怎樣做好自制物理試驗儀器西華師大-代偉第1頁一．自制物理試驗教具意義A．談談自制物理試驗教具意義、慣用加工方法物理學是一門試驗科學，物理試驗是物理學主要部分。物理規(guī)律發(fā)覺、物理理論建立和物理學發(fā)展，都離不開試驗，都必須以嚴格物理試驗為基礎，并受到試驗檢驗。所以,物理試驗在物理學創(chuàng)建和發(fā)展中占有十分主要地位，同時在推進其它科學、工程技術發(fā)展中也起到主要作用。不言而喻，在物理教學中物理試驗作用非常主要。自制儀器教具是古往今來歷代科學家優(yōu)良傳統(tǒng)。物理學許多重大成就在很多情況下就是伴伴隨儀器成功設計而誕生。我們認為，提倡自制教具，不但僅是教學條件困難才自制教具，即使辦學條件好重點中學也該重視自制教具。第2頁A．談談自制物理試驗教具意義、慣用加工方法

即使教師用自己制作教具與使用廠家生產教具來講課，教學效果是不一樣。使用廠家制造儀器，當然比較規(guī)范、比較精巧美觀，不過，使用自制儀器教具，卻能夠更能讓學生看到儀器內部結構，了解儀器工作原理。

另外更主要是：當學生看到那些用生活物品與身邊常見材料來做試驗時，會使學生以為物理離自己更近，輕易激發(fā)學生熱愛物理、熱愛科學情感。第3頁A．談談自制物理試驗教具意義、慣用加工方法二．制作教具幾個基本問題

2.1教具制作基本要求

1）啟發(fā)性制作教具應該有豐富物理學思想，能啟迪學生思維。有利于培養(yǎng)學生創(chuàng)造能力。我們反對把主要物理原理無法展現(或不重視展現)在學生面前，學生看了試驗卻一無所知，一無所獲。我們提倡讓學生能看懂它所需要演示物理原理。2）經濟性

我們要求自制教具少花錢或不花錢，這么教具成本低，只要能到達演示效果就行。所以，我們提倡“壇壇罐罐當儀器，拼拼湊湊做試驗”。這種勤儉節(jié)約辦學精神。第4頁A．談談自制物理試驗教具意義、慣用加工方法3）可靠性

我們要求自制教具能堅固耐用、不易損壞；安全可靠、工作穩(wěn)定。我們做教具并不是只做一次試驗就不要了，也不是只求偶然成功一次。教具應該重復性能好。

4）可觀性

教具是演示物理現象給全班同學觀察，不是一個人拿在手里袖珍玩具。用八個字能夠概括“尺寸夠大，簡單明了”。所以自制教具尺寸應該盡可能大一點或者能經過其它方式能使全班同學都看到第5頁A．談談自制物理試驗教具意義、慣用加工方法2.2怎樣設計自制教具

普通來說自制教具之前首先要進行方案設計，繪出草圖后方能施工。對于比較復雜教學儀器或教具設計和制作是一項比較綜合、復雜和細致工作；它包括儀器用途（用來干什么，演示還是分組試驗）、精度（定性還是定量，測量結果準確到何等程度）；設計依據（設計原理、方法）；設計裝置（包含機械結構、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）；機械零部件加工和電路板制作，中間試驗，綜合試驗，確定最終方案，設計零件圖、裝配圖，設計加工外殼；總裝、調試（定標）等多項工作。

當然對于簡單教具就不需要這些考慮，只要畫出結構、尺寸示意草圖，只要能用盡可能簡單方法做出來而且能到達演示要求就能夠了。

第6頁設計自制教具繪圖軟件----CAXA破解版

第7頁A．談談自制物理試驗教具意義、慣用加工方法設計時應注意：

（1）不要脫離物理教材。脫離了物理教材，任何含有深奧物理原理儀器，都會在課堂上失去光芒、失去意義。（2）不要放棄一點一滴改進。前人已經有了許多這方面研究，各種資料都有許多介紹，不過只要我們抓住某一點或某一個方面進行改進，也能夠得到收獲。比如：在趣味性方面著手，能夠增加學生學習興趣，刺激學生興奮神經，產生深刻印象，提升學生學習物理科學主動性。又比如：在制作材料上下功夫，假如能使學生唾手可得，顯然含有推廣意義。再比如：在啟發(fā)性方面著手，能夠展示物理過程，讓學生揭示物理現象發(fā)生步驟。（3）不要超出自己制作能力范圍

一切從實際出發(fā)，量力而行，不要好高騖遠。不然一旦動手之后，難認為繼。第8頁多功效簡諧振動演示儀第9頁圓偏振弦線駐波演示儀1、水平調整螺釘2、彈性波用繩3、支撐桿4、彈性繩固定螺釘5、刻度尺6、調速電機安裝盒7、調速開關8、鋁合金圓盤9、后立板10、電源開關11、底板12、偏心軸13電機軸第10頁彈簧振子簡諧振動正弦曲線合成演繪儀1電火花打點器2電機調速器3儀器底座4調速電機5立板6導向柱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電極線第11頁A．談談自制物理試驗教具意義、慣用加工方法2.3教具制作材料起源

我們提倡：制作教具材料主要利用日常生活常見物品或廢棄物品。除非不輕易得到材料和主要部件，才能夠購置或用試驗室其它儀器充當。歸納起來，有五個字：找、揀、拆、要、買。

找——生活中時時留神，處處尋找。比如：找來舊包裝盒做物體穩(wěn)度試驗；找來廢牙刷柄、廢簽字筆桿等做電荷間相互作用試驗或做支撐桿；找來泡沫塑料、鋁箔制作靜電相互作用力小球，……。平時注意將自己生活中使用過后留下一些廢品如：廢筆桿、飲料瓶、易拉罐、吸管、充電器、……等，搜集存放以備及時之需。

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流試驗、物體沉浮演示試驗、反沖試驗；揀來鋼筋、鐵釘，鐵絲等加工連接或支承等部件第12頁A．談談自制物理試驗教具意義、慣用加工方法

拆——將一些已經用壞儀器或日用具，如節(jié)能燈座、充電器等將其中有用零件如：變壓器、二極管、三極管、電容器、電感等拆下來備用，變壓器普通原邊繞組輕易燒壞，但其副邊繞組通常是好，依據這點我們可用來做電磁振動體零部件等。

要——向相關單位和部門要一些少許報廢東西。向水電工要廢舊PVC管；向醫(yī)務室要廢針頭，廢藥瓶；向辦公室工作人員要廢橢圓形墨水瓶，……。

買——能不買盡可能不買，有些找不到又不宜制作物品才花少許錢去買。比如：磁鐵、電阻、電容、激光筆等。第13頁圓偏振弦線駐波演示儀制作材料——調速電機工作電壓：1.5V-18V長時間工作電壓：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)運行時間：1小時，間斷運行時間：16000小時性能參數：工作電壓：

每分鐘轉數：

工作電流：

1.5V

3000轉

0.26A

3V

6000轉

0.30A

6V

1轉

0.40A

9V

18000轉

0.44A

12V

24000轉

0.50A

15V

30000轉

0.56A

18V

36000轉

0.80A以上是光感式直流電機測試儀測速結果，誤差率為0.05%

馬達尺寸:直徑27.7MM

總長64MM

軸徑2.3MM

軸長15MM

重量95克.第14頁圓偏振弦線駐波演示儀制作材料——調速器【主要參數】

->工作電壓

：DC6V-DC40V

->輸出功率

：0.1W-130W

->過流保護

：3.3A

->工作環(huán)境

：工業(yè)環(huán)境

->模塊尺寸

：6.3cm

x

3.9cmx

2.8cm

->單個重量

：69克第15頁B．自制物理試驗教具案例一、簡易自制教具制作與演示1．用廢易拉罐等制作空氣對流演示器試驗目標：演示空氣受熱膨脹后形成對流氣體推進葉輪旋轉對流演示器，加強學生對對流了解。

