物理实验创新设计大赛

『壹』 求一个物理小发明（初高中阶段），要求能解决生活中的小问题。

一、最简单的抽水机

实验素材无时不有，
无处不在，
只要我们处处留心、
善于发现，
日常生活中很多信手拈
来的物品，都可以成为我们开发实验的好资源。

有一次我患重感冒，
躺在病床上，
当我看到护土拿着一支注射器和打吊针用的一次性塑
料软管走过来时，
我突发其想：
要是能利用这些材料制作一件物理教具就好了，
我苦思冥想
了两天，结果出院时诞生了一件获得省二等奖的教具。

如图
1
，
将打吊针用的一次性塑料软管较粗的那两段剪下来
（在图中标注为
A
和
B
）
，
A
两端各有一个口，上端口是出水口，下端口是进水口，
B
上端有现成的两个口，下端有一个
口。
将
B
上端的一个口与
A
下端进水口连接，
另一个口与注射器相连接，
再将
B
下端进水口
放入水中，并事先分别在
A
．
B
内放进一颗小钢珠，这样就做成了一只最简单的活塞式抽水
机。

反复抽动注射器的活塞，
水就会从
A
出水口中源源不断地流出来。
因
A
．
B
都是透明的，
学生可以很清楚地看到抽水过程中软管内小钢珠的运动情况（即活塞阀门的开闭情况）。

由这件教具的制作材料，
笔者明白了一个道理：
我们身边可以用来做实验的物品比比皆
是，
可以利用的实验资源十分丰富，
我们缺少的并不是资源，
而是发现资源的慧眼和设计实
验的智慧。
尽管实验资源开发的途径、
开发桐则的方法多种多样，
但最具价值的还应该是有创新
的意识和思想。

二、十分神奇的光学仪器

身边司空见惯的物品摇身一变，
可以演变出趣味无穷的科学实验：
两个纸筒魔术般地组
合，可以制成照相机、幻灯机、望远镜、显微镜等模型，并能生动地揭示这
4
种光学仪器的
原理。

1
．照相机。
如图
2
，事先发给学生一只凸透镜（也可用放大镜或远视眼镜片代替），
让他们准备两本
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开的杂志，卷成两个大小不同的空心圆筒，在较小圆筒的一个端口蒙上
一块半透明的塑料薄膜，
在较大圆筒的一端口用胶纸固定上凸透镜，
使小筒蒙有塑料薄膜的
一端的能自如地套进大筒里，这样就制成了照相机。

上课时，
让学生把上述装置带来，
用大筒上的凸透镜对准教室里或窗外的明亮景物，
前
后移动小筒，
使像距发生改变，
这时，
学生就可以观察远近不同的景物，
并且可以在小筒塑
料薄膜上得到一幅清晰的彩色图像。

此处，“要使图像放大或缩小时，相机应靠近或远离景物？”“暗箱应拉长或缩短？”
这些历来教学中的难点，
可在学生亲自动手操作、
观察中被轻松突破，
亲身感受所学得的物
理知识，比用任何语言描述都更生动可信和印象深刻。

2
．幻灯机。
上述装置，还能被巧妙地改装成幻灯机：只要将小筒上半透明的塑料薄膜
换成透明的塑料纸，
并在塑料纸上画上景物
（或直接换成印有图案的透明塑料包装纸，
其实
这就是现成的幻灯片）
。
用手电筒去照小筒开口端，
则可在白墙上或在竖直放置书本的封底
中出现一幅放大的彩色的景物像。

同样，

“要使袭桐像放大或缩小该怎么办？”“幻灯片为什么应倒插”等问题，学生在观
察中很容易掌握，学生在玩中学到了物理知识。

3
．望远镜。
在上述幻灯机装置中，学生只要将小筒上的塑料纸换成焦距比大筒上凸透
镜（物镜）焦距短的凸透镜（当目镜用），便能改装成望远镜，通过前后移动小筒在大筒里
的位置，可以看到远处的物体明显变近。

4
．显微镜。
将上述望远镜装置中的目镜与物镜位置调换，即可当显微镜用。

多数初中校的实验室中没有“正规”的演示照相机、幻灯机、望远镜、显微镜原理的模
型，
也就谈不上让全班学生亲自操作、
观察和理解上述教学难点，
而利用两个纸筒组合成的
模型却能做到这一点。

