電壓在4.5V時(shí)，電流大約40mA左右，因此變壓器功率在1伏安左右足矣。其余元件參數(shù)可參考原理圖所給出數(shù)值。調(diào)試R2可調(diào)節(jié)輸出端電壓UGH，注意輸出端電壓不要超過4.5V，而且最好在激光筆電源輸入端接上一個(gè)開關(guān)以防電源開啟瞬間的脈沖電壓損壞激光筆。即先開電源，再開激光筆。激光筆可通過一鍍鋅鐵皮固定在面板上，讓其可以轉(zhuǎn)動(dòng)。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例半圓形透鏡反射、折射演示器尺寸直徑約70mm，厚5mm用有機(jī)玻璃邊角料做成。制作時(shí)可先用圓規(guī)畫出圓或略大于半圓的圖形，然后用鋸、銼等方法切削、打磨出所需形狀，再用細(xì)銼、細(xì)沙紙依次打磨后其側(cè)端面用拋光機(jī)拋光使其能更好反射和折射，若沒有拋光機(jī)則在拋光時(shí)也可用毛巾平鋪在桌子上用手工來回摩察拋光。30040320圖7-1-51刻度盤先用厚3mm左右的透明有機(jī)玻璃或透明塑料板制作一直徑180mm左右的圓盤，在其圓心處鉆2.5mm孔用3mm絲錐攻出螺紋后用6mm左右的鉆頭鏵出沉頭螺釘孔后用一顆3×25的沉頭螺釘旋上使螺釘頭與圓盤保持在同一平面。將5mm厚的半圓形板對(duì)準(zhǔn)大圓盤中心用少量二氯乙烷粘結(jié)。利用計(jì)算機(jī)作出同樣直徑最小刻度1度的刻度盤，用打印機(jī)打出剪下后用固體膠和少量透明膠帶貼在圓盤上。（如果演示最小偏向角，則先在圓盤上貼上刻度盤再用螺釘將等邊三棱鏡模型固定在刻度盤上，等邊三棱鏡的制作材料、方法與半圓形演示器相同）刻度盤的形式如圖7-1-51所示。B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例實(shí)驗(yàn)原理ABNOir圖7-1-54光的反射：根據(jù)中學(xué)學(xué)過的反射定律可知，不論是透明物體還是不透明物體，都要反射一部分射到它表面上的光，實(shí)驗(yàn)證明，光在反射時(shí)遵循如下的規(guī)律：反射光線跟入射光線和法線在同一平面上，反射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè)，反射角等于入射角，如圖7-1-54所示。光的折射：當(dāng)光從一種介質(zhì)進(jìn)入到另一種介質(zhì)，例如從空氣進(jìn)入到玻璃（有機(jī)玻璃）中時(shí)，在兩種介質(zhì)的界面處，一部分光進(jìn)入到后一種介質(zhì)中去，并且改變了原來的傳播方向，這種現(xiàn)象叫做光的折射，如圖7-1-55示。ABN

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r空氣玻璃圖7-1-55nB．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例ABN

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r空氣玻璃圖7-1-55n入射光線與法線間的夾角i叫做入射角，折射光線與法線間的夾角r叫做折射角。折射光線跟入射光線和法線在同一平面上，并且分別位于法線的兩側(cè)。折射定律指出：當(dāng)波長(zhǎng)一定的單色光從真空（或空氣）射入另一透明物質(zhì)時(shí)，將產(chǎn)生折射，入射角i和折射角r之間有如下關(guān)系：

其中n為該透明物質(zhì)的折射率，它與通過該物質(zhì)的波長(zhǎng)有關(guān)。一般所說的固體或液體的折射率是對(duì)鈉黃光而言。（進(jìn)行相關(guān)演示并測(cè)折射率）B．自制物理實(shí)驗(yàn)教具案例由此可知臨界角θc僅與介質(zhì)的折射率的比值有關(guān)，利用上式也可測(cè)介質(zhì)的折射率。a介質(zhì)（n2）介質(zhì)（n1）θ2θ1θ1aacccbbθ2=90oθ1cθ1cθ1b圖7-1-56光的全反射原理當(dāng)入射角θ1

＞θc時(shí)，光線不會(huì)透過其界面，而全部反射到光密介質(zhì)內(nèi)部，也就是說光被全反射。如果在儀器其側(cè)面裝上幾只相互平行的激光筆并用有機(jī)玻璃制成凸透鏡、凹透鏡主截面模型，則還可以演示如圖7-1-58所示的