铅笔在初中物理实验中的应用

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  在我们身边有大量的物理教学资源,我们可以充分利用这些教学资源,开发低成本实验。这些小实验虽然成本低,结构简单,但能让学生直观抓住问题的物理核心。而且,开发低成本实验,学生的参与面会更广。如学生的文具盒中通常有铅笔、圆珠笔、橡皮、刻度尺、三角板、圆规、胶带等等,在物理课堂教学中如能很好地加以利用,就可以完成很多物理小实验,帮助学生直观感受物理现象,深刻理解物理规律,体验物理之美。下面就以学生最常用的铅笔为例,来说明开发低成本实验,在物理实验教学中是可行的。
  一、力学部分
  1.测量质量及长度
  先估测一支铅笔的质量或长度,然后用天平或刻度尺进行测量,看你估计的是否准确。
  2.测量细铜丝的直径
  将细铜丝紧密地缠绕在铅笔上N匝,用刻度尺测出细铜丝缠绕的总长度L,则细铜丝的直径为D=L/N。
  3.固体可以传声
  将铅笔一端紧靠耳朵,另一端用手指輕敲发声,体验一下与笔不紧靠耳朵时听到声音的区别,可知固体(笔杆)可以传声,且传声效果比气体好。或者,用牙咬住铅笔的一端,敲击另外一端,能够感受晚年失聪的贝多芬是如何听到自己创作的音乐的。
  4.声音是由物体的振动产生的
  用细线将铅笔吊起,使其振动,在铅笔下放一白纸,铅笔尖恰巧刚刚接触白纸,将发声的音叉接触铅笔,白纸在振动的铅笔下拉过,纸上就画出了振动图象。
  5.惯性
  将一支铅笔水平放在一纸条上,用手迅速抽动纸条,纸条被抽出而铅笔静止不动,说明铅笔具有惯性。
  6.力的作用是相互的
  拿一只铅笔,用手指压笔尖的一端,发现手指会凹陷并有疼痛感,说明物体间力的作用是相互的。
  7.摩擦力
  (1)比较滚动摩擦和滑动摩擦:铅笔写字时笔尖与纸面之间的摩擦是滑动摩擦,圆珠笔写字时,笔尖与纸面之间的摩擦是滚动摩擦.
  (2)用弹簧测力计在桌面上匀速拉动文具盒,读出测力计的示数;然后将文具盒放在几只并排的铅笔上,再用弹簧测力计匀速拉动文具盒,读出测力计的示数;比较两次示数可以知道,用滚动代替滑动,可以减小摩擦。
  或者把铅笔顺长放在纸板上,慢慢抬起,直到滚下;再把铅笔横着放在纸板上,慢慢抬起,直至滚下。我们会看到,横着放时,只要把纸板稍抬起一点,铅笔就会滚下;而顺长放时,要抬起较大的角度,铅笔才会下滑。说明:滚动摩擦比滑动摩擦小。
  8.重心
  将铅笔横放在手指上,若在非重心位置,铅笔会倾斜而掉下来,若放在一特定位置,铅笔就不会掉下来,这个实验说明,重力作用在整个铅笔上,但可以等效地看做作用在一点上,这一点叫重心。而且也能说明,物体的重心在手指上方的时候,才能保持平衡。
  9.重力及方向
  用细线将铅笔的一端吊住,发现笔尖的一端指向竖直向下。说明重力的方向是竖直向下指向地心的。
  10.重力与质量的关系
  取多支相同规格的铅笔,用天平测出一支或多支铅笔的质量,再用弹簧测力计测出一支或多支铅笔所受重力,可得出重力与质量的比值是一个定值:G/m=g即物体所受重力与质量成正比关系。
  11.力可以改变物体的运动状态
  松开拿铅笔的手,铅笔会竖直向下运动。用手推动铅笔或将铅笔扔出,铅笔由静止变为运动,说明力可以改变物体的运动状态。
  12.弹力的产生
  用笔尖压手指指肚,指肚会凹陷。拿开铅笔,指肚会回复原状。说明弹力是由物体发生弹性形变时产生的。
  13.压力的作用效果
  用两只手指同时挤压铅笔两端,两手指的感觉不同,手指的凹陷程度不同,说明压力的作用效果与受力面积的大小有关。加大用力的力度,手指的凹陷程度变大,手指感觉更疼,说明压力的作用效果与压力的大小有关。
  14.浮力
  用手将铅笔压入盛水的容器中,松手后铅笔上浮,由此说明铅笔受到水对它的竖直向上的浮力作用。同时说明物体的密度小于液体时,物体会上浮。
  15.制作简易密度计
  在铅笔一端缠绕上适当的细铁丝(或铜丝),使其重心下移,将其放入水中,会发现笔能竖直地立于水中,制成简易的密度计,比较液体密度的大小。
  16.杠杆
  在铅笔下垫一块橡皮,就成了一个杠杆,改变支点位置,可演示不同类型的杠杆。或用细线系住一支铅笔,挂在铁架台上,使其在水平位置平衡,在左右两端悬挂不同数量的铅笔(或橡皮),调整两边铅笔所挂位置,用刻度尺测出两边距离,可以研究杠杆的平衡条件。
  17.螺旋是斜面的变形
  用白纸剪成一个直角三角形,在铅笔上逐圈向上缠绕,就成了螺旋。演示了斜面这一简单机械。
  二、光学部分
  18.影子的形成(光的直线传播)
  将铅笔对着光源,后面会出现铅笔的影子,说明光在均匀介质中沿直线传播。
  19.光的折射
  将铅笔斜插入水中,发现水中部分向上弯折,说明光从水中斜射入空气中发生折射。
  20.光的漫反射
  能够从不同的角度都能看到铅笔,说明是发生了光的漫反射的结果。
  21.物体与像关于平面镜是对称的
  将铅笔放置于平面镜的前方,发现铅笔的左右两端相反。说明物与像关于平面镜是对称的。
  22.不透明物体的颜色
  能够识别不同颜色的铅笔,说明不透明物体的颜色是由它反射的色光决定的。
  23.双眼确定物体位置
  两手各拿一支铅笔,当你闭上一只眼睛,要使笔尖准确相碰,相当困难,若用两只眼睛,就很容易办到。因为人要靠两只眼睛才能确定铅笔尖的位置,即铅笔尖的位置在它射向眼的这两条光线反向延长线的交点上。
  三、电学部分
  24.物体的导电性,区分导体和绝缘体
  将电源、小灯泡、开关、导线组成的一个简单电路,将铅笔木质部分、铅笔芯、直尺、橡皮、三角板、圆规等逐一串联入电路中,看灯泡是否发光,灯泡发光,说明接入的是导体,灯泡不发光说明接入的是绝缘体;从而可演示物体导电性能的好坏、区分导体与绝缘体。
  25.伏安法测铅笔芯的电阻
  将电源、开关、导线、电压表、电流表、滑动变阻器、铅笔芯组成一个电路,可以用伏安法测出铅笔芯的电阻。
  26电磁波的产生
  将电源、开关、导线、组成一个简单的电路,让导线快速在铅笔芯上划过,放在旁边的收音机会有咔咔的声音。说明电磁波是由迅速变化的电流产生的。
  学生的文具盒就是一个实验箱,许多实验所需的器材都可以从中找到,只要我们留心,稍加引导,学生在平时就可以做大量的实验。这样既增加了学生动手的机会,从而培养学生的实践操作能力,又能使学生认识到自己身边就有许多物理问题需要研究,从而激发学生学习物理的积极性和主动性,对全面提高学生的素质是十分有益的。
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