饮料瓶在物理实验教学中的应用

发布者：cj_wbp   发布时间：2016-07-06 10:14:52   点击数:

生活中有各种各样的废弃塑料饮料瓶，我一直在想怎样才能变废为宝、开发为课程资源，为实验教学“添砖加瓦”，使物理教学体现为“从生活走向物理，从物理走向科技”的新课程理念。同时“一物多用”的典型事例，能够逐步养成学生从多角度、多方位、多层次分析和解决问题的能力，促进创造性思维的发展。在这样思索下，本人在课堂教学中进行了探索，现介绍如下，以其抛砖引玉。

 

　　一、对饮料瓶不进行任何技术处理，就可以做如下实验

 

　　1．压缩气体体积，气体液化演示

 

　　拧开瓶盖，滴入几点乙醚，拧紧瓶盖后，稍待一会，蒸发，乙醚液体不见了。当用手挤压瓶体时，乙醚液体重新出现在瓶壁上。这表明压缩气体体积，气体被液化。

 

　　2．碘的升华与凝华演示

 

　　拧开瓶盖，用匙加入少些固态碘，拧紧瓶盖后，竖起将含有碘的瓶底，放入烧杯中的沸水里，就会观察到紫色的碘蒸气从瓶底上升，到瓶子的上部后重新凝华成闪闪发光的碘晶体。此时摇动饮料瓶时看到瓶底的碘仍然是固体，这比用烧瓶在酒精灯上加热出现液态碘的可操作更强。

 

　　3．物体的悬浮、上升、下降演示

 

　　（1）将几粒茶叶放入饮料瓶中，然后倒入多半瓶热水（不要倒满，留一部分空间，用于调节饮料瓶中的压强），最后旋紧瓶盖。

 

　　（2）观察到几粒茶叶中有的漂浮、有的下沉、也有的悬浮。选取一个漂浮的茶叶片为观察对象，用手挤压方形塑料饮料瓶正对的两侧面时，漂浮的茶叶片就会下降，当用力适度时茶叶片就会悬浮在热水中。

 

　　（3）若选取一个缓慢下降（或沉在瓶底）的茶叶片为观察对象，用手挤压方形塑料饮料瓶正对的两个棱时，下降的茶叶片就会停止下降（或瓶底的茶叶片上升），当用力适度时此茶叶片也会悬殊浮在水中。

 

　　实验原理：方形塑料饮料瓶挤压正对两侧面时，瓶的容积变小，内部压强增大，茶叶中浸入一些水而重力变大，当茶叶的重力等于浮力时就悬浮。当挤压方形塑料饮料瓶正对的两个棱时，瓶子的容积增大（数学证明略去），瓶内压强减小，浸入茶叶中的水分量减小，当茶叶的重力等于浮力时也会悬浮。

 

　　4．演示气体、液体分子之间有间隔

 

　　将空饮料瓶的瓶盖拧紧后，用手握住用力挤压，观察到瓶子发生的形变，体积减小，说明气体分子之间有间隔。将饮料瓶中盛满水，再拧紧瓶盖后，也用手握住使劲挤压，会观察到瓶子发生很小的形变，体积也减小，说明液体分子之间也有间隔。通过两次挤压后观察到形变的程度不同，说明了气体分子之间比液体分子之间间隔大。

 

　　5．演示光的直射、反射、折射现象

 

　　在一个比较粗一些的饮料瓶中充满香烟（或是卫生香）的烟雾，拧紧瓶盖，制成了显示光路器（能多个班级重复使用）。用激光笔从瓶底照向瓶口，能清晰地显示光在同一种物质中沿直线传播。若将瓶底放在平面镜上，用激光笔从侧面照向瓶底的平面镜照射时，会清晰地观察到入射光线和反射光线，给学生留下深刻的反射现象的表象。若一半是盛有未澄清的石灰水，一半是烟雾时，从侧面向石灰水面照射时，会清晰地观察到光的入射光线和折射光线。

 

