飲料瓶在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的種種應(yīng)用

　　飲料瓶在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的種種應(yīng)用

　　生活中有各種各樣的廢棄塑料飲料瓶，我一直在想怎樣才能變廢為寶、開(kāi)發(fā)為課程資源，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)“添磚加瓦”，使物理教學(xué)體現(xiàn)為“從生活走向物理，從物理走向科技”的新課程理念。同時(shí)“一物多用”的典型事例，能夠逐步養(yǎng)成學(xué)生從多角度、多方位、多層次分析和解決問(wèn)題的能力，促進(jìn)創(chuàng)造性思維的發(fā)展。在這樣思索下，本人在課堂教學(xué)中進(jìn)行了探索，現(xiàn)介紹如下，以其拋磚引玉。

　　一、對(duì)飲料瓶不進(jìn)行任何技術(shù)處理，就可以做如下實(shí)驗(yàn)

　　1．壓縮氣體體積，氣體液化演示

　　擰開(kāi)瓶蓋，滴入幾點(diǎn)乙醚，擰緊瓶蓋后，稍待一會(huì)，蒸發(fā)，乙醚液體不見(jiàn)了。當(dāng)用手?jǐn)D壓瓶體時(shí)，乙醚液體重新出現(xiàn)在瓶壁上。這表明壓縮氣體體積，氣體被液化。

　　2．碘的升華與凝華演示

　　擰開(kāi)瓶蓋，用匙加入少些固態(tài)碘，擰緊瓶蓋后，豎起將含有碘的瓶底，放入燒杯中的沸水里，就會(huì)觀察到紫色的碘蒸氣從瓶底上升，到瓶子的上部后重新凝華成閃閃發(fā)光的碘晶體。此時(shí)搖動(dòng)飲料瓶時(shí)看到瓶底的碘仍然是固體，這比用燒瓶在酒精燈上加熱出現(xiàn)液態(tài)碘的可操作更強(qiáng)。

　　3．物體的懸浮、上升、下降演示

　　（1）將幾粒茶葉放入飲料瓶中，然后倒入多半瓶熱水（不要倒?jié)M，留一部分空間，用于調(diào)節(jié)飲料瓶中的壓強(qiáng)），最后旋緊瓶蓋。

　�。�2）觀察到幾粒茶葉中有的漂浮、有的下沉、也有的懸浮。選取一個(gè)漂浮的茶葉片為觀察對(duì)象，用手?jǐn)D壓方形塑料飲料瓶正對(duì)的兩側(cè)面時(shí)，漂浮的茶葉片就會(huì)下降，當(dāng)用力適度時(shí)茶葉片就會(huì)懸浮在熱水中

　�。�3）若選取一個(gè)緩慢下降（或沉在瓶底）的茶葉片為觀察對(duì)象，用手?jǐn)D壓方形塑料飲料瓶正對(duì)的兩個(gè)棱時(shí)，下降的茶葉片就會(huì)停止下降（或瓶底的茶葉片上升），當(dāng)用力適度時(shí)此茶葉片也會(huì)懸殊浮在水中。

　　實(shí)驗(yàn)原理：方形塑料飲料瓶擠壓正對(duì)兩側(cè)面時(shí)，瓶的容積變小，內(nèi)部壓強(qiáng)增大，茶葉中浸入一些水而重力變大，當(dāng)茶葉的重力等于浮力時(shí)就懸浮。當(dāng)擠壓方形塑料飲料瓶正對(duì)的兩個(gè)棱時(shí)，瓶子的容積增大（數(shù)學(xué)證明略去），瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減小，浸入茶葉中的水分量減小，當(dāng)茶葉的重力等于浮力時(shí)也會(huì)懸浮。