圖1試驗說明：當蠟燭點燃后筒內空氣受熱膨脹體積增大密度減小將向上運動，而周圍密度較大冷空氣將移過來填補從而形成對流現象。經過觀察葉輪轉動說明對流原理。

第16頁B．自制物理試驗教具案例2.噴泉試驗試驗原理：在講大氣壓強時，讓學生能夠比較形象直觀認識到大氣壓存在和利用大氣壓現象1）儀器裝置如圖7-1-2所表示，主要由以下部分組成：圖7-1-2（1）外殼比較厚實飲料瓶；（2）噴水管：用廢簽字筆芯去掉其筆尖金屬部分并清洗潔凈；（3）出水管：廢簽字筆外筆桿、飲料吸管或橡膠管；（4）儲水槽：用廢飲料瓶盛水，作為供水水源；（5）接水槽：用廢飲料瓶接出水管流出水，也可直接把出水口與下水道相通。第17頁B．自制物理試驗教具案例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所表示，當水沿出水管3流出時，封閉在飲料瓶1中空氣體積增大，壓強減小，使管外大氣壓強大于管中空氣壓強，所以水能從噴嘴2噴出。噴射水柱高度由儲水槽4與接水槽5水平面間高度差來決定。

水柱噴射高度計算方法以下：設大氣壓強為p0，簽字筆噴管中空氣壓強為p，接水槽到儲水槽高度差為H，儲水槽液面到飲料瓶中液面高度差為s，噴射水柱高度為h。第18頁B．自制物理試驗教具案例則儲水槽液面壓強應滿足:

接水槽液面壓強也應滿足:

該試驗不但說明了大氣壓存在，同時也是利用大氣壓一個很有趣試驗。由以上兩式可得H＝h，即水柱高度等于出水口到進水口高度差，因為水與管之間有粘滯阻力，因而實際上h＜H。第19頁B．自制物理試驗教具案例該試驗不但說明了大氣壓存在，同時也是利用大氣壓一個很有趣試驗。希羅噴泉第20頁B．自制物理試驗教具案例該試驗不但說明了大氣壓存在，同時也是利用大氣壓一個很有趣試驗。希羅噴泉

請確保膠管都處于適當高度，參考裝配圖。

第21頁B．自制物理試驗教具案例3．氣墊盤試驗試驗目地：近似地演示物體不受阻力時運動狀態(tài)。進而提出牛頓第一定律。說明：在地球表面，慣性時常會被摩擦力、空氣阻力等等效應掩蔽，從而促使物體移動速度變得越來越慢（通常最終會變成靜止狀態(tài)）。這現象誤導了許多古代學者，比如，亞里斯多德認為，在宇宙里，全部物體都有其“自然位置”──處于完美狀態(tài)位置，物體會固定不動于其自然位置，只有當外力施加時，物體才會移動。

也就是說“運動需要力來維持”，學生在早期日常生活中大量觀察到也是停頓施力物體就不再運動現象，是他們在頭腦中形成前概念感性基礎。要挑戰(zhàn)學生這種有長久個體經驗基礎前概念，就必須經過試驗把物理現象突出到人們自然觀察所忽略或達不到程度，使學生對個人觀念有所認識和反思。從這個角度考慮，摩擦力影響是關鍵，設計試驗演示物體在盡可能小摩擦力作用下運動行為，讓學生自己發(fā)覺原有觀念錯誤原因，是很有必要。第22頁B．自制物理試驗教具案例氣墊盤制作方法以下：25（a）圖7-1-4方法1：如圖7-1-4（a）所表示，取一只橡皮塞或軟木塞，在其中心上端鉆一個直徑約為1~2mm圓孔，下端鉆一約直徑5mm圓孔，兩孔相通，大孔洞對準廢光盤中央孔，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桌面上，松開氣球頸部扎線或夾子，由小孔噴出空氣在光盤和玻璃間形成氣墊，如圖7-1-4（b）所表示。這個氣墊能使光盤游離在玻璃之上，摩擦極小，它在玻璃板上運動時很靠近勻速直線運動。圖7-1-4（b）第23頁B．自制物理試驗教具案例圖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塑料板（有機玻璃板、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那面，即有統(tǒng)計信號那面）；用手鋸將簽字筆筆套（筆帽）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準小圓塊中心粘貼，注意粘貼時使筆套垂直于光盤；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所表示。演示時可先將氣球充氣后用手捏住，待插入光盤上筆套后放到清潔平整桌面或地面即形成氣墊盤。第24頁B．自制物理試驗教具案例4．伽利略理想斜面試驗試驗背景：兩個相連接傾斜軌道，小球在軌道上運動會先下降后上升。使一個小球從傾斜軌道某一高度處滑下，小球在經過軌道最低點后沿軌道上升，上升到一定高度后靜止。伽利略發(fā)覺若忽略摩擦力，小球上升高度與釋放高度將一直相等，于是他推測，假如是一個傾斜軌道接一個水平軌道，那么小球永遠也不能上升到初始高度，于是小球就將永遠運動下去。所以伽利略主張，施加外力改變是物體速度而不是位置；維持物體速度不變，不需要任何外力。第25頁B．自制物理試驗教具案例假設斜面逐步延長，最終變成水平面BH，則基于“連續(xù)性標準”該小球“本應該”回到與點A同高度位置，然而因為實際上BH是水平，小球永遠不可能滾到先前高度，而速度降低許將變成0，所以小球會不停地呈勻速直線運動。伽利略總結，假若不碰到任何妨礙，那么運動中物體會連續(xù)地做勻速直線運動。他將此稱為慣性定律。這理論剛被提出時并不被其它學者接收，因為當初大多數學者不了解摩擦力與空氣阻力本質，不過伽利略試驗以可靠事實為基礎，經過抽象思維，抓住主要原因，忽略次要原因，更深刻地反應了自然規(guī)律。ABCDEH圖7-1-6理想斜面試驗示意圖F第26頁B．自制物理試驗教具案例試驗目標:為了證實伽利略主張，他做了一個思想試驗。

試驗原理：ABCDEH圖7-1-6理想斜面試驗示意圖F如圖7-1-6所表示，讓靜止小球從點A滾下斜面AB，滾到最底端后，小球又會滾上斜面BC，假設兩塊斜面都非常平滑、摩擦系數極小，而且空氣阻力微弱，以至于能夠忽略不計，則小球會滾到與點A同高度點C；假設斜面是BD、BE或BF，小球也一樣地會滾到與點A同高度位置。只不過斜面越長，往上滾時候，單位時間內速度降低許會變得越小。第27頁B．自制物理試驗教具案例為此我們用塑料裝飾板和放置集成電路芯片塑料外殼制成斜面試驗演示裝置能夠很好地演示伽俐略斜面試驗。圖7-1-7斜面試驗演示裝置第28頁B．自制物理試驗教具案例5．流體含有慣性演示試驗原理：證實氣體、液體等流體含有慣性。試驗裝置：圖5流體含有慣性演示（a）氣體慣性演示（b）液體慣性演示第29頁B．自制物理試驗教具案例