　　6．分子不停地做无规则运动

 

　　将饮料瓶中滴入几滴酚酞试液，拧紧瓶盖后，上下倒置并旋转饮料瓶子，使管壁上涂有一层无色酚酞试液。然后，将瓶盖拧开后，在瓶盖里滴上两滴酚酞试液，并把饮料瓶倒置后，拧紧瓶盖，2秒钟后观察到饮料瓶内的氨分子与酚酞反应，从瓶口外开始逐渐向上变红，表明氨分子不停地做无规则运动。特点：饮料瓶由无色变成红色，色彩鲜艳，能激发求知欲望，而且不污染环境。

 

　　7．演示竖直方向

 

　　对具有物理意义的“竖直”，学生不能很好的认识，理解起来费力，以至在有些问题中对重力和浮力的方向不能正确把握。

　　　　　　　　

　　如图1、图2所示，A是塑料饮料瓶；B是水；C是用线系好固定在瓶盖上的铁球；D是用细线系好固定在瓶盖上的氢气球。演示时，将组装好的饮料瓶A正立、B倒立时，学生会观察到系有铁球C和系有氢气球D的线段方向是竖直的方向；若将饮料瓶A、B倾斜时，学生也会观察到系有铁球C和系有氢气球D的线段方向仍与水平面是竖直的，从而生动形象地表明重力的方向和浮力的方向总是竖直的。

 

　　9．证明大气压存在的演示

 

　　方法a：拧开塑料饮料瓶的瓶盖后，用打火机点燃浸过酒精的棉花团，用镊子放入塑料饮料瓶中，随即旋紧瓶口，火熄灭片刻后，塑料饮料瓶就发生明显的变形，同时有喀喀声音的出现。这是棉花团在瓶内燃烧，消耗氧气，体积膨胀又溢出，封口冷却后，瓶内气压减小，外界大气压把瓶压变形了。松开瓶盖后，空气进入内外气压平衡，在弹力的作用下，瓶身恢复了原样。

 

　　方法b：饮料瓶中盛满水，用一硬纸片（或塑片）挡住瓶口后，用手支撑着倒立过来，松手后，所挡的硬纸片掉不下来。再缓慢地使饮料瓶在竖直面转动360度，硬纸片也倒不下来的，从而形象生动地证明大气压的存在。

 

　　方法c：将饮料瓶用手挤压使它发生形变，让瓶内的气体被排出一部分后，把瓶口与自己的脸（或吹起的玩具气球上）上相接触，松手后，饮料瓶子就被“沾”在脸上了。这是饮料瓶瓶身的向外弹力作用下体积增大，内部压强减小，瓶外的大气压使饮料瓶“压”在人脸（或吹起的玩具气球上）上了。

 

　　方法d ：如图所示，饮料瓶中盛满水，用带有较长（1．6～1．8m）橡胶管的塞子塞紧瓶口，将饮料瓶子倒立进过来，瓶中的水从橡胶管中流入容器中，随着水流入容器的增多，饮料瓶就发生形变，同时有声音的出现。这是由于瓶内水的流出使瓶内气压减小，外界大气压作用在瓶子上的缘故。

 

 

     

 

　　方法e：将饮料瓶拧开瓶盖后，用手按入水槽中使瓶中充满水，然后把饮料瓶倒立在水槽中，慢慢提起，直至瓶口不离开水面为止，液面不下降（并与托里拆利实验对比，使学生感悟出，当时托里拆利实验为什么用水银做实验），从而说明大气压强的存在。

 

　　10．演示空气振动产生声音及音调变化

 

　　方法a：在几个饮料瓶中盛入不同深度的水，将瓶口移至嘴边吹气，可以听到不同音调的声音产生。空气柱越短的，音调越高，反之，空气柱越长，音调越低。

 

　　方法b：在饮料瓶中盛入小部分水，用手握住后，将饮料瓶口移到嘴边、吹气，学生会听到一种音调的声音。若一边吹气，一边用手挤压饮料瓶水面升高时，学生又会听见不同音调的声音。