　　4．演示氣體、液體分子之間有間隔

　　將空飲料瓶的瓶蓋擰緊后，用手握住用力擠壓，觀察到瓶子發(fā)生的形變，體積減小，說(shuō)明氣體分子之間有間隔。將飲料瓶中盛滿水，再擰緊瓶蓋后，也用手握住使勁擠壓，會(huì)觀察到瓶子發(fā)生很小的形變，體積也減小，說(shuō)明液體分子之間也有間隔。通過(guò)兩次擠壓后觀察到形變的程度不同，說(shuō)明了氣體分子之間比液體分子之間間隔大。

　　5．演示光的直射、反射、折射現(xiàn)象

　　在一個(gè)比較粗一些的飲料瓶中充滿香煙（或是衛(wèi)生香）的煙霧，擰緊瓶蓋，制成了顯示光路器（能多個(gè)班級(jí)重復(fù)使用）。用激光筆從瓶底照向瓶口，能清晰地顯示光在同一種物質(zhì)中沿直線傳播。若將瓶底放在平面鏡上，用激光筆從側(cè)面照向瓶底的平面鏡照射時(shí)，會(huì)清晰地觀察到入射光線和反射光線，給學(xué)生留下深刻的反射現(xiàn)象的表象。若一半是盛有未澄清的石灰水，一半是煙霧時(shí)，從側(cè)面向石灰水面照射時(shí)，會(huì)清晰地觀察到光的入射光線和折射光線。

　　6．分子不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)

　　將飲料瓶中滴入幾滴酚酞試液，擰緊瓶蓋后，上下倒置并旋轉(zhuǎn)飲料瓶子，使管壁上涂有一層無(wú)色酚酞試液。然后，將瓶蓋擰開(kāi)后，在瓶蓋里滴上兩滴酚酞試液，并把飲料瓶倒置后，擰緊瓶蓋，2秒鐘后觀察到飲料瓶?jī)?nèi)的氨分子與酚酞反應(yīng)，從瓶口外開(kāi)始逐漸向上變紅，表明氨分子不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：飲料瓶由無(wú)色變成紅色，色彩鮮艷，能激發(fā)求知欲望，而且不污染環(huán)境。

　　7．演示豎直方向

　　對(duì)具有物理意義的“豎直”，學(xué)生不能很好的認(rèn)識(shí)，理解起來(lái)費(fèi)力，以至在有些問(wèn)題中對(duì)重力和浮力的方向不能正確把握。

　　如圖1、圖2所示，A是塑料飲料瓶；B是水；C是用線系好固定在瓶蓋上的鐵球；D是用細(xì)線系好固定在瓶蓋上的氫氣球。演示時(shí)，將組裝好的飲料瓶A正立、B倒立時(shí)，學(xué)生會(huì)觀察到系有鐵球C和系有氫氣球D的線段方向是豎直的方向；若將飲料瓶A、B傾斜時(shí)，學(xué)生也會(huì)觀察到系有鐵球C和系有氫氣球D的線段方向仍與水平面是豎直的，從而生動(dòng)形象地表明重力的方向和浮力的方向總是豎直的。

　　9．證明大氣壓存在的演示

　　方法a：擰開(kāi)塑料飲料瓶的瓶蓋后，用打火機(jī)點(diǎn)燃浸過(guò)酒精的棉花團(tuán)，用鑷子放入塑料飲料瓶中，隨即旋緊瓶口，火熄滅片刻后，塑料飲料瓶就發(fā)生明顯的變形，同時(shí)有喀喀聲音的出現(xiàn)。這是棉花團(tuán)在瓶?jī)?nèi)燃燒，消耗氧氣，體積膨脹又溢出，封口冷卻后，瓶?jī)?nèi)氣壓減小，外界大氣壓把瓶壓變形了。松開(kāi)瓶蓋后，空氣進(jìn)入內(nèi)外氣壓平衡，在彈力的作用下，瓶身恢復(fù)了原樣。

　　方法b：飲料瓶中盛滿水，用一硬紙片（或塑片）擋住瓶口后，用手支撐著倒立過(guò)來(lái)，松手后，所擋的硬紙片掉不下來(lái)。再緩慢地使飲料瓶在豎直面轉(zhuǎn)動(dòng)360度，硬紙片也倒不下來(lái)的，從而形象生動(dòng)地證明大氣壓的存在。