（b）液體慣性演示圖5（b）也是用塑料板、裝白酒塑料外包裝殼、有機玻璃等制作用于演示液體含有慣性試驗裝置。制作時用有機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。演示時可先在筒里裝上帶顏色水，使水不要漫過中間隔板，將其放在平板小車上，若勻速推進小車，則水不會翻過隔板；若將運動小車突然停下，則筒中水則會翻過隔板流到前面空筒部分，由此可說明液體也依然含有慣性。第30頁B．自制物理試驗教具案例（a）氣體慣性演示圖5（a）是用廢茶葉筒和塑料板及少許鐵皮、螺絲釘等制作成用于演示空氣含有慣性試驗裝置，該裝置在點燃蠟燭方向鉆有一個直徑10mm左右小孔，當筒蓋被快速關閉時，筒內空氣受到擠壓，其中部分空氣將會以一定速度從小孔噴出，假如空氣含有慣性，則當其離開茶筒后會繼續(xù)前進，將位于行進方向蠟燭吹滅，不然說明空氣沒有慣性。第31頁B．自制物理試驗教具案例6．虹吸及反沖演示圖7-1-9hAhBhBA1）試驗原理如圖7-1-9所表示裝置，設進水端水平面為A，水面比參考面高hA，出水端水平面為B，水面比參考面高hB。由伯努利方程有當管內充滿水而B端口水未流出時，即管內水未流動時,vA=vB=0，第32頁B．自制物理試驗教具案例圖7-1-9hAhBhBA即當用手堵住B點時有此時左管內A點與管外同一水平面上壓強值均是大氣壓p0

，所以

第33頁B．自制物理試驗教具案例圖7-1-9hAhBhBA即B點壓強大于大氣壓強，一旦將手松開就會引發(fā)管中水柱向右管流動，最終由B端流出。因為流體連續(xù)性原理會引發(fā)左管中水柱不停向右管流動，這種因為連通器兩端液位高度差產生壓強差，引發(fā)液體自行流動現象稱為虹吸現象。當液體流動后A處和B處都是大氣壓，此時pA=pB=p0

，因為左邊容器較大，液面高度隨時間改變小，此時可將左邊水面看作是不動，所以vA=0，利用伯努利方程有即B端出水口流速大小與兩液面高度差相關，高度差越大流速也越大，伴隨高度差減小流速會變慢，高度差h為0時，水不再流出。第34頁B．自制物理試驗教具案例（2）虹吸與噴泉

第35頁B．自制物理試驗教具案例（2）反沖運動原理

說明：動量守恒定律表明，一個物體系在整個系統(tǒng)不受外力作用情況下，系統(tǒng)總動量保持不變，內力不能改變系統(tǒng)總動量。不過系統(tǒng)中各部分之間內力，能夠改變各部分動量。比如大炮發(fā)射炮彈，炮身會向后運動，炮身這種運動通常稱為反沖運動。這是因為大炮發(fā)射前，整個系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)，總動量為零。依據動量守恒定律有：

，即當系統(tǒng)所受合外力等于零時，質點系在任何時刻總動量都等于原來總動量。

第36頁B．自制物理試驗教具案例設反沖演示儀轉動系統(tǒng)初始狀態(tài)時靜止，系統(tǒng)總動量為Mv0=0，總角動量L=Iω=0（I是系統(tǒng)轉動慣量，ω是轉動角速度）；當系統(tǒng)內質量為Δm，速度為v水柱從轉動體上沿半徑為r處沿切線方向飛出時，對轉動軸線角動量為l=Δmrv，當系統(tǒng)不受外力即所受外力矩等于零時，依據角動量守恒定律，系統(tǒng)總角動量保持不變，應有：第37頁B．自制物理試驗教具案例

上式說明系統(tǒng)也將取得同等量值反向角動量，將使系統(tǒng)沿水柱噴出反方向以ω角速度旋轉。ω大小與噴出水柱質量Δm、速度v及與轉軸距離r成正比，與系統(tǒng)轉動慣量I成反比。因為系統(tǒng)軸承和軸尖之間還存在摩擦阻力產生阻尼力矩，會妨礙系統(tǒng)轉動，所以，要使系統(tǒng)能轉動起來還必須盡可能減小摩擦阻尼力矩，使噴出水柱產生動量矩大于系統(tǒng)摩擦力矩妨礙作用，系統(tǒng)才能開始加速轉動形成反沖現象。2）設計制作方法（1）儀器外觀及組成依據以上虹吸和反沖原理設計制作虹吸式反沖演示儀如圖7-1-10所表示，由底座支承架1、盛水轉動體2、噴水管3、虹吸管4、轉軸5及軸承座6等組成。圖7-1-10623451第38頁B．自制物理試驗教具案例（a）Φ4Φ34525206噴水管支架正視圖圖7-1-13（b）⑥將厚度為40mm左右白色廢泡沫塑料塊切成直徑65mm左右圓柱體后從八寶粥罐罐口端強行壓入至底部，如圖7-1-14所表示位置。因為水含有粘滯阻力，當噴水管很小、水位差h較小時噴水管噴出水流速度很小、反沖作用很弱，經過我們屢次試驗發(fā)覺，當水位降到筒高三分之一左右時轉動體就停下了，此時筒內噴出水對反沖現象效果已不顯著。所以這么做既能夠降低轉體內水總質量1/3，從而減小轉動阻尼力矩及轉動慣量使演示可靠性增加，又能使其反沖現象愈加顯著。圖7-1-14螺帽進水口轉軸泡沫塑料吸管或橡膠管吸管支架2020第39頁B．自制物理試驗教具案例⑦用4mm左右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飲料吸管較長部分從底部鉆孔處插入罐中，較短部分依據需要在離蛇形紋約5-6mm處剪斷，經過一節(jié)直徑約大于4mm吸管接入另一段相同直徑一樣含有蛇形紋吸管，兩段管連接成兩個相互垂直L形狀后固定在支架上并剪出斜向噴水口。罐內部分用一樣方法將吸管或橡膠管連接后在頂端附近彎成倒U字形狀組成虹吸管，如圖7-1-14所表示。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整固定）。⑧將鐵絲制成轉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將加工后圓頭螺釘軸承座旋入支承架中心螺紋孔內，將橡膠地腳用M3螺釘固定在底座四面后再將帶噴水管盛水轉動體裝入支承架，調整軸承座使轉動體可靈活轉動后用螺帽將軸承座鎖定。為提升可靠性降低摩擦，可在螺釘做成軸承座內滴上一滴潤滑油，或在軸尖上抹一點潤滑油，整個演示儀即制作安裝完成。第40頁B．自制物理試驗教具案例圖6簡易虹吸反沖演示儀圖7-1-15另外，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所表示簡易反沖演示器。【思索題】1.為何要在罐底用泡沫塑料填充，這么做有什么好處？2.為何要將噴口向下、向外延伸，有什么效果？第41頁B．自制物理試驗教具案例3)演示

因為本演示儀器設計制作時演示時充分考慮到摩擦阻尼力矩影響，盡可能增大動量矩而減小阻尼力矩，所以演示可靠性高且趣味性強。既能看到虹吸現象又能看到反沖現象。演示時可將儀器放在平整桌面盤或盆內，用礦泉水瓶先在轉動體內倒入一些清潔水，注意水面不要超出虹吸管頂部，此時水一滴也不會流出，整個轉動體處于靜止狀態(tài)。當繼續(xù)往轉動體內加水而且水面超出虹吸管頂部時，則管內水將以比較快速度從噴水口噴出從而使轉動體沿反方向轉動直至罐內水噴完為止。因為噴水管比較細，其直徑≤4mm，水又含有表面張力和粘滯阻力，所以當進行再次演示時應注意將噴水管內殘余水滴排除潔凈，不然可能會造成某一管不噴水使演示效果變差。第42頁B．自制物理試驗教具案例氣體反沖演示試驗裝置第43頁B．自制物理試驗教具案例7.液體內部壓強演示器試驗目標：

要使學生掌握了解液體壓強原理這部分教學內容，使用液體內部壓強演示器做好演示試驗，對引入液體內部壓強概念，揭示液體內部壓強與液體深度關系，進而導出液體內部壓強規(guī)律(液體內部壓強公式)，起著基礎性主要作用。當前尚在使用液體內部壓強演示器存在以下不足:

