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气球在物理实验中的妙用
来源查字典物理网| 2012-12-29 发表| 物理教研分类:教法学法

物理教研

气球是生活中一种常用的娱乐产品,在物理实验教学中巧妙地运用它可以达到一些意想不到的效果。

一、声音在液体中传播

图1

先将手机装入气球内,用一根长线密封好。然后把它慢慢浸没于水槽中,并让手机的屏幕正对着学生。用另外一个手机对其进行拨号,手机开始振铃。这样,学生既可以看到手机屏幕的亮光,又可以听到从手机发出的声音。如图1所示。这就证明了声音可以在液体中传播。

二、水凸透镜

用一个透明的气球,在里面充入一部分水,用细线扎紧,让太阳光照射气球,可以观察到在气球后面出现了一个很亮的光斑。如果在气球后面较近的位置放一个物体,气球就变成了一个放大镜,通过气球观察,就可以看到物体正立、放大的虚像。

三、力学实验

1.演示力可以使物体发生形变、弹性形变

图2

如图2,将吹了气的气球置于桌上,用手掌压气球,可看到气球被压扁,说明力可以使物体发生形变;松开手气球恢复原状,说明气球发生的是弹性形变。

2.演示压力的作用效果

a.如图3,一手手掌平压在气球上,另一手用手指顶住气球,可看到,与手掌接触的那部分气球形变较小,而手指顶着的那部分气球形变明显,并且用的力越大,形变越明显。

图3 图4

b.如图4,把气球放在钉板上,再把木板放在气球上,向木板上施加压力,气球形变但不会被钉板上的钉刺破,说明压力的作用效果与受力面积有关。

3.体验液体压强的存在

图5 图6

如图5,向玻璃管内加水,玻璃管底部的气球膜向下凸出,说明液体对容器的底部有压强;如图6,把下部蒙有气球膜的玻璃管插入水中,橡皮膜向内凹,说明液体内部有压强。

4.演示影响液体内部压强的因素

在玻璃管的开口侧面和管底套上弹性较好的气球胶膜并扎紧,用透明胶管(可用输液管)加长玻璃管后向管内注水,随着胶管上端的升降,看到液面越高气球胶膜越凸出,换成不同管径或液体再做,以说明液体内部压强与高度和液体密度有关。

5.演示大气压的作用

准备一个吹胀的气球,一只边缘平滑的塑料杯(或碗)。先让气球表面沾些水,再在塑料杯(碗)里倒满开水,过一段时间将开水倒掉,接着把塑料杯倒扣在气球上。等一会儿,摸摸杯子已经变得很冷了,拿起气球再翻个身,可见塑料杯挂在气球下,不会掉下来(可能要多试几次才能成功)。原因是被开水烫热的杯中充满了热空气,扣在气球上以后,杯口被密封,等里面的空气冷却了,体积缩小,使杯内的空气压强小于杯外,在杯外的大气压力作用下,杯子被吸附在气球上。若用手指按压一下杯子边沿的球膜,外面的空气进入杯内,杯子马上就脱离气球了(如图7)。

6.演示流体压强与流速的关系

如图8,把气球悬挂起来,向气球的一侧吹气,会发现气球向吹气的一侧靠近,原因是吹气的一侧气体流速快,压强小,另一侧的气体压强大故而产生一个压力差使气球发生偏转。

7.演示大气压的存在──吞吐气球

改进“瓶吞鸡蛋”实验。用制取氢气的启普发生器的下部,将小气球置于瓶口,导气管连接抽气机,当抽出(或冷却)瓶内气体时,大气压使小气球被“吞”进瓶内,再将瓶倒置,向瓶内打气(或加热瓶内气体),小气球又被“吐”出。

8.演示反冲现象

如图9,将吸管插入气球口,用细线把其扎紧,用气筒给气球打足气,用手堵住吸管,让吸管口朝下,然后放手,会发现气球沿直线竖直上升。实验能够很好地说明反冲运动。在这里要注意选用吸管要稍长一些,有利于气球沿直线上升。

9演示气体的体积与压强和温度有关

a.如图10所示,在直玻璃管的下端拴一个气球,把气球放入瓶中,并用塞子塞住广口瓶口。先在气球内充入一定质量的气体,封闭直管,通过弯管向瓶外抽气,发现气球变大;向里打气时,气球又会变小。表明一定质量的气体在温度不变时,压强减小,体积增大,压强增大,体积减小。

b.在气球内稍充气,并把直管封闭,然后把广口瓶放入热水中,使瓶内受热,就会发现气球变大,从热水中取出后稍冷却,就发现气球又逐渐地变小。可以说明气体的体积与温度有关。

10物体的沉浮条件

用一个薄气球,装入水,密封好,缓缓放入水中,可以看到气球在水中的悬浮;然后在气球中装入酒精,则可以看到气球在水中的漂浮;最后在气球中装入盐水,则会看到气球在水中的下沉,能有效说明了液体中物体的沉浮与物体的密度有关。

11.显示空气浮力

将几个氢气球挂在弹簧测力计的挂钩上,气球静止时弹簧测力计显示出相当的示数。可以有效地说明空气浮力作用。

12.演示和分析浮力产生的原因

将可乐瓶去底后倒置,放入小气球,先按住气球缓缓加水,到水完全淹没气球才能放手,并继续加满水,气球并不上浮;再将整套装置放入有足够水位的水槽或大烧杯中,看到小气球又向上浮出。

13.在空气中演示浮沉条件与潜水艇原理

取氢气气球与空气球在空中同时释放,看到一个上浮而另一个下沉,若将二者绑拢则能悬浮于空中任意位置;此时若放出空气球中的一部分空气则两气球上升,反之若放出氢气球中的一部分气体则两球下降。可用以说明浮沉条件,还可以分析潜水艇的工作原理。

14.演示星系在远离我们而去

如图11,在气球上粘一些金属颗粒,把气球看成是宇宙,小金属颗粒是宇宙中的天体,用气筒给气球充气,气球膨胀时,任一小金属颗粒周围的其他小金属颗粒都在离他远去,可以形象地说明星系在远离我们而去。

四、电学实验

1.电荷的相互作用

如图12所示,气球充好气后,用干燥的丝线将气球悬挂起来。用干燥的手擦气球的表面,使球带电(手最好先在火上烘干)。用摩擦过气球的手去靠近气球,手会吸引气球,让用手摩擦过的另一个气球靠近它,两球会相互推斥。这个实验说明了电荷的相互作用。

2.带电体吸引轻小物体

用塑料梳子与头皮摩擦后去靠近吹有一定气体的气球,发现气球能被梳子吸附起来,说明带电体能吸引轻小物体。

在现代生活中有各种材料和造型的气球,如果我们注意加以利用或改造,可以以较低的实验成本,帮助学生理解不少物理中的“大道理”。

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