1、 专题十六专题十六 设计与自制教具中物理问题设计与自制教具中物理问题 一、物理自制教具主要作用一、物理自制教具主要作用 通过自制教具，不仅能节省开支，解决教学仪器不足的问题，保证实验活动的顺利进行，而且教具的制 作和使用，还具有以下好处： 1.良好的教学效果。教学实践表明：自制教具的结构及使用方法简单，很直观，能帮助学师生领会、理解 问题。无论是教师还是学生，使用自己自制的教具很熟练，很能够说明问题，产生的效果很好，有一些自 制的教具比上级部门配置的仪器还好用，正像李政道教授所说的： “自己制作的教具，永远比买来的好。” 2.自制教具，有利于培养学生的学习兴趣，激发求知欲。在开展的课外科活动中
2、，结合实验问题，鼓励学 生就地取材，利用生活中的一些废旧物品，动脑、动手做一做教具，学生成功时就会对物理科学产生兴趣， 体会学好物理知识的好处，品尝创造发明的乐趣，就会产生爱学物理的想法，学习的主动性、求知欲就会 加强。通过开展这些低成本的实验，还能培养学生热爱科学的思想，开拓学生的眼界，扩大了知识面，学 到了课堂上学不到的知识，使学生体会到生活、技术中的物理，弥补课堂教学的不足。 3.开展自制教具活动，有利于培养师生的创新意识和动手能力。对办学条件较差的农村中学，开发研究自 制教具有着重要意义，这不仅可以改善实验教学的条件，而且对师生的实验动手能力，创新意识等科技素 质的提高有很好的促进作用
3、。学生都有好奇心，这是产生创新的内在动力。自制教具从设想开始到动手设 计、制作定型，要经理思考、论证。从发现问题到设计出教具，师生的创新思维会得到培养，动手能力会 得到提高。 二、物理自制教具主要类型二、物理自制教具主要类型 1.用来演示物理现象的自制教具 杨振宁教授认为：“很多学生在物理学习中形成一种印象，认为物理学就是一些演算。演算是物理学的 一部分，但不是最重要的部分，物理学最重要的部分是与现象有关的。绝大部分物理学是从现象中来的， 现象是物理学的根源。”初中自制教具的常见内容：惯性、流体流速与压强的关系、电流的效应、超重失 重现象、静电感应现象、电磁感应现象、光的反射、折射现象，压缩气
4、体温度升高、气体急速膨胀时温度 下降现象等。如：探究声音的产生、测平均速度、研究摩擦力、研究流体的压强与流速的 关系、研究杠杆的平衡条件、研究平面镜成像、测量斜面的机械效率，还有课本上设置的 许多有趣实验、演示实验都可以用自制的教具来完成。 2.用来模拟物理现象的自制教具 在物理实验室现成配置的仪器中有许多现成的物理模型，如“磁感线模型”、“眼球模型”，“布朗运动 模拟演示器”等。在自制教具中，也出现了很多模拟物理现象的实验作品，诸如：汽轮机等。 3.用来探究和揭示各种物理规律的自制教具 在中学物理教学中，涉及到的物理规律很多，诸如：阿基米德原理、欧姆定律、焦耳定律等， 物理规律 来之于实验，
5、而实验方法和手段不断推陈出新，为自制教具提供了广阔的天地。如：利用数码照相机制作 “频闪照片”，就是近年来新技术出现后引入的新实验器材和方法。 4.简易模型 常见的制作或发明如：简易电动机、简易发电机、自制照相机、自制收音机、门铃、延时开关、日光灯电 路、简易热机、静电除尘装置、自制简易金属探测器、太阳能路灯原理演示装置，自制门电路、温度传感 器、简易动圈式扬声器、静电风车、电子秤测量原理演示装置、电饭锅控温原理装置、传感器应用闯 红灯照相、火力发电演示实验、磁流体发电机等。 5.自制各种物理实验工具及测量仪器 初中物理中涉及到的如测长度的一些仪器：刻度尺、天平、秒表、透镜、弹簧秤、电流表等。