　　方法c：將飲料瓶用手?jǐn)D壓使它發(fā)生形變，讓瓶?jī)?nèi)的氣體被排出一部分后，把瓶口與自己的臉（或吹起的玩具氣球上）上相接觸，松手后，飲料瓶子就被“沾”在臉上了。這是飲料瓶瓶身的向外彈力作用下體積增大，內(nèi)部壓強(qiáng)減小，瓶外的大氣壓使飲料瓶“壓”在人臉（或吹起的玩具氣球上）上了。

　　方法d：如圖所示，飲料瓶中盛滿水，用帶有較長(zhǎng)（1．6～1．8m）橡膠管的塞子塞緊瓶口，將飲料瓶子倒立進(jìn)過(guò)來(lái)，瓶中的水從橡膠管中流入容器中，隨著水流入容器的增多，飲料瓶就發(fā)生形變，同時(shí)有聲音的出現(xiàn)。這是由于瓶?jī)?nèi)水的流出使瓶?jī)?nèi)氣壓減小，外界大氣壓作用在瓶子上的緣故。

　　方法e：將飲料瓶擰開(kāi)瓶蓋后，用手按入水槽中使瓶中充滿水，然后把飲料瓶倒立在水槽中，慢慢提起，直至瓶口不離開(kāi)水面為止，液面不下降（并與托里拆利實(shí)驗(yàn)對(duì)比，使學(xué)生感悟出，當(dāng)時(shí)托里拆利實(shí)驗(yàn)為什么用水銀做實(shí)驗(yàn)），從而說(shuō)明大氣壓強(qiáng)的存在。

　　10．演示空氣振動(dòng)產(chǎn)生聲音及音調(diào)變化

　　方法a：在幾個(gè)飲料瓶中盛入不同深度的水，將瓶口移至嘴邊吹氣，可以聽(tīng)到不同音調(diào)的聲音產(chǎn)生�？諝庵�越短的，音調(diào)越高，反之，空氣柱越長(zhǎng)，音調(diào)越低。

　　方法b：在飲料瓶中盛入小部分水，用手握住后，將飲料瓶口移到嘴邊、吹氣，學(xué)生會(huì)聽(tīng)到一種音調(diào)的聲音。若一邊吹氣，一邊用手?jǐn)D壓飲料瓶水面升高時(shí)，學(xué)生又會(huì)聽(tīng)見(jiàn)不同音調(diào)的聲音。

　　二、若對(duì)飲料瓶進(jìn)行稍稍加工就會(huì)產(chǎn)生了“多功能瓶”

　　改進(jìn)一：把自行車內(nèi)袋上具有單向?qū)�氣的氣門芯，固定在瓶的蓋上，這樣就制成了可作如下實(shí)驗(yàn)：

　　1．演示空氣有浮力

　　人類長(zhǎng)時(shí)間生活在空氣中，對(duì)空氣的浮力適應(yīng)，感受不到有浮力的存在，有下面的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生直觀體會(huì)到空氣中的物體有浮力。用打氣筒給多功能瓶充氣，然后氣球套緊在氣門芯上，并用線系好。放在天平上使天平平衡，將套在氣球內(nèi)的螺絲帽松動(dòng)，使氣球膨脹，天平左端上升。在左端質(zhì)量不變的情況下，左端上升是體積大浮力變大的緣故。

　　2．演示空氣有質(zhì)量

　　空氣有質(zhì)量的直觀表象是理解大氣壓強(qiáng)的關(guān)鍵，在新教材中沒(méi)有編排這一實(shí)驗(yàn)，學(xué)生覺(jué)察不到大氣有質(zhì)量，因此，我們?cè)黾恿嗽搶?shí)驗(yàn)，天平調(diào)平后，將“多功能瓶”放在天平左盤上，右盤加砝碼使天平平衡；然后用打氣筒往“多功能瓶”中充8～9次后，再放在天平左盤上，發(fā)現(xiàn)左盤迅速下降，要使用天平再平衡，需要往右盤加1g多的砝碼，這表明空氣有質(zhì)量。