（1）因為測壓盒沒有固定裝置，所以整體性差；

（2）不能或極難同時觀察測壓盒潛入液體內深度和與之相對應壓強值，即操作與讀數不便。第44頁B．自制物理試驗教具案例試驗裝置：

針對該液體內部壓強演示器上述不足，我們利用飲料瓶，瓶蓋，吸管，廢氣球，玻璃纖維板，橡皮管等設計制作成兩例液體壓強演示器經試用效果比很好，現介紹以下，供制作時參考。U型壓強計式液體內部壓強演示器制作圖7-1-16（1）（2）（3）（5）（4）如圖7-1-16所表示，U型壓強計式液體內部壓強演示器由盛水杯（1）、測壓盒（2）、升降調整裝置（3）、U型壓強計（4）、橡皮管（5）等組成。第45頁B．自制物理試驗教具案例（1）盛水杯可用1.6升、直徑90mm左右飲用純凈水瓶，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）等制作杯座后可增加穩(wěn)定性預防傾倒。圖7-1-17（2）測壓盒可用直接用純凈水瓶蓋或其它瓶蓋將蓋邊緣毛刺用細銼刀打磨后，在蓋底中心或邊緣鉆一Φ3.2mm左右孔，用M4絲錐攻絲后待用。將一枚M4×12左右螺釘中心鉆一Φ2mm通孔，再用一0.6mm厚、8mm寬、45mm左右長白鐵皮兩端鉆Φ4mm孔后彎成直角作為測壓盒可旋轉調整架。將鉆孔螺釘從瓶蓋螺紋孔旋轉穿過后用廢氣球橡皮膜剪出兩個墊圈套入螺釘將調整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）也用少許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預防漏氣；瓶蓋端面覆上氣球橡皮膜后用橡皮筋固定即可，整個裝置如圖7-1-17所表示。第46頁B．自制物理試驗教具案例（3）升降調整裝置降調整及固定裝置如圖7-1-18所表示，由固定支架、凸臺式滑槽和升降調整桿等組成。其中固定支架用長105mm、寬35mm、厚4mm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左右卡口并在兩側固定兩根寬10mm長100mm左右限位條方便使用時很方便地將其固定在盛水杯上。升降調整桿用180×12×4mm3塑料塊和110×25×4mm3有機玻璃廢料經螺釘連接而成凸臺式調整桿；凸臺式滑槽則用兩對20×30×4mm3和15×30×4mm3玻璃纖維板廢料，依據凸臺式調整桿尺寸用螺釘固定在支架上即成；在支架滑槽位置后面設置緊固螺釘，可調整和固定升降桿在支架位置即調整測壓盒在水中深度。圖7-1-18固定支架滑槽升降調整桿測壓盒鎖緊螺釘限位條卡口第47頁B．自制物理試驗教具案例（4）U型壓強計如圖7-1-16所表示，U型壓強計用兩根直徑4mm長165mm飲料吸管、一段120mm長橡膠管、一塊200×65×4mm3有機玻璃、一塊90×65×4mm3塑料板及少許角鋁、鐵皮和螺釘連接好以后并用移液管向飲料管中滴入適量帶顏色水即組成U型壓強計。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水后即可進行演示。第48頁B．自制物理試驗教具案例（2）演示物體上浮條件：將浮子換成較長，質量更小浮子。一樣先將浮子底部蓋住連通孔，先在上部倒入一定水量使水位與浮子頂部高度相同。這時浮子不會上浮，因為浮子除受重力外還受少許水對浮子上邊緣壓力。當經過加水杯遲緩給容器下半部加水后，經過外面標尺可觀察水位，當水位到達一定數值時即可看到浮子上浮。即這時，即使容器中上下部分水并沒有連通，但因為浮子下半部分受到壓力（浮力）已經大于浮子重力和上面部分壓力，所以會上浮。圖7.24液體浮力演示器若將先上面水位加高一些，則上面部分受壓力就更大一些，要想讓浮子上浮，下半部分水位一樣要加得更高，只有下面部分受到壓力大于上面部分壓力和重力只和時才能上浮。當下面部分產生浮力不足以使浮子上浮時，則只有當容器內水連通時浮子才能上浮，即下面水位到達浮子下底面時才能上浮。第49頁B．自制物理試驗教具案例h1圖7-1-25h2d1d2h0其原理如圖7-1-25所表示，因為液體內部深度為h處壓強p=ρgh

，式中ρ表示液體密度，g是重力加速度。當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，上面部分受到壓力：下面部分受到浮力：第50頁B．自制物理試驗教具案例設浮子重量為：mg則浮子上浮條件是：浮力大于壓力與重力之和即：h1圖7-1-25h2d1d2h0第51頁B．自制物理試驗教具案例圖7-1-26從上式能夠看出，下面水位越高即h2越大，則上浮力越大，浮子越輕易上浮。上面水位h1越大，則壓力越大，浮子越不輕易浮子上浮。這個試驗用一個乒乓球、一截塑料瓶也能夠生動可靠地演示。如圖7-1-26所表示，找一個較大塑料飲料瓶，切掉底部成為一個漏斗，將一個乒乓球放入堵在瓶口上，然后倒?jié)M水（注意倒水動作不能過慢），則可看到乒乓球依然堵在瓶口上并不上浮，只見細細水流從瓶口漏出，而用手心或瓶蓋堵住瓶口，則稍后即見到乒乓球上浮。這一樣錢能夠說明了在物體下表面沒有受到液體壓力時，就沒有浮力，而在用手心堵住瓶口或用瓶蓋蓋住瓶口時、從瓶口漏出水積于乒乓球下表面和手心或瓶蓋之間空間后，也就是當物體下表面所受到壓力大于上表面壓力時，就會有浮力，這時并乒乓球就會浮上來。第52頁B．自制物理試驗教具案例9．浮沉子

1）試驗原理：依據物體在液體中浮沉條件，物體浮沉取決于物體所受重力與浮力比較。圖7.27浮沉子

如圖7-1-27所表示，浮沉子能夠浮在液體表面上，是因為此時它所受浮力大于重力。假如我們用手捏這個塑料瓶子，液面上氣體體積減小，壓強增大。依據帕斯卡定律，這個增大壓強傳遞給液體，液體將壓縮浮沉子內空氣柱，浮沉子排開液體體積將減小。當浮沉子所受浮力小于重力時，浮沉子將下沉到液體中。假如我們使浮沉子所受浮力等于重力，浮沉子將懸浮在液體內。而且浮力方向一直垂直向上。第53頁B．自制物理試驗教具案例2）制作方法

材料：可密封空飲料瓶一個、廢塑料筆桿一支、廢銅絲或鐵絲少許。

空飲料瓶必須有蓋，而且蓋嚴之后密封良好，不得漏氣。先將廢塑料筆桿尾端截取約長為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，這么制成浮沉子能在豎直方向自由運動。將飲料瓶灌滿清水待用。另準備一只杯子，裝半杯清水，然后把作為浮沉子配重端口向下放入杯中。假如浮沉子底露出水面太多，則增加配重；假如瓶子下沉，則降低配重，使浮沉子尾端露出水面1~2mm左右。這時將浮沉子浸沒在飲料瓶水中。最終，將飲料瓶微微傾斜，倒出少許水，把瓶蓋擰緊。浮沉子就做成了。圖7.27浮沉子第54頁液體壓強與流速關系演示器第55頁自制“兩心壺”兩個倒水孔，倒水后用膠帶紙封住預先鉆了兩個進氣孔用所學過物理知識解釋意料之外現象第56頁用所學物理知識解釋意料之外現象用物理知識“揭密”魔術：連通器教材內容：連通器第57頁用物理知識“揭密”魔術：連通器鉆一個孔倒入牛奶用所學物理知識解釋意料之外現象第58頁用物理知識“揭密”魔術：連通器鉆一個孔倒入牛奶用所學物理知識解釋意料之外現象第59頁用物理知識“揭密”魔術：覆杯試驗用所學物理知識解釋意料之外現象教材：覆杯試驗第60頁B．自制物理試驗教具案例11．大氣壓試驗演示試驗目標:演示大氣壓存在