6、 三、自制教具中中考题解析三、自制教具中中考题解析 【例题 1】制作简易气压计，观察大气压随高度的变化。 (1)如图所示，在玻璃瓶中倒入适量红色的水，将插有玻璃管的橡皮塞塞紧瓶口，红水升到玻璃管一定的高 度，但高度不够，你应_，使水上升到瓶口以上适当位置，制成了简易气压计。 (2)将简易气压计从四楼移到一楼过程中，发现玻璃管内水柱_， 说明_。 (3)小明将简易气压计放在阳光下，过一会儿，他发现玻璃管内水柱发生了变化，这一现象说明，简易气压 计的测量结果会受到_影响。 （4） 如图自制的简易气压计， 瓶中水面上方是空气， 在图示的状态下， 瓶内的气压_瓶外的大气压 小 明同学将气压计从山下拿到
7、山上后， 细玻璃管内的水柱高度会_， 原因是大气压随高度的增加而_ 答案：（1）向瓶内吹适量的气；（2）下降；高度越高，大气压越低；（3）外界温度 （4）大于。升高，减小 解析：（1）向瓶内吹适量的气，增大瓶内上方空气压强，瓶内液体就会被挤压到玻璃管里，沿着玻璃管上 升。 （2）将简易气压计从四楼移到一楼过程中，发现玻璃管内水柱下降，高度越高，大气压越低；气压计高度 越低，大气压越高。 （3）气压计放在阳光下，其周围环境温度升高，玻璃管内水柱发生了变化。说明气压与温度有关系。 （4）瓶中水面上方是空气，如果此处的气压等于瓶外的大气压，管内和瓶内的水面应该相平现在是管内 的水面高，说明瓶内的气压
8、高于瓶外大气压；将气压计从山下拿到山上后，大气压减小，管内水柱高度会 增加，说明大气压随高度的增加而减小。 【例题 2】如图是小明制作的简易“蒸汽船”模型。将盛有一定量水的铜制容器安装在“船体”上，用蜡烛 对铜制容器底部加热，一段时间后铜管会向右喷蒸汽，“蒸汽船”就向左行驶。 （1）蜡烛对铜制容器底部加热导致容器内水温升高，这是通过 的方式改变水的内能。 （2）当管向右喷落汽时“船体”获得喷出的蒸汽对其向左的推力，这说明了 。 【例题 3】某制作小组所设计的电饭锅，其结构如图所示，控制系统中的感温磁体与受热面固定在一起，当 温度低于 103时，感温磁体具有磁性。 煮饭时用手向下按动开关，通过轻
9、质传动杆 AOB 使永久磁体和感温磁体吸合，触点闭合，电路接通，发热 板开始发热。当温度达到 103时，感温磁体失去磁性，永久磁体受重力及弹簧的弹力作用而落下，通过传 动杆使触点分开，发热板停止发热。 （1）画出使触点分开时 B 点受到的力和力臂。 （2）若用 4N 的力按下开关，B 端受到的阻力为 1N，则动力臂和阻力臂之比为 ，如果手按下的距离为 0.5cm，则永久磁体和感温磁体之间的距离至少是 cm。 （3）用电饭锅烧水（在标准气压下），水沸腾时 （能/不能）自动断电。 答案：（1）见解析图；（2）1：4；2；（3）不能。 解析：永久磁体受重力及弹簧的弹力作用而落下，画出使触点分开，由此
10、画出 B 点受到的力，再由画出其 力臂； 根据杠杆的平衡条件计算动力臂和阻力臂之比； 根据功的原理计算永久磁体和感温磁体之间的距离； 根据水的沸点结合感温磁体失去磁性的温度分析解答。 （1）由题知，永久磁体受重力及弹簧的弹力作用而落下，则使触点分开时 B 点受到的力是竖直向下的，由 此画出 B 点受到的力，再由支点 O 作这个力作用线的垂线段，即为其力臂 L，如图所示： （2）若用 4N 的力按下开关，即动力 FA=4N，B 端受到的阻力 FB=1N， （3）由题知，当温度达到 103时，感温磁体失去磁性，永久磁体受重力及弹簧的弹力作用而落下，通过 传动杆使触点分开，发热板停止发热， 在标准大