利用上述日常用品做实验，
还有以下优点：
首先能减轻教师的工作负担，
因为即便是条
件较好的城市学校，
教师也不可能做到每一节课的课前都为学生准备人人动手的教具。
其次，
学生课外也可以利用自制的学具反复动手操作，
而不必担心损坏仪器，
这样他们能够充分地
动手、动脑，观察物理现象的发生、发展的全过程，反复品味其中的物理原理。

因此笔者认为，
因陋就简做实验是利用
“正规”
仪器做实验的补充和延伸，
对条件较好
的学校也同样适宜，具有很局禅棚强的生命力。

三、趣味横生的静电实验

静电实验历来很难做成功，
如何巧妙设计实验、
寻找容易带电材料，
是实验成功的关键。

1
．静电感应实验。
如图
3
，取一根用过的圆珠笔芯，取下铜笔头，将残留的笔油洗净，
用钳子把笔芯的正中央部分夹扁，在夹扁的部位扎个小孔，让铜笔头尖端恰好能插紧小孔，
另取一根缝衣针，将有针眼一端固定在软木塞上（热水瓶塞），针尖朝上，将固定在圆珠笔
芯上的铜笔头套针尖上，使它能在针尖上灵活转动。

由于上述装置中针尖恰好顶在铜笔头的小圆珠上，
所以转动十分灵活。
让学生用普通纸
去摩擦支架上圆珠笔芯的一端使之带电，
另取一根不带电的圆珠笔芯
（或其他不带电的物体）

去靠近支架上笔芯的带电端，
会看到它们将立即吸住，
这就是奇妙的静电感应现象，
十分有
趣。

2
．电荷相互作用实验。
将两根笔芯用纸摩擦，一根笔芯架在上述针尖上的铜笔头中，
另一根拿在手上，
让它们带电端相互靠近，
这时针尖上的笔芯就会被手中的笔芯推开，
调换
两根笔芯的位置，可以得到同样的结果，说明它们之间的作用是相互的。

3
．
同种电荷相互排斥实验。
让学生取一段长
20
厘米的普通塑料包扎绳
（包扎教材用的）
，
在一端打个结，
从另一端往打结端方向用手反复撕成许多条细塑料丝，
然后将这束塑料丝平
铺在桌面上，用手指使劲摩擦塑料丝（这是迅速带电的摩擦窍门），待手指发热时，提起塑
料丝的打结端，
这时可以惊奇地看到塑料丝像
“着魔”
似地自动散开，
这个实验生动地说明
了“同种电荷相互排斥”。

4
．不同物体摩擦后带异种电荷实验。
就利用上述这么一条随手可得的塑料包扎绳，还
可以生动地说明两个不同物体摩擦后带的是异种电荷，
而这一点是实验室的仪器没办法做到
的：
用学生有机塑料尺或三角板去跟装食品用的普通薄塑料袋摩擦，
让带电塑料尺靠近上述
带电塑料丝，
会看到散开的塑料丝立刻紧抱塑料尺，
而用上述带电薄塑料袋去靠近上述塑料
丝，却会看到带电散开的塑料丝散得更开，不肯与塑料袋接触，这个实验可以形象地说明：
有机塑料尺与塑料袋这两个不同物体摩擦后，带的是异种电荷。

若用实验室的绸子与玻璃棒摩擦后，
绸子上的电荷将马上消失，
而这里用塑料袋代替绸
子，用有机塑料尺代替玻璃棒，电荷都可以长时间保留，实验现象十分明显。可见，一条普
普通通的包扎绳，有了一个小小的创意，就能轻而易举地解决教学中的一个大难题。

这种利用随手可得的废弃学习用品、
身边之物，
精心设计的具有趣味性的实验极具创意：
第一，
利用一个并不起眼的小小铜笔头巧妙设计的灵敏支架装置和精心选择的极易带电的实
验材料，使得本来较难的实验能轻易地做成；第二，类似简单、方便、切实可行的实验，为
学生提供了更多的动手机会，
使得人人动手做随堂实验成为了可能，
为激发学生学习物理的
浓厚兴趣、培养学生的创造思维能力创造了有利的条件。