中學試驗室普通用是鐵制馬德堡半球，但要做到使兩半球密封良好不太輕易，往往造成試驗失敗，而且要使用抽氣機抽氣，試驗操作比較麻煩。

依據中學教師們反應，用現在鐵制馬德堡半球作大氣壓強演示試驗存在以下問題：（1）現有試驗裝置體積、質量都較大，拿到教室很不方便；（2）抽氣機要用電才能工作，使用操作不方便；（3）鐵制馬德堡半球密封困難，輕易漏氣造成試驗失??；（4）面積不能改變，不能說明壓力與受力面積之間關系。第61頁B．自制物理試驗教具案例12．一個與大氣壓相關有趣試驗1．裝置

aHhbc圖7.1.33有趣試驗

如圖7.1.33所表示，用一根直徑約2.0cm左右長有機玻璃管（或玻璃管），將端部打磨平整后，一端用有機玻璃片滴入少許三氯甲烷粘結封口，另找一個直徑稍小于有機玻璃管小瓶或有機玻璃管一樣封閉端面，使大管內徑與小管外經之差在1mm左右（以小瓶、小管能在大管內自由移動為宜）。第62頁B．自制物理試驗教具案例2．試驗現象

試驗時先在外管內灌滿水，將小瓶（小管）插入外管后再倒轉成圖7.1.33所表示垂直向下形式，此時可看見管內水漸漸流下，小瓶不但不會落下，反而會漸漸上升，一直到管頂部為止。aHhbc圖7.1.33有趣試驗

經過本試驗能夠說明，小瓶（小管）在大玻璃管內上升確實是與大氣壓作用相關。因為，當我們在有機玻璃管封口上開一個小孔時，若開始試驗時用手堵住小孔，重復上述試驗，小瓶漸漸上升；當小瓶升到一定高度時，放開堵孔手指，小瓶馬上落下，這時因長管上端也有空氣，管內形不成真空，所以小瓶（小管）會落下。第63頁B．自制物理試驗教具案例3．試驗成功所需條件

假定在兩管倒過來一瞬間成圖7.1.33所表示情況（這時刻，水和小管還基本處于靜止狀態(tài)）。我們以小管為研究對象，小管主要受到三個力：重力G、向上大氣壓力F1=p0S(p0為大氣壓強、S為小管外徑截面積)、水對小管頂部外壁向下平均壓力F2=pb

S(pb

為小管頂部外壁所受平均壓強，能夠認為是b點壓強）。小管所受向上協(xié)力為：F=F1–F2-G式中，G

和F1是恒定，而F2（pb）是隨試驗條件而改變。第64頁B．自制物理試驗教具案例若開始時小管插入大管水中深度是h。那么，只要水是靜止或流速很小，能夠認為這時大氣壓強在水中傳遞過程中大小不變，而且各向同性。所以，小管頂部b處平均壓強為：

pb=

pa-ρgh=p0–ρgh因而，

F2=（p0–ρgh

）S由此得到向上協(xié)力大小為：

F=F1–F2–G=ρghS

–G

由上式可知，在兩管倒過來這一瞬間，假如ρghS>G，則F＞0，小管就要向上運動；假如ρghS<G

，則F＜0，小管就要向下運動。而hS就是開始時小管排開大管中水體積。所以，這一試驗要能做成功，必須滿足一個條件是：開始時小管排開水重力ρghS要大于小管本身重力G。第65頁B．自制物理試驗教具案例

為了使這個條件得到滿足，在操作時應先將大管差不多灌滿水，再將小管放在大管中，使其恰好浮在水中，這時ρghS=G，然后將小管盡可能往水中按下一些，使得ρghS>G，最終快速將兩管倒過來。若試驗條件選擇不妥，如h太小或G太大，此試驗都難以成功。

當小管向上運動后，大管中水就被排擠而流出。這時，影響小管向上運動原因（力）總共有四個，總效果仍使F保持向上，即保持小管漸漸上升。

另外需要注意是，大管、小管粗細相差不要太大，不然，即使剛開始瞬間滿足ρghS>G條件，但因為水快速沿兩管壁流下，因而h快速減小，從而使得F＜0，小管落下。第66頁B．自制物理試驗教具案例13．微小形變顯示試驗目標：經過試驗，將這類微小形變加以放大，使學生能清楚地觀察到形變發(fā)生。在中學物理書本原來采取如圖7-1-34所表示裝置來放大桌子微小形變，后改為如圖7-1-35（a）所表示插有細玻璃管盛滿水玻璃瓶來演示，簡化了試驗裝置。而且因為玻璃是極難形變材料，能演示出它形變愈加令人信服。圖7-1-35（a）（b）（c）圖7-1-34第67頁B．自制物理試驗教具案例14.聲音振動演示器在教學中演示”聲音傳輸”這部分內容時，教師經常會碰到以下三個問題：①聲音在空氣中振動是無形，肉眼難以直接觀察。②中小學極難有這方面演示器材。③學生因為生活閱歷較淺，了解掌握這部分知識有困難。依據以上情況閬中市北城小學席筠梅和陳玉梅兩位老師利用激光器、小反射鏡、圓筒、振動膜等設計制作了聲音振動演示器，該儀器取材方便、制作簡單值得推廣。依據相關介紹我們設計成如圖7-1-37所表示演示裝置。圖中（a）是演示器照片，（b）是工作原理示意圖。其原理是利用聲音振動經過空氣推進圓筒上振動膜振動，而與振動膜粘在一起反光鏡一樣發(fā)生振動，從而使照射在反光鏡上光線產生顯著晃動，由此說明聲音是經過振動而進行傳輸。第68頁B．自制物理試驗教具案例反光鏡振動膜屏幕或墻壁圓筒底座聲源激光器圖7-1-37（a）（b）第69頁B．自制物理試驗教具案例15．氣體膨脹對外做功使內能降低試驗演示圖7-1-38氣體膨脹對外做功使內能降低一個在生活中最常見例子就是對自行車車胎放氣時氣嘴處溫度顯著降低，這普通極少為人所注意，可引導學生自己去體驗。7-1-38所表示由飲料瓶、熱敏電阻和橡膠球閥等組成成霧裝置演示器也很說明問題。在天氣干燥時，試驗前要往燒瓶中加一點水以加大瓶中空氣濕度，同時最好灌少許煙進燒瓶中，試驗時將先用手捏壓橡膠球閥給瓶內加氣，加氣過程中經過數字電表觀察瓶內熱敏電阻阻值減小可判斷瓶內溫度增加，這是因為空氣壓縮說明外界對氣體做功使氣體內能增加。第70頁B．自制物理試驗教具案例待稍加穩(wěn)定后然后突然松開瓶蓋，可看到燒瓶中馬上出現整瓶白霧；因為霧產生是空氣中水汽（氣態(tài)水，無色透明）遇冷凝結在空氣中塵埃上所致，瓶中出現白霧背后必定有氣體溫度降低，與此同時，經過熱敏電阻阻值增大也可判斷瓶內溫度降低。所以，這就說明了氣體膨脹對外做功使內能降低。圖7-1-38注意：放氣時速度要快！第71頁B．自制物理試驗教具案例希羅蒸汽機模型世界上第一臺蒸汽機是由古希臘數學家亞歷山大港希羅（HeroofAlexandria）于1世紀創(chuàng)造汽轉球。第72頁B．自制物理試驗教具案例空氣熱機------斯特林發(fā)動機制作斯特林引擎--發(fā)動機模型配件---熱氣缸第73頁B．自制物理試驗教具案例空氣熱機------斯特林發(fā)動機制作這種發(fā)動機是倫敦牧師羅巴特斯特林（RobertStirling）于1816年創(chuàng)造，所以命名為“斯特林發(fā)動機”（Stirlingengine）。斯特林發(fā)動機是獨特熱機，因為他們理論上效率幾乎等于理論最大效率，稱為卡諾循環(huán)效率。斯特林發(fā)動機是經過氣體受熱膨脹、遇冷壓縮而產生動力。這是一個外燃發(fā)動機，使燃料連續(xù)地燃燒，蒸發(fā)膨脹氫氣（或氦）作為動力氣體使活塞運動，膨脹氣體在冷氣室冷卻，重復地進行這么循環(huán)過程。第74頁B．自制物理試驗教具案例空氣熱機------斯特林發(fā)動機制作第75頁B．自制物理試驗教具案例16.內燃機暴發(fā)原理演示試驗器材：一次性使用紙杯、園柱形飲料瓶、廢打火機（或家用電子煤氣點火器）、PVC塑料管圖7-1-39制作方法：