11、气压下水的沸点为 100，则水沸腾时感温磁体不会失去磁性，故不能将触点分开而自动断电。 四、与自制教具有关的物理训练题四、与自制教具有关的物理训练题 （含答案与解析）（含答案与解析） 1.小宇给家里楼顶的水箱制作了一个自动加水装置，初步设计如图所示，将两个完全相同的实心圆柱体 A、 B 通过细线与一压力传感开关相连，吊在水平放置的圆柱形水箱中，已知每个圆柱体重为 6N，底面积为 50cm 2当水箱储水深度降到 10cm，圆柱体 B 一半浸在水中时，压力传感开关所受拉力达到 10N，其闭合开 始加水。（细线质量与体积均忽略不计，g 取 10N/kg）请求： （1）刚开始加水时，水箱底部所受水的压
12、强。 （2）圆柱体的密度。 （3）当水箱储水深度达到 1.5m 时，压力传感开关所受拉力为 5N，其断开停止加水，求应设计 A、B 间细线 的长度。 答案：（1）刚开始加水时，水箱底部所受水的压强 110 3Pa； （2）圆柱体的密度 1.510 3kg/m3； （3）A、B 间细线的长度 1.3m。 把 2 个圆柱体看作一个整体，受向上的浮力、向上的拉力和向下的总重力， 由力的平衡条件可得：F浮+F拉=G， 此时圆柱体 B 受的浮力： F浮=GF拉=26N10N=2N， 由 F浮=水gV排得，圆柱体 B 浸在水中的体积： V排=210 4m3， 由题知，此时圆柱体 B 一半浸在水中， 则圆柱
13、体 B 的体积：V=2V排=2210 4m3=4104m3， 由 G=mg=gV 得，圆柱体密度： =1.510 3kg/m3； （3）当水箱储水深度达到 h2=1.5m 时，压力传感开关所受拉力为 5N， 此时 AB 受到的总浮力： F浮=GF拉=26N5N=7N， 由 F浮=水gV排得，AB 浸入水中的总体积： V排=710 4m3， AB 间细线的长度： h=h2h1h=1.5m0.1m0.1m=1.3m。 2.同学们用手边的铅笔可以做很多物理小实验，如图所示。 （1）图甲中铅笔的长度是 cm。 （2）图乙中插入水中的铅笔看起来弯折了，这是光的 现象。 （3）图丙中，用手指分別顶在铅笔的
14、两端时，两只手指的凹陷程度和感觉不同，是由于压力的作用效果与 有关。 （4）将一些细铜丝绕在铅笔下端，制成一个简易密度计，如图丁所示。如将此密度计先后放人水和某液体 中，浸入部分长度之比为 4：5，则该液体的密度 为 kg/m 3（细铜丝体积忽略不计）。 答案：（1）3.00；（2）折射；（3）受力面积；（4）0.810 3。 （2）水中铅笔看起来变弯折，属于光的折射现象，故 B 错误； （3）铅笔处于静止状态，受到的两手指的压力是一对平衡力。据题可知，右边手指更疼，这说明压力的作 用效果与受力面积有关； （4）设浸入水中的长度为 4h，浸入液体的长度为 5h，横截面积为 s，根据两次都漂浮，
15、铅笔的重力等于排 开液体的重力， 水gV排水=液gV排液， 水gs4h=液gs5h， 液=1.010 3kg/m3=0.8103kg/m3。 3.某同学用铅笔芯（主要成分是碳）自制简易爱迪生灯泡。他将直径 0.5 毫米的铅笔芯两端接上导线，放 入盛有少量澄清石灰水的广口瓶中（如图甲），连接 12 伏电源和电流表，闭合开关，铅笔芯发出黄光并渐 渐变亮，稍后渐渐变暗。断开电路，发现澄清石灰水变浑浊，铅笔芯明显变细。继续通电，铅笔芯烧断掉 落。 （1）某时刻，电流表的示数如图乙所示，为 安 （2）请在答题纸图丙中画出该实验的电路图。 （3）瓶中的石灰水可起到 作用。 （4）实验中，铅笔芯亮度渐渐变暗
