饮料瓶在物理实验中的妙用

饮料瓶在物理实验中的妙用天津市塘沽区盐场中学孙金强摘要：物理学是以实验为基础的科学，加强物理实验教学是提高物理教学效果的有效途径。

在教学过程中，教师要引导学生使用我们身边的物品进行各种物理实验和探究活动，从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神。

关键词：饮料瓶声光、热力《物理课程标准》指出：物理学由实验和理论两部分组成。

物理学实验是人类认识世界的一种重要活动，是进行科学研究的基础。

由人民教育出版社出版的义务教育课程标准实验教科书（以下称“新教材”）充分体现了这一物理课程的性质。

物理实验是激发学生学习物理兴趣的有效手段，也是初中物理教学中大面积提高教学质量的重要一环。

初中年龄段的学生大都具有强烈的操作兴趣，希望亲自动手多做实验。

教师要充分保护和利用这个积极性，让学生更多地参加物理实验和探究活动。

新教材把过去教学中的许多演示实验变成了学生的探究活动，这样处理的目的就是使学生在动眼、动口、动脑、动手、变学为思、变学为悟等方面的综合素质得到较好的发展，通过实验探究让学生总结和归纳物理规律。

新教材中的“想想议议”、“想想做做”和“动手动脑学物理”等栏目中的“小制作、小实验”等内容占了比较大的比重，而这些活动内容大部分可以用我们身边的物品来完成。

使用身边随手可得的物品进行各种物理实验和探究活动，可以拉近物理学与生活的距离，让学生深切地感受到科学的真实性，感受到科学和社会、科学和日常生活的关系。

另一方面，由于这些物品本来的用途并不是进行物理实验，所以这种做法本身就是一种创新。

不能把低成本实验仅仅看作解决设备不足问题的权宜之计。

我们生活中能用来做物理实验的物品很多。

下面介绍几个巧用饮料瓶来演示和探究初中物理实验的例子。

一、声学实验1．探究声音的音调方法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、光学试验1．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。

三、热学实验1．探究白色和黑色物体吸热能力的强弱用白纸和黑纸包住两个装满水的塑料瓶，在太阳光下照射相同的时间后，看看谁的温度升得高。

温度升得越高，说明其吸收的热量就越多，其吸热能力就越强。

2．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。

3．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。

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．演示对外做功内能减少把自行车内袋上具有单向导气的气门芯，固定在瓶的盖上，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。

6．演示反冲运动把自行车内袋上具有单向导气的气门芯，固定在瓶的盖上，用打气筒往瓶中充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。

7．巧用饮料瓶证明大气压的存在方法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，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，随着水的流出，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。

方法f：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。

另取一空饮料瓶中盛满水，拧紧瓶盖后，放在水平桌面上。

用锥子在在饮料瓶下部侧壁扎一细孔（注意扎孔时不要用力挤按饮料瓶）。

当扎完小孔后会发现并没有水流出，在第一个孔的相同高度处，任意位置再扎一个细孔后发现依然没有水流出来。

这是由于大气压的作用的结果，并且证明了大气压是各个方向都存在的，与液体压强特点形成对比。

之后在前两个细孔的上方再烫一细孔后，发现下面的细孔向外流水，而上面的细孔不向外流水，并且有空气从此处进入饮料瓶内上方。

如果拧开饮料瓶的瓶盖会发现三孔都会流水。

且小孔位置越靠近瓶底，水柱喷的越远。

又把同一液体内部压强随着深度的增加而增大联系起来，有利于形成前后知识的结构体系。

五、力学实验1．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，把自行车内袋上具有单向导气的气门芯，固定在瓶的盖上，做成“多功能瓶”，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。

2．演示力的作用效果与力的三要素双手挤压塑料瓶，可以使瓶发生不同程度的凹陷变形，说明力可以使物体发生形变。

如果施加的力越大，瓶子的形变程度也就越大，表明力的作用效果跟力的大小有关。

用手推装满水的塑料瓶使其运动，说明力可以改变物体的运动状态。

推力方向不同，塑料瓶运动的方向也不同，说明力的作用效果跟力的方向有关。

将装满水的塑料瓶竖立在桌面上，用手指推瓶盖与瓶身，发现推瓶盖时瓶子更容易倾倒，说明力的作用效果跟力的作用点有关。

3．演示物体的惯性用手将一塑料瓶扔出，离开手后瓶仍然继续朝前运动，说明物体具有惯性。

将矿泉水瓶放倒在水平桌面上，向它的侧面吹气，它会很容易被吹的滚动起来。

当将瓶中装满水再用同样的力吹它时，它却不容易被吹动。

当用同样的力使它们滚动起来时，装满水的瓶子滚动的较远。

这些现象说明：质量大的物体不容易改变运动状态，即质量大的物体惯性大。

4．探究压力的作用效果将装有一半水的塑料瓶竖放在一块软海绵上，观察海绵的凹陷情况；再将塑料瓶内装满水，重新竖放在这块软海绵上，比较这两种情况中塑料瓶对海绵的作用效果，从而得出压力的作用效果跟压力的大小有关。

把一装满水的塑料瓶分别正放、倒放在海绵上，观察并比较海绵的凹陷情况，表明压力的作用效果跟受力面积有关。

5．探究液体压强在一塑料瓶的瓶口包上一橡皮膜，将其瓶口压入水中，橡皮膜发生凹陷，说明液体内部存在压强。

在塑料瓶的侧壁上的不同高度的地方扎三个小孔，再往瓶内倒水，比较水从孔中喷出的远近，最终得出液体压强跟深度有关，深度越大，压强越大。

6．探究液体压强与流速的关系在塑料瓶中装上适量的水，左手拿着一支吸管竖直插入瓶内水中，右手横拿着另一支吸管，将嘴对着横管的一端用力吹气，观察管内液面和管口的情况，从而得出“流体流动，流速越大的位置，压强越小”的结论。

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垂直的，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。

8．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。

9．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。