试论巧用矿泉水瓶辅助高中物理实验教学

徐博文

高中物理的实践性很强，学生需要通过大量实验掌握物理知识。通常一说到实验，学生都会认为其比较特殊，同时脑海中首先浮现的是实验设备。其实大部分物理实验使用比较简单的设备也可以获得较好的效果，矿泉水瓶就是其中的一种。笔者根据多年的教学经验，介绍哪些高中物理实验能够用矿泉水瓶开展。

一、利用矿泉水瓶开展惯性原理实验

列举相关问题：相信大家都知道，如果在车厢内将小球用绳子悬挂住，小球会跟随车子向前运动，在惯性的作用下做后摆运动。但是学生通常在练习中遇到下述题目时束手无策。例子：在装满清水的容器中放入木球Q以及铁球P，两者分别使用细线悬挂在容器的下部和上部，容器停止运动时，细线方向竖直，现容器保持固定的加速度a 往右边开展匀速加速直线运动，容器中两球的移动方向具体如何？

实验步骤：首先教师可以把乒乓球用细线绑住固定在充满清水的矿泉水瓶中，注意矿泉水瓶的瓶口盖子需要拧牢。然后教师用手拿住倒立的矿泉水瓶，并且保持往右的方向开展加速运动。

实验产生的现象 ：相对于矿泉水瓶子，瓶内的乒乓球没有向后摆动，只是往前移动。

教师讲解：实验结果的出现是因为瓶子往右运动的时候，清水在惯性的作用下需要维持之前的状态，从而往左运动，进而导致相对于矿泉水瓶，乒乓球是往右方向运动。由此证明乒乓球的惯性远远小于清水的惯性，从而可以得出，物体的具体惯性主要由质量决定，两者关系主要为正相关关系，从另外一层意思来说，也就是惯性越大，物体的质量越大；惯性越小，物质的质量越小。

二、利用矿泉水瓶演示失重情况

列举问题：在高中物理课堂上，教师主要通过开展如下的实验演示失重情况：用弹簧秤拉扯钩码开展自由整体运动，其中，如果弹簧秤的示数全部显示为零，那么则可以表示钩码仅仅承受重力作用，在失重情况中，此时的加速度主要属于重力的加速度。一般来说，该实验的难度很大，仅仅能够作为演示实验。用矿泉水瓶开展实验，不仅可以使学生认识失重知识，同时还能增加课堂效果。

实验步骤：（1）在矿泉水瓶瓶底打上几个小孔，不可太大，用红墨水填充矿泉水瓶，直至全满。瓶子不运动时，墨水会从小孔流出，教师应该给学生详细讲解该现象是因为墨水重量受到瓶底形成的压强而造成的。然后按照牛顿第三定律获取底部对墨水产生的支持力。（2）教师把喷墨水的矿泉水瓶举到高处，然后松手让瓶子做自由落下运动，瓶子在落下时会产生小孔不喷墨水的现象。教师可以告诉学生这是由于墨水和矿泉水瓶是同时落下，由此相对速度完全消失了。因此，墨水没有对底部产生压力，单单承受重力的作用，此时的墨水和瓶子是处在失重状态。

学生可以做如下猜想：假如小孔被手指堵住，然后把充满墨水的矿泉水瓶打开瓶盖后以竖直的方向往上抛，那么此时墨水是否从小孔喷出来？墨水喷出来的速度是否大于瓶子静止时的速度？墨水的实际速度是怎样的？通常来说，学生均会觉得，矿泉水瓶以竖直的方向往上抛时，墨水应该会以小孔为通道喷射出来，同时此时墨水喷射的速度要远远大于瓶子运动的速度。这是因为墨水主要往低处流动，但是矿泉水瓶向上移动，对此，墨水的喷射速度会大于瓶子的移动速度。该答案的产生是因为学生还没有充分认识失重的概念。

实验结果解说：其实矿泉水瓶以竖直的方向往上抛时，墨水并没有从小孔里喷洒出来。另外如果矿泉水瓶突然被向上抛出、斜向下抛或者向下快速抛出时，墨水也不会从小孔里射出来。

课外知识拓展：教师可以使用牛顿第二定律对上述实验进行分析，使学生充分掌握，当物体的重力加速度以及加速度相同时，其完全处于失重的状态中，而此时物体的具体速度与运动方向等因素造成的影响不大。

三、用矿泉水瓶模拟打点计时器

列举问题：在高中物理内容中，打点计时器是力学实验中经常会用到的器材，大多数教师在讲解工作原理时，都会用到打点计时器，但是对刚刚踏进高中的学生来说，打点计时器属于一个比较陌生的物品，由此选择矿泉水瓶开展实验模拟很有必要。

实验步骤：首先，将矿泉水瓶的瓶盖去掉后，选择其底部位置打下一个小孔，然后用红色的墨水将瓶子装满。其次，教师提着瓶子模拟纸袋运动，将滴下的水滴比喻为打点。水滴之间的距离会随着教师的运动而出现变化，如果教师向前加速，那么距离就变大；如果教师向前匀速，那么距离一样；如果教师保持不变，每次落下的水滴均处于相同的位置。第三，在矿泉水瓶的帮助下，教师可以将打点计时器复杂的工作原理简化，帮助学生掌握相关知识。在实验过程中，墨水高度、小孔范围以及墨水深度可对打点时间距离造成影响。

四、结束语

综上所述，高中物理实验并不一定需要用到学校实验室的设备才可以开展，采用日常生活中的小器材也能够开展实验，不仅可以把复杂的实验简化，加深学生对物理内容认识，还能使学生将教材知识和生活实践结合起来，达到学以致用的效果。