（1）取出廢打火機壓電陶瓷點火裝置；（2）取一截直徑約19mm，長150mm左右，即3/4吋PVC塑料穿線管，在管端距管口40mm左右處依據打火機點火裝置尺寸垂直于管中心鉆一約5mm直徑通孔后，在孔一邊用小方銼銼出打火機壓電陶瓷點火裝置恰好能夠插入方孔。第76頁B．自制物理試驗教具案例（3）用一塊厚約5mm小廢塑料或有機玻璃塊將其銼成能夠塞進PVC塑料穿線管帶錐狀圓柱體，并在其中部相距5-6mm位置鉆出直徑1mm左右線孔。圖7-1-39（4）用兩段廢漆包線或單芯絕緣細線，其一端去除絕緣層后一根與火機點火裝置高壓引線相接，另一根與火機點火裝置露出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左右后即制成點火裝置。（5）將飲料瓶剪去下面部分并使剪口整齊。將點火裝置插入瓶口并固定后用一個大小適當紙杯套在飲料瓶點火裝置上剪整個試驗裝置即全部完成。第77頁B．自制物理試驗教具案例試驗前在杯中噴一點（約5-8滴）易燃、易揮發(fā)液體，如酒精、丙酮、汽油等，然后將點火器罩上用手縱向按壓杯子與點火器接觸處，首先使之密封良好，另首先經過手給杯子傳熱，使其中液體全部揮發(fā)燃氣更易被點燃。當可燃性液體全部揮發(fā)變成氣體后，用手快速按下打火機按鍵就會看到一團火光并聽到“膨”一聲，杯子沖上空中，可達幾米高。假如不用打火機而用家用煤氣電子點火裝置制作本試驗裝置可靠性更高。經過本試驗演示除可說明內燃機暴發(fā)原理外，還可說明可燃性液體、氣體安全使用主要性，即凡是存有可燃和易燃易爆液體、氣體地方絕對不能有火花或使用電器開關，不然極易引發(fā)爆炸危及生命和財產安全。注意事項：

滴入杯中汽油、酒精等可燃性液體不可太多但也不能太少，依據燃燒條件要注意可燃性氣體中燃料與空氣混合百分比要恰當，若空氣太少氧氣不足則不可能燃燒爆炸。一樣燃料太少形不成可燃性氣體也不能燃燒爆炸。在前面描述條件下普通可在滴入燃料液體后等數秒鐘后再蓋點火器罩再等候數秒即可演示。第78頁B．自制物理試驗教具案例17．楞次定律演示試驗原理:法拉第電磁感應定律公式在SI中形式：其中，Ф為磁通量，它正方向與ε正方向成右手螺旋關系，其中負號是依據楞次定律確定。這一負號確定了閉合回路中感應電動勢方向，即感應電流總是取抵抗磁通改變方向，使引發(fā)磁通量改變運動受到阻力。這實質上是能量守恒定律必定結果。感應電流在閉合回路中流動時釋放出焦耳熱。由能量守恒定律，能量不能無中生有，只能從一個形式轉化為另一個形式，故閉合回路中感應電流產生焦耳熱也必是其它形式能量轉換而來。在往閉合線圈插入磁棒或從其中拔出時都受到阻力，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。構想若感應電流方向與楞次定律預期相反，則必出現將磁棒插入或拔出過程中磁場不但對磁棒做功，又能產生感應電流釋放焦耳熱，這顯然是違反能量守恒定律。第79頁B．自制物理試驗教具案例本試驗中，兩鋁環(huán)由剛性桿連接平衡放置，可繞豎直軸轉動，一個鋁環(huán)完好，一個有小缺口，如圖7-1-40所表示。圖7-1-40將磁棒插入完好鋁環(huán)，依據楞次定律，鋁環(huán)中因插入磁棒出現電磁感應，感生電流方向使本身磁場抵抗磁通改變，這一相互作用力使此系統(tǒng)繞軸轉動；而用磁棒向有缺口鋁環(huán)插入或拔出時，只有感應電動勢，而沒有感應電流，所以無相互作用力，不使該系統(tǒng)轉動。第80頁B．自制物理試驗教具案例18．電磁驅動演示圖7-1-41試驗目標：利用電磁驅動裝置演示渦電流機械效應，即電磁驅動試驗裝置試驗裝置如圖7-1-41所表示。用鐵絲彎成一個搖手柄，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磁性較強永久磁鐵。磁鐵對面固定一片能夠靈活轉動鋁圓盤，即組成整個演示裝置。試驗原理當動磁鐵旋轉時，在豎直平面上轉動鋁盤中將產生渦電流，其渦電流將妨礙鋁盤與磁鐵相對運動，因而使鋁盤跟隨磁鐵轉動，這種現象稱為電磁驅動。即當磁鐵旋轉時，在豎直平面內產生旋轉磁場。因為渦流機械效應，驅動盤也跟著轉動起來，二者轉動方向相同，但鋁盤旋轉速度一直小于永磁體轉速。第81頁B．自制物理試驗教具案例19.

旋轉磁場演示異步電動機原理試驗目標：觀察導體在旋轉磁場中運動，演示感應電動機工作原理。如圖7-1-42所表示。由一可繞一個定軸轉動導體（廢鋁質易拉罐）和在它附近設置能夠繞軸轉動永磁體組成。儀器組成圖7-1-42試驗原理導體與磁場間有相對運動時，依據電磁感應定律，在導體中將產生感應電流（渦流），渦流方向總是力圖妨礙它們相對運動。第82頁B．自制物理試驗教具案例若磁場是運動（轉動），它附近導體中感應電流在磁場中受到安培力，總是力圖推進導體運動以減小這種相對運動，異步電機就是基于此原理而制成。之所以稱為“異步”，是因為要使導體運動能被利用來對外做功，必須使導體內有一定感應電流，這個電流只有在磁場中受力而使導體運動才能對外做功。這個一定感應電流是靠導體與磁場之間有相對運動出現感應時而產生，故不能企圖實現導體與磁場同時運動（它們之間無相對運動）。用圖7-1-42所表示裝置演示時，當轉動永磁體時，導體（鋁質易拉罐）也會跟著轉動。圖7-1-42第83頁B．自制物理試驗教具案例