16、的原因是 。 （3）铅笔芯在燃烧过程中可以产生二氧化碳和大量的热，瓶中的石灰水可以检验实验中产生的二氧化碳气 体，也能防止炽热的铅笔芯掉落使瓶底破裂； （4）铅笔芯在燃烧过程中变细，横截面积变小，电阻变大，由于电源电压不变，根据 P=可得，铅笔芯 的实际功率变小，所以变暗。 4.将纸餐盘、纸杯和吸管按照如图方式粘合在一起即成“纸杯船”。 （1）往纸杯里倒些水，水从吸管喷出时，纸杯船就会前进，说明 。 （2）杯内装水越多，吸管喷水越远，因为 。 答案：（1）力的作用是相互的。（2）液体压强随深度增加而增大。 解析：物体间力的作用是相互的，物体受到力的同时，也对另一个物体施加了力。液体压强与深度和
17、密度 有关，p=gh。 （1）往纸杯里倒些水，水从吸管喷出时，水给空气一个向后的力，由于力的作用是相互的，故空气给水一 个向前的力，故纸杯船就会前进。 （2） 杯内装水越多， 吸管喷水越远， 是因为装水越多， 水的深度 h 越大； 运用液体压强随深度增加而增大； 所以喷水越远。 5.如图所示，用铅笔尖顶着一个纸风车，置于一杯热水上，风车就会转动。以下叙述正确的是（ ） A风车静止时，只受到重力的作用 B风车转动时，只受到热空气推力的作用 C风车转动时，机械能转化为水的热能 D移去热水，风车由于惯性不会立即停转 答案：D 6.如图为木制玩具青蛙刮鼓，用木棒在青蛙背上摩擦，就会发出类似青蛙的叫声，
18、有时还能引起周围青蛙 的附和共鸣。下列说法正确的是 A. 青蛙刮鼓发出的声音是由木棒振动产生的 B. 模拟青蛙的叫声是指音色相近 C. 青蛙刮鼓发出的声音一定是噪声 D. 能引起周围青蛙的附和共鸣说明声音能传递能量 答案：B 7如图所示，矿泉水瓶盖侧面可有凹凸不平的条纹，便于旋开瓶盖；带有橡胶塞的口服液所配置的吸管， 其表面也可有棱状条纹，便于吸上口服液，联系所学的物理知识，分别说明上述两个实例中条纹的作用。 答案：矿泉水瓶盖侧面的条纹，可以增大接触面的粗糙程度，增大摩擦，口服液吸管表面的条纹，可使空 气进入瓶内，让瓶内气体与大气相通，在大气压的作用下吸入口服液。 8.如图甲所示，是科技迷小明
19、制作的“真空炮”模型：在一根两端开口、内壁光滑、水平放置的透明塑料 管左端管口处，放置一枚弹丸；管口两端各有一块可自由开合的挡板；靠近管口右端连接一抽气机。抽气 一段时间后，迅速将挡板 1 打开，弹丸便可冲开挡板 2 从管右端射出。 弹丸从管口射出的出口速度与哪些因素有关呢？小明提出了如下猜想： A：与弹丸的形状有关 B：与弹丸的直径有关 C：与塑料管的长度有关 小明在塑料管壁两侧安装了多套光电传感计时器，用于测量弹丸在管中不同位置的运动速度。请完成下列 各实验步骤的填空： （1）抽出挡板 1 时，弹丸受到的动力来自于其两端气体的 。 （2）探究猜想 A 时，控制其他因素相同，分别用球形与弹头形弹丸进行实验，测得弹丸速度大小随运动位 置变化关系的图象（如图乙所示），则出口速度较大的是 弹丸。 （3）探究猜想 B 时，小明仅换用底面直径不同的两枚弹头形弹丸重复上述实验，发现直径越小的弹丸，出 口速度越小。你认为直径小的弹丸出口速度小的原因可能是 。