四、灵敏多用的小磁针

在日常生活中，
我们身边可以用来做实验的物品比比皆是，
大到电冰箱、
小到圆珠笔芯、
缝衣针，
都是可以利用的实验资源，
这些物品通过巧妙的设计，
就能发挥生活用品的实验功
能，启发学生思维，激发学生的学习主动性和积极性。

如图
4
，受到上述灵敏支架装置的启发，还是利用上述小小的铜笔头和圆珠笔芯，我与
学生一起发明了一根灵敏多用的小磁针：
将圆珠笔芯铜笔头的笔油洗净，
剪取一段
1
厘米长
的圆珠笔芯套在笔头尖上，将一支磁化的缝衣针用火烤热后，横穿过上述圆珠笔芯的顶部，
另取一根缝衣针，
把有针眼的一端固定在软木塞
（或泡沫塑料）
上

，
将铜笔头套在针尖上，
这就制成了一根极其灵敏的小磁针。

有了它，学生就可以动手做以下一系列实验：

1
．指南针。

在教科书、
参考书上介绍的指南针制作方法很多，
但我觉得利用这种方法制作的指南针
最简单、最灵敏，用手拨动小磁针，静止后，一端立即指向南，另一端立即指向北。

2
．磁极间相互作用实验。
取一根磁化的缝衣针，将其两端分别与上述小磁针的一端靠
近，可以看到相互吸引或排斥的现象。

3
．奥斯特实验。
由于上述小磁针转动十分灵敏，学生用一段旧干电池就可以做奥斯特
实验。

4
．判断螺线管的极性实验。
如图
5
所示的螺线管，是用学生作业本卷成圆筒在其上面
环绕导线制成，
让自制的通电螺线管两端分别与上述小磁针靠近，
学生根据相吸或相斥，
就
可以判断螺线管的两个磁极的极性，从而在操作中熟练地掌握右手定则。

5
．判断螺线管的磁性强弱实验。
让学生分别用不同匝数及在管中间插入铁钉的上述通
电螺线管，
与上述小磁针靠近，
根椐相互作用力的大小，
可以探究螺线管的磁性强弱跟哪些
因素有关。

这是一个颇具创新性的实验设计，
其突出的特点在于利用身边的物品缝衣针、
圆珠笔芯
和导线，
制作了这根十分灵敏的简易小磁针和螺线管。
制作方法极其简单，
每一位学生都可
以自制，
而且一物多用，
一套装置组合起来，
可以解决磁现象和电流磁场中这部分教学内容
中的一系列问题，很多节课学生上课时都可以带来亲自动手做随堂实验。

所以，
并不是所有的物理实验都需要专门的实验仪器来完成，
我们身边的许多日常生活
用品也能很好完成随堂实验，而且也能达到十分满意的效果。

五、精彩绝伦的光学实验

一个巧妙的实验设计除了器材上的合理应用以外，
还应该包含精彩的实验方法，
不仅要
能够释疑解难，
而且要能够透过具体的实验给人以解决其他问题所需的智慧方法的启迪，
下
面这个装置就是一个很好的例证，
利用它可以成功地解决长期以来光学实验难做的困惑，
巧
妙地完成以下系列实验。

如图
6
，取一只圆柱形的平底透明塑料盒，将其密封，在侧面打个圆孔，把盒子侧放在
支架上
（即让外底面面向读者）
，
往盒子上侧面的圆孔中注入半盒水至水平直径处，
如图
7
。
再往水中滴入两滴牛奶，
并向圆孔中注入适量的淡烟雾，
使烟雾充满水面上方空间
（可用废
报纸卷成细空心纸筒，
点燃纸筒一端，
将另一端冒出的烟雾用注射器将烟吸入针筒里，
然后
往盒子上的圆孔中注入即可）
，
用橡皮塞堵紧圆孔，
在盒子外底面画出水面和法线，
并在盒
子外底边沿处标上角度，
用玩具激光笔从透明盒子外往盒内照射，
可以看到清晰明亮的红色
光线。