物理低成本趣味实验的开发研究

高守贵 孔 健

(合肥幼儿师范高等专科学校基础部 安徽合肥 230013 )

物理是一门以实验为基础的学科，教师若会自创成本低廉、趣味十足的实验，不仅能弥补仪器短缺的困扰，还能提高学生学习兴趣，培养学生动手能力和创新思维。物理低成本趣味实验有多种开发途径，根据取材情况可分为玩具类、生活物品类、新材料类等。

一、利用玩具、小魔术开发趣味实验

不少科学玩具和小魔术是根据物理原理设计而成的，如果将它们应用在物理教学中，往往更能吸引学生，使学生在轻松、好奇中愉快学习。

有些科学玩具能形象直观地显示相关的物理现象。如“探索科学实验玩具”等套装玩具，还有万花筒、望远镜、不倒翁、陀螺、发光拉线飞碟、弹射闪光飞箭以及车模航模等玩具。这些玩具设计精巧美观、便于操作，若运用得当，甚至能超越专用实验仪器的作用。

例如，教师在教学中可以引导学生用牛顿摆来完成如下实验，并观察发生的现象：

①在其中一边分别拉起第1个球、前2个球……每一次都同时释放拉起的球，让其撞向静止在原处的球；

②在两边拉起相同数量的球并同时释放；

③在两边分别拉起不同数量的球并同时释放。

操作前先请学生猜测实验结果，结合直观的演示实验并加以分析说明，能有效地促进学生理解掌握弹性碰撞的规律。

有些魔术是根据物理相关原理设计的，此类魔术道具和操作并不复杂，教师可以利用学生对魔术的好奇心理，在揭秘魔术原理的过程中学习物理知识。例如魔术“空中魔结”：金属环下落时被中指阻挡，从平动变为转动，被铁链缠绕住。这个小魔术可以让学生了解平动和转动，同时使课堂更加生动。

二、利用日常物品开发趣味实验

1.利用生活用品设计趣味实验

一些常见的物品或材料，如气球、眼镜、铁勺、筷子、碗、鸡蛋、蜡烛、平面镜、橡皮筋、各类丝线、塑料袋、保鲜膜、洗洁精等，这些材料的硬度、弹性、导热性、导电性、强度等物理性能不同，可以恰当运用到实验之中。例如，鸡蛋在盐水中的沉浮、敲击水位不同的一组杯子比较音调的变化。

2.利用简易及废弃物品设计趣味实验

就地取材和变废为宝设计实验，学生兴趣往往特别高，还可以有效培养他们的动手实践能力。例如，利用矿泉水瓶、乒乓球可以设计浮力实验，操作性和趣味性强。把矿泉水瓶剪去半截，保留瓶口上半部，将瓶口朝下，把一个乒乓球放入瓶中，将水从上面开口端注入，乒乓球没有上浮；当用瓶盖或手指堵住下方瓶口，微微晃动瓶子，由于乒乓球的下部有了水，在浮力的作用下乒乓球漂浮在水面上。

3.利用仪器设备开发趣味实验

人们根据基本的物理原理制造出很多仪器设备。如基于光伏发电制造出太阳能电池，基于红外辐射的调制生产出各类遥控器，基于电磁波与水分子共振制造出微波炉，基于传感器制造出各种自动感应设备，基于惯性定律制造出安全气囊传感器等。家用电器一般都是根据物理原理制作而成，可以在适当的条件下把相关物理现象有趣地显现出来。

4.改进实验器材或方法增加实验趣味性

例如，利用交流可拆变压器直观地演示法拉第电磁感应实验。拆掉副线圈，横轭水平抽动留一个3 mm左右的开口(如图1)。取长约3 m的电线与小灯泡串接成闭合线路，用电线缠绕铁芯成为匝数逐渐增加的副线圈，可以观察到小灯泡变亮的过程：数匝以后灯丝微微发光；当线圈绕到一定匝数时，小灯泡亮度正常。若将电压表与小灯泡并联，观察每多绕一匝(或数匝)线圈电压的增大量，则可得出感应电动势与线圈匝数之间的定量关系。

图1

三、利用新技术、新材料开发趣味实验

随着科技的发展，新技术、新材料层出不穷，有些技术产品、新材料容易找到，为开发物理实验创造了便利条件，利用它们可以做非常精彩有趣的实验。

例如，钕磁铁等强磁铁比普通磁铁的磁性强十倍左右，利用它们可设计出许多精彩的趣味实验，极受学生欢迎。

①楞次定律：把普通金属球、强磁铁分别放进长铝管上方入口，强磁铁下落穿过铝管历时长达数秒。

②电磁驱动：在一块大蹄形磁铁的两极分别吸附强磁铁，以增强中间区域的磁场，将其平放在桌面上。用两枚铝质一角硬币粘合组成铝轮，将铝轮立在蹄形磁铁开口中间(铝轮两面与U形两侧平行)。沿着与铅轮两平面平行的方向平推蹄形磁铁，则铝轮会被无形的力推动。

③磁悬浮：取两张光盘，在每张光盘的同一面的一个圆周上，间距均匀地粘上6块左右强磁铁，使得每个磁铁都是N极(或都是S极)粘贴在光盘上。将两张光盘的磁铁同名磁极相对，共同套在竖直的圆杆上，则上边的光盘会悬浮起来。

④电磁阻尼：装置示意如图2，演示时将两个钕磁铁摆球从拉开至振幅相同位置，释放后铝板上方的摆球做明显的阻尼振动，在比较短的时间内停了下来。

图2

⑤模拟改变重力对单摆周期的影响：安装两组摆长、高度均相同的单摆，一个摆球材料是铁质的，另一个是铅质的。在两摆球下方均放置强磁铁，铁摆球受到向下的磁场力，相当于增大了重力场。将两摆球在拉开一个小角度，同时松手，可以观察到铁摆球先回到初始位置，摆动明显较快，模拟出重力加速度越大，单摆周期越小的实验效果。

如果说物理学是一座宝石矿藏，那么，物理实验则是其中璀璨的宝石，而物理低成本趣味实验则是其中一颗最为晶莹精巧的宝石。只要充分挖掘它们内在的教学功能，就可将这些宝石惟妙惟肖地呈现出来。