會飛蛋第84頁B．自制物理試驗教具案例20．渦流阻力與感應電流（金屬環(huán)、線圈在磁體管外運動）演示導體與磁體之間有相對運動時，因為電磁感應出現渦電流引發(fā)電磁阻力和感應電流。試驗原理：試驗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1米，外徑16mm，內徑12mm左右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20mm左右磁鐵觀察窗，在每個觀察窗處放入兩粒直徑10×10mm銣鐵硼磁鋼，磁鋼之間用長55mm，直徑10mm左右木棍、竹棍或泡沫塑料切成小條將其隔開并固定在管內即成。第85頁B．自制物理試驗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1米，外徑20mm，內徑大于16mm左右有機玻璃管或PVC管將其垂直固定在150×150mm左右有機玻璃板或其它板材上作為演示支架。用長70mm、寬10mm、厚0.3mm左右薄銅皮制作兩個可在支架上自由滑動銅環(huán)，其中一個開口，一個利用焊接使其閉合。線圈由長30mm，內徑21~22mm左右管材（可用瓶口內徑在21-22mm左右飲料瓶瓶口、瓶頸部分制作）及厚4mm，長、寬為45×45mm左右有機玻璃制作繞線骨架并用直徑0.15~0.2mm漆包線繞1500圈，在骨架端部用紅、綠發(fā)光二極管經過反向并聯后再與線圈連接而成閉合回路。第86頁B．自制物理試驗教具案例磁體管磁鋼演示支架圓環(huán)及線圈圖7-1-43本演示裝置演示因為電磁感應而出現阻尼現象。當閉合銅環(huán)或線圈在磁體管外自由下落時，在銅環(huán)或線圈中會因與磁鐵之間相對運動而感應出感應電流。對于銅環(huán)來講因為其電阻較小，感應電流將可能會很大，這個電流會產生妨礙銅環(huán)下落電磁阻力，即銅環(huán)除受重力之外還要受到電磁阻力作用，所以銅環(huán)下落一定高度所需時間就變長了。第87頁B．自制物理試驗教具案例而用開口銅環(huán)代替閉合銅環(huán)試驗是因為開口銅環(huán)電阻很大不能形成閉合回路就不會出現感應電流，沒有電磁阻力，所以，開口銅環(huán)下落一樣高度時間僅是自由落體時間，它較閉合銅環(huán)下落所需時間要短得多。對于含有很多匝數線圈來講，線圈在磁體上下落時，線圈與磁體之間也會因為相對運動而產生感應電流，即使線圈匝數很多電阻較大但感應電動勢也比較高，所以感應電流能夠將發(fā)光二極管點亮。而且，依據楞次定律，線圈在磁體上運動時會交替出現磁通增加、降低過程，線圈內感應電流方向也會交替改變，所以當線圈在磁體上運動時能夠看見兩支反向并接二極管交替發(fā)光，說明線圈回路中存在感應電流。磁體管磁鋼演示支架圓環(huán)及線圈圖7-1-43第88頁B．自制物理試驗教具案例21.氣體流速與壓強關系試驗目標：演示流體內流速大地方壓強小現象。儀器組成：廢筆竿、飲料瓶、乒乓球。試驗原理依據伯努利方程，在同一流管中有則等高兩點處有故大v地方壓強p就小，反之亦然。在一段流管中，若有一股氣流，因為氣流速度v大地方壓強p小，處于側面或下面壓強較大處氣體就會壓過來。在與流速相垂直平面內，形成由氣壓高區(qū)域（流速小）指向氣壓低區(qū)域（流速大）氣壓梯度，它等于氣體動能密度梯度，方向指向動能密度減小方向。第89頁B．自制物理試驗教具案例在本試驗中吹氣管與飲料瓶口處氣流速度最大，氣壓最小，伴隨瓶頸向外逐步擴張流速減小壓強增大，靠近端口部分流速更小壓強更大所以會推進乒乓球向處于吹氣管瓶口運動并貼緊瓶口。圖7-1-45（1）若用本裝置橫向演示，如按圖7-1-44方式對準筆管快速吹氣時將看處處于瓶子邊緣乒乓球會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方式對準筆管快速吹氣時將看處處于瓶子邊緣乒乓球會向上跑，并向瓶口處貼緊瓶口。圖7-1-44第90頁B．自制物理試驗教具案例22.噴霧器原理演示伯努利方程應用－空吸作用，演示噴霧器原理試驗目標：噴霧器原理：它是依據伯努利原理即在同一流管里，流速大位置，壓強小；流速小地方，壓強大。所以流體會自動從高壓流向低壓。噴霧器就是利用流速大、壓強小原理制成。圖7-1-47圖7-1-46所表示，讓空氣從小孔快速流出，小孔附近壓強小，容器里液面上方空氣壓強大，液體就沿小孔下邊細管升上來，從細管上口流出后，受氣流沖擊，被噴成霧狀。另外，汽油發(fā)動機汽化器，與噴霧器原理是相同。第91頁B．自制物理試驗教具案例為此我們利用廢筆桿和筆芯再用少許易拉罐鐵皮做成如圖7-1-47所表示簡易噴霧器演示裝置。演示時只要將筆芯插入水中，用嘴對準筆桿用力吹氣即可看到水霧從噴口射出?！舅妓黝}】圖7-1-471.在自制噴霧器時，進水管上口與噴氣口為何要靠在一起？2.為何噴口氣流速度越快，演示效果越好？第92頁B．自制物理試驗教具案例24．固體熱脹冷縮試驗演示我們知道許多物體都含有熱脹冷縮特征，稱為物體熱膨脹現象。這是因為溫度升高，原子間平距離增加，其體積增大所致。對于金屬材料來講因其熱脹系數比較小，通常只有10-5數量級，比如在20-200oC范圍內，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，所以要想直接觀察該現象比較困難。在中學物理教學中通常使用J2258型固體線脹演示器作為教學演示使用。第93頁B．自制物理試驗教具案例（2）細銅線電加熱演示熱脹冷縮圖7-1-53給細導線通以大電流方法，也能夠演示熱脹冷縮現象，效果也很好且簡便易行。制作一個長20cm，寬10cm左右底板，在板上固定兩個電極和接線插孔，再用一根φ=0.10-0.15mm左右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所表示，即做成電加熱式熱脹冷縮演示器。當用一個低壓電源對導線供電時，即刻就可看到原來繃緊漆包線顯著變松且冒煙，斷開電源開關，導線馬上重新被拉緊；若通電后再將導線拉緊固定，然后斷電，將可看到導線很快被拉斷。兩個試驗一氣呵成，整個試驗時間不到一分鐘，為加強可視性能夠在細銅線中間掛一小紙片或廢氣球等或用攝像頭將試驗過程用投影機放出則現象將愈加生動顯著。也可將該裝置側立起來放在投影儀上演示。第94頁B．自制物理試驗教具案例25.焦耳定律試驗演示儀焦耳定律是中學物理主要內容之一，只有經過演示試驗學生才能更加好地了解和掌握該部分教學內容?，F有物理書本焦耳定律演示裝置如圖7-1-65所表示。圖7-1-65若按書本方法做有幾點不足：①因為裝煤油玻璃燒杯容積比較大，加熱所需試驗時間較長。②煤油在玻璃管中上升高度差不大，可見度?。虎墼囼灲M件較多、較重、易碎，搬動、使用均不太方便。第95頁B．自制物理試驗教具案例由焦耳定律可知：電流經過導體產生熱量跟電流平方成正比，跟導體電阻成正比，跟通電時間成正比，即Q=I2Rt。經過研究和實踐，我們用廢棄裝飾塑料板、廢棄小飲料瓶、電阻絲、吸管等材料制作焦耳定律試驗演示儀，含有快速、輕便、使用方便等特點，該儀器如圖7-1-67所表示。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，（6）連接導線及電源接線柱。第96頁B．自制物理試驗教具案例圖7-1-67（1）（2）（3）（4）（5）（6）制作方法（1）儀器座及面板均用厚10mm裝飾塑料板制作，底座、面板兩部分之間采取榫卯方式連接。面板高330mm、寬320mm。底座長320mm、寬150mm、高35mm。（2）將3個100-200mL左右廢飲料瓶（其它能密封、透明瓶均可），用清水洗滌晾干后在瓶頸較厚處用2.5mm鉆頭鉆孔后攻3mm標準螺紋作為放氣孔。（3）用一根簽字筆芯清洗后截出三段，每段長25mm備用；將厚0.6-1mm左右黃銅片或廢舊閘刀開關上銅電極，切割成長40mm，寬5mm左右條狀后將其彎折成一邊長8mm左右，另一邊長32mm左右電極支架，并在兩端離端面4mm處鉆出3mm螺釘孔備用。第97頁B．自制物理試驗教具案例圖7-1-67（1）（2）（3）（4）（5）（6）（4）在每個飲料瓶蓋上密封線內鉆3個孔，其中兩個孔用M3螺釘將電極、焊片固定在一起，一個用于穿簽字筆芯用作U型壓力計連通孔。為了預防漏氣可在螺釘及筆芯與瓶蓋連接處用粘結劑密封。（5）電熱絲用500或800W電爐絲制取，截取阻值為R1=5Ω，R2=R3=R4=10Ω四段電爐絲，將R1、R2、R3分別裝在三個瓶蓋銅電極上，R4裝在儀器右邊支架上，圖7-1-67中A處。（6）U型壓力計如圖7-1-67所表示，將計算機制作刻度尺貼在儀器面板上后，用4mm或5mm粗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，并注意讓每個壓力計高度器、起始位置均相同。第98頁B．自制物理試驗教具案例試驗方法（1）用注射器給每個壓力計注入3毫升左右?guī)в蓄伾?，并注意使每個壓力計內液柱高度及起始點均相同。（2）將放氣螺釘旋入瓶頸上放氣孔，必要時可在螺釘上涂抹一點密封脂預防漏氣。（3）用導線連通電極及接線柱，用一可調范圍在3~12伏直流穩(wěn)壓電源作為工作電源或在儀器后面設置一類似圖7-1-52所表示電路原理簡易自制穩(wěn)壓電源做工作電源。（4）如圖7-1-68（a）所表示，當電熱絲R1，R2和R3串聯時，電阻R2=R3>R1但電流I相同，此時應有Q2=Q3>Q1，當接通電路時可看到裝有R2和R3兩個電阻絲壓力計液柱上升高度基本相同。而裝有電阻絲R1壓力計液柱高度只有二分之一左右。（圖7-1-67所表示）第99頁B．自制物理試驗教具案例R1R2(R2=R3>R1)R3EKR2R3R4EK(R2=R3=R4)(b)圖7-1-68圖7-1-69（5）如圖7-1-68（b）所表示，當電熱絲R3與R4并聯后再和R2串聯時，即使R2=R3、但I3<I2，此時應有Q3<Q2，接通電路時可看到R2瓶液柱比R3瓶液柱高。（圖7-1-69所表示）第100頁B．自制物理試驗教具案例整個“焦耳定律”試驗可分步完成也可一次完成。【思索題】：①通電后U型壓力計中液柱為何會上升？②R1和R2、R3串聯，二者電流相等，為何R2瓶壓力計中液柱比R1瓶塑料管中水柱上升得高？③當電阻R3和R4并聯后再與R2串聯時，R3=R2，為何R2瓶液柱比R3瓶液柱高？④3個U型壓力計中液柱上升高度，與通電時間長短有何關系？⑤本試驗裝置還有哪些不足和值得改進地方？第101頁B．自制物理試驗教具案例26.光反射、折射、凸透鏡、凹透鏡等相關試驗演示