　　3．演示對(duì)外做功內(nèi)能減少

　　打開(kāi)瓶蓋、滴入幾滴乙醚，擰緊瓶蓋，在用打氣筒充氣后，看見(jiàn)瓶?jī)?nèi)的乙醚蒸發(fā)透明，然后慢慢松開(kāi)瓶蓋，同學(xué)們會(huì)看見(jiàn)瓶?jī)?nèi)出現(xiàn)了“白氣”，這表明氣體對(duì)外做功，氣體的內(nèi)能減小，溫度降底而使乙醚液化的原因。

　　4．演示反沖運(yùn)動(dòng)

　　用打氣筒往“多功能瓶”中充10～15次的空氣后，將充足空氣的多功能瓶放在水池中的水面上，然后旋松氣門芯的螺絲，使氣體放出，會(huì)觀察到多功能飲料瓶，在水面上快速地前進(jìn)著。

　　改進(jìn)二：在飲料瓶上從上向下用針扎三個(gè)等距離的小孔可做如下實(shí)驗(yàn)．

　　1．大氣壓的存在

　　飲料瓶中盛滿水，擰緊瓶蓋后，放在水平桌面上。用錐子在周圍扎一些小眼（直徑小于3mm），水并未流出，這是瓶?jī)?nèi)水產(chǎn)生的壓強(qiáng)，小于外界大氣壓的緣故；當(dāng)用手?jǐn)Q松瓶蓋時(shí)，瓶?jī)?nèi)的水與大氣壓產(chǎn)生的壓強(qiáng)之和大于瓶外的大氣壓，因此水就從所扎的小眼向外噴射出來(lái)，形成美麗的水簾。

　　2．液體的壓強(qiáng)隨深度的增加而增大

　　將帶有三孔的飲料瓶，用手按入水中充滿水后，不蓋瓶蓋時(shí)，從水中提出水面來(lái)，可觀察到不同深度的水射程不同，從而說(shuō)明液體的壓強(qiáng)，隨著深度的增加而增大。

　　3．演示失重和超重

　　將帶有三孔的飲料瓶，用手按入水中充滿水，擰緊瓶蓋后，從水中提出來(lái)（水不溢出，是大氣壓的作用）。然后打開(kāi)瓶蓋，水從小孔射出，將飲料瓶提高位置，松手使飲料瓶自由下落，小孔中沒(méi)有水射出。當(dāng)瓶子落至地面前，用手接住，這時(shí)水又從小孔射出來(lái)。再豎直上拋時(shí)，也會(huì)觀察到水不溢出。再下落時(shí)，又會(huì)看到?jīng)]有水從小孔射出。這是因?yàn)楫?dāng)自由下落時(shí)，水受到的重力全部用作自由落體加速度g，不產(chǎn)生附加壓強(qiáng)，完全“失重”了。而豎直上拋時(shí)，作減速上升的運(yùn)動(dòng)時(shí)，負(fù)加速度也是重力產(chǎn)生的，也“失重”了。

　　4．演示帕斯卡定律

　　將帶有三孔的飲料瓶，用手按入水中充滿水，擰緊瓶蓋后，用手?jǐn)D壓飲料瓶，會(huì)觀察到從三個(gè)孔中射出來(lái)的射程是一樣的。從而說(shuō)明加在密閉液體上的壓強(qiáng)，能夠按著原來(lái)的大小不變地傳遞。

　　通過(guò)以上幾例，我們做如下思索：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單教具，不是老、少、邊、窮地方取代國(guó)拔教具的簡(jiǎn)單替代，而是低成本實(shí)驗(yàn)的真正魅力所在，那就是成本低智慧不低，成本低價(jià)值不低，這也是開(kāi)發(fā)高智慧、高教育價(jià)值的重要研究課題。