 

　　二、若对饮料瓶进行稍稍加工就会产生了“多功能瓶”

 

　　改进一：把自行车内袋上具有单向导气的气门芯，固定在瓶的盖上，这样就制成了可作如下实验：

 

　　1．演示空气有浮力

 

　　人类长时间生活在空气中，对空气的浮力适应，感受不到有浮力的存在，有下面的实验，使学生直观体会到空气中的物体有浮力。用打气筒给多功能瓶充气，然后气球套紧在气门芯上，并用线系好。放在天平上使天平平衡，将套在气球内的螺丝帽松动，使气球膨胀，天平左端上升。在左端质量不变的情况下，左端上升是体积大浮力变大的缘故。

 

　　2．演示空气有质量

 

　　空气有质量的直观表象是理解大气压强的关键，在新教材中没有编排这一实验，学生觉察不到大气有质量，因此，我们增加了该实验，天平调平后，将“多功能瓶”放在天平左盘上，右盘加砝码使天平平衡；然后用打气筒往“多功能瓶”中充8～9次后，再放在天平左盘上，发现左盘迅速下降，要使用天平再平衡，需要往右盘加1g多的砝码，这表明空气有质量。

 

　　3．演示对外做功内能减少

 

　　打开瓶盖、滴入几滴乙醚，拧紧瓶盖，在用打气筒充气后，看见瓶内的乙醚蒸发透明，然后慢慢松开瓶盖，同学们会看见瓶内出现了“白气”，这表明气体对外做功，气体的内能减小，温度降底而使乙醚液化的原因。

 

　　4．演示反冲运动

 

　　用打气筒往“多功能瓶”中充10～15次的空气后，将充足空气的多功能瓶放在水池中的水面上，然后旋松气门芯的螺丝，使气体放出，会观察到多功能饮料瓶，在水面上快速地前进着。

 

　　改进二：在饮料瓶上从上向下用针扎三个等距离的小孔可做如下实验．

 

　　1．大气压的存在

 

　　饮料瓶中盛满水，拧紧瓶盖后，放在水平桌面上。用锥子在周围扎一些小眼（直径小于3mm），水并未流出，这是瓶内水产生的压强，小于外界大气压的缘故；当用手拧松瓶盖时，瓶内的水与大气压产生的压强之和大于瓶外的大气压，因此水就从所扎的小眼向外喷射出来，形成美丽的水帘。

 

　　2．液体的压强随深度的增加而增大

 

　　将带有三孔的饮料瓶，用手按入水中充满水后，不盖瓶盖时，从水中提出水面来，可观察到不同深度的水射程不同，从而说明液体的压强，随着深度的增加而增大。

 

　　3．演示失重和超重

 

　　将带有三孔的饮料瓶，用手按入水中充满水，拧紧瓶盖后，从水中提出来（水不溢出，是大气压的作用）。然后打开瓶盖，水从小孔射出，将饮料瓶提高位置，松手使饮料瓶自由下落，小孔中没有水射出。当瓶子落至地面前，用手接住，这时水又从小孔射出来。再竖直上抛时，也会观察到水不溢出。再下落时，又会看到没有水从小孔射出。这是因为当自由下落时，水受到的重力全部用作自由落体加速度g，不产生附加压强，完全“失重”了。而竖直上抛时，作减速上升的运动时，负加速度也是重力产生的，也“失重”了。

 

　　4．演示帕斯卡定律

 

　　将带有三孔的饮料瓶，用手按入水中充满水，拧紧瓶盖后，用手挤压饮料瓶，会观察到从三个孔中射出来的射程是一样的。从而说明加在密闭液体上的压强，能够按着原来的大小不变地传递。

 

　　通过以上几例，我们做如下思索：设计简单教具，不是老、少、边、穷地方取代国拔教具的简单替代，而是低成本实验的真正魅力所在，那就是成本低智慧不低，成本低价值不低，这也是开发高智慧、高教育价值的重要研究课题。