光反射、折射定律是幾何光學中最基本物理定律，要想讓學生掌握好這部分知識，最好方法就是經過演示試驗感性認識加深學生對這一規(guī)律了解。我們利用玩具激光筆、廢塑料板（也可用木板）、3mm、5mm厚有機玻璃和少許電子元件制作了一件結構簡單、演示效果好，既能方便演示光反射、折射、全反射等試驗內容，又能測試相關介質折射率，還能夠用來演示學生比較難了解凸透鏡匯聚光線、凹透鏡發(fā)散光線等演示裝置。下面給大家做一簡明介紹。第102頁B．自制物理試驗教具案例儀器組成：30040320圖7-1-51裝置如圖7-1-51所表示，全部裝置由底座（1），固體激光器（2），二分之一圓形（或等邊三角形）有機玻璃塊或由有機玻璃制成能儲存液體半圓形塊及凸透鏡、凹透鏡主截面模型（3），刻度盤（4）及后面4.5伏直流穩(wěn)壓電源等組成。制作方法及注意事項：底座可用木板或塑料板制作，本裝置是用廢棄10mm厚塑料裝飾板制作其尺寸如圖7-1-51所表示，可分為兩部分，下面底座部分長300mm，寬150mm，高40mm。上面面板部分就是一塊寬300mm，高320mm塑料裝飾板，二者經過榫卯結構連接。第103頁B．自制物理試驗教具案例~220V+6.5~8VLM317-+R1300R21.k123UGHC210

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LM317圖7-1-52固體激光器是5元左右一只玩具激光筆，考慮到所裝電池容量太小不能較長時間進行演示，所以將其改成外接4.5V直流穩(wěn)壓電源供電，其電路原理如圖7-1-52所表示也很簡單。經測試玩具激光筆工作電壓在4.5V時，電流大約40mA左右，所以變壓器功率在1伏安左右足矣。其余元件參數可參考原理圖所給出數值。調試R2可調整輸出端電壓UGH，注意輸出端電壓不要超出4.5V，而且最好在激光筆電源輸入端接上一個開關以防電源開啟瞬間脈沖電壓損壞激光筆。即先開電源，再開激光筆。激光筆可經過一鍍鋅鐵皮固定在面板上，讓其能夠轉動。第104頁B．自制物理試驗教具案例半圓形透鏡反射、折射演示器尺寸直徑約70mm，厚5mm用有機玻璃邊角料做成。制作時可先用圓規(guī)畫出圓或略大于半圓圖形，然后用鋸、銼等方法切削、打磨出所需形狀，再用細銼、細沙紙依次打磨后其側端面用拋光機拋光使其能更加好反射和折射，若沒有拋光機則在拋光時也可用毛巾平鋪在桌子上用手工往返摩察拋光。30040320圖7-1-51刻度盤先用厚3mm左右透明有機玻璃或透明塑料板制作一直徑180mm左右圓盤，在其圓心處鉆2.5mm孔用3mm絲錐攻出螺紋后用6mm左右鉆頭鏵出沉頭螺釘孔后用一顆3×25沉頭螺釘旋上使螺釘頭與圓盤保持在同一平面。將5mm厚半圓形板對準大圓盤中心用少許二氯乙烷粘結。利用計算機作出一樣直徑最小刻度1度刻度盤，用打印機打出剪下后用固體膠和少許透明膠帶貼在圓盤上。（假如演示最小偏向角，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，等邊三棱鏡制作材料、方法與半圓形演示器相同）刻度盤形式如圖7-1-51所表示。第105頁B．自制物理試驗教具案例試驗原理ABNOir圖7-1-54光反射：依據中學學過反射定律可知，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光，試驗證實，光在反射時遵照以下規(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，反射角等于入射角，如圖7-1-54所表示。光折射：當光從一個介質進入到另一個介質，比如從空氣進入到玻璃（有機玻璃）中時，在兩種介質界面處，一部分光進入到后一個介質中去，而且改變了原來傳輸方向，這種現象叫做光折射，如圖7-1-55示。ABN

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r空氣玻璃圖7-1-55n第106頁B．自制物理試驗教具案例ABN

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r空氣玻璃圖7-1-55n入射光線與法線間夾角i叫做入射角，折射光線與法線間夾角r叫做折射角。折射光線跟入射光線和法線在同一平面上，而且分別位于法線兩側。折射定律指出：當波長一定單色光從真空（或空氣）射入另一透明物質時，將產生折射，入射角i和折射角r之間有以下關系：

其中n為該透明物質折射率，它與經過該物質波長相關。普通所說固體或液體折射率是對鈉黃光而言。（進行相關演示并測折射率）第107頁B．自制物理試驗教具案例由此可知臨界角θc僅與介質折射率比值相關，利用上式也可測介質折射率。a介質（n2）介質（n1）θ2θ1θ1aacccbbθ2=90oθ1cθ1cθ1b圖7-1-56光全反射原理當入射角θ1

＞θc時，光線不會透過其界面，而全部反射到光密介質內部，也就是說光被全反射。假如在儀器其側面裝上幾只相互平行激光筆并用有機玻璃制成凸透鏡、凹透鏡主截面模型，則還能夠演示如圖7-1-58所表示凸、凹透鏡對平行光光線匯聚、發(fā)