亚克力有机玻璃板在初中物理实验中的系列应用研究

梁文顺

摘  要 根据初中物理实验教学实际情况，部分实验需要进行定性分析，突出实验效果可视化。基于亚克力有机玻璃透明、可视化强、板材线条直、可随意切割与黏合、安全不易碎、比较轻等特性，可以制作一系列的物理实验配套器材，配合其他实验器材与相关材料进行相应实验，操作方便简单，实验效果明显，对初中物理实验教学有很好的帮助。

关键词 亚克力有机玻璃；初中物理；物理实验

中图分类号：G633.7    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）13-0113-04

1  关于力学、光学的物理实验

根据亚克力有机玻璃板透明等相关特点，制作一个带盖的长方体盒子，具体参数为长15 cm、宽5 cm、高15 cm。

因为所做的相关实验需要装各种液体，为了确保密闭性，选择的玻璃板厚度应该达到0.5 cm以上，与主体相连接的翻盖应用可翻折的链接杆连接起来。这样可以使得盖子与主体无缝连接，里面装相关气体时也可以达到所需要的密闭性。因为初中物理实验有相当一部分是以定性观察实验现象为主的，可以在盒子的背面贴一张黑色的卡纸，提高实验现象可视化程度，具体形状如图1所示。

1.1  显示浮力方向的实验

浮力这一节中没有具体的实验来展示物体所受浮力的方向，学生平时看到吊起来的物体是竖直向下的，所以比较好理解重力的方向是竖直向下的，有一个主观印象。但是浮力是一个新的概念，需要配合具体的实验将浮力的方向直观地展示出来，以便学生能更好地理解。所做实验的器材如图2所示，用一根粗一点儿的红色绳子一端粘住橙色的乒乓球，绳子的另一端粘在盒子底端的中间位置（需要用到玻璃胶），实验的时候用淡一点儿的红墨水代替清水，当斜放盒子的时候，可以看出水平面已经是斜的，但是绳子与桌面的相对位置还是竖直向上的，可以得出浮力的方向是竖直向上的。

1.2  显示重力方向的实验

往盒子里面加入较淡的红墨水，这样能明显地看出水平面的位置。用铁丝（容易造型固定）做一个L形的支架，一端用玻璃胶粘在盒子一旁，注意位置，让挂着的带颜色胶球吊在支架上的时候，是垂直于桌面的。演示过程：先将一整个装置平放在桌面上，观察线和球相对桌面的位置是垂直的（竖直向下），第二次用小木块将盒子的一端垫高，使得水平面相对桌面倾斜，再观察球与绳子相对桌面的位置，还是垂直于桌面（竖直向下），从而直观地说明重力的方向是竖直向下的。实验效果如图3所示。

1.3  光在均匀介质中直线传播实验

利用这个盒子线条直、透明的特点，能很好地展示光在均匀介质中的传播，使得平时看不到的现象展现出来。演示过程：往盒子里面装适量的水，然后加入少量的其他物质（盐、糖、牛奶、粉笔末等任选其中一种即可），搅拌均匀，待液体稳定后，将强激光笔从盒子一旁射入液体中，即可连续性展示光在均匀介质中直线传播。实验效果如图4所示。

1.4  光在空气中传播实验

这个实验有些教师通过往空气中播撒粉末来演示光在空气中的传播，这样只是瞬时展示光线，而且操作比较难，且粉尘造成教室空气污染。根据这个盒子是带可以翻折密封的盖子的，可以点上蚊香，放入盒子中，等盒子里面有一定的烟雾之后抽出蚊香，然后盖上盖子，这样可以将烟雾密闭在盒子里面，从一侧射入强激光，即可以连续性地展示出光在空气中直线传播。实验效果如图5所示。

1.5  光在不均匀介质中传播实验

光在不均匀介质中传播会发生折射，传播的轨迹不是直线。首先要制造出不均匀的介质，而且在实验效果展示中要能清楚地看到光线传播的轨迹。实验过程：在盒子中底层装饱和的砂糖水，然后用引流管轻轻地往糖水上面加水，直到达到一定的高度，这样保证饱和糖水与水之间有较明显的分层，形成上下分层的不均匀介质；用强激光笔从一旁射入，会发现光线在分界层传播过程中会发生明显的偏折，证明光在不均匀介质中是非直线传播的。糖水比较稳定，可以带去教室上课，而且可以保持的时间较久（可达到一个星期），进行实验非常方便可靠。实验效果如图6所示。

1.6  悬浮实验

这个实验一直比较难实现，以前一般是用鸡蛋加盐水搅拌，这样费材料且盐水不稳定，放置一段时间，鸡蛋很容易下沉或者上浮，很难保持悬浮状态。实验改进：这个实验的关键是先在有机玻璃盒内装一半的饱和砂糖水，再用导流管往饱和糖水表面慢慢加入自来水；往乒乓球里面先用针筒打入一半的自来水，再打入一半糖水，这样乒乓球的密度就介于饱和糖水和清水之间，即可做出这个悬浮的实验效果。利用往乒乓球里面注射糖水的方法可以很好地控制乒乓球的密度，根据实际情况进行调整，而且稳定性好，可以随身携带，轻微晃动也不影响。实验效果如图7所示。

2  关于压强的物理实验

液体和气体都会对盛放它的容器侧壁和底部产生压强，可以通过代替法显示出这一现象。将亚克力有机玻璃板做成一个长8 cm、宽8 cm、高22 cm的长方体容器，然后在离底部3.5 cm侧面正中间处开一个边长为4 cm的正方形口，在正方形口处用502粘上一层橡皮薄膜（要求轻薄且韧性好），然后往容器里面加入红墨水，即可看到随着液面的升高薄膜鼓起，从而直观地观察到液体对侧壁的薄膜的作用。实验效果如图8所示。

用亚克力有机玻璃做成一个长8 cm、宽8 cm、高16 cm的长方体，两头空，为了保证密闭性，更好地粘住薄膜，选取的玻璃板厚度为0.5 cm以上。在下端的开口处粘上薄膜，待胶水干后往里面加入红墨水，薄膜往下垂，即可看到液体对底部的作用效果。实验效果如图9所示。

2.1  液体内部压强

用有机玻璃板做一长方体水缸，具体参数为长25 cm、宽25 cm、高30 cm。另做一个两头空的长方体盒子，具体参数为长8 cm、宽8 cm、高16 cm。长方体盒子一面中间留一小孔，穿入一软胶管，软胶管的长度应该达到100 cm，然后用玻璃胶密封小孔，再用薄膜密封盒子两头，可以做探究液体内部压强实验。实验过程：探究液体内部压强跟深度有关，将长方体竖着放入装有水的水缸中，将导气管放出外面，即可以观察到长方体的上面和下面的薄膜都受到液体压力作用，上面和下面的薄膜发生的形变对比可以知道液体内部越深的地方压强越大。实验效果如图10所示。

探究同一深度液体内部压强实验过程：将长方体盒子平放入水缸中，可以观察到在液体内部同一深度两端的橡皮膜发生的凹陷程度基本一樣，从而反映出液体内部压强跟深度有关，同一深度，液体内部压强相等。实验效果如图11所示。

2.2  证明大气压强的存在

利用这个装置，外加一个抽气筒，用抽气筒将盒子里面的空气抽取出来，可以看到橡皮薄膜发生往里凹的形变，从而证明了大气压的存在。可以将盒子物体放入真空罩里面，抽取真空罩的空气，又会发现薄膜慢慢恢复到原来位置；继续对真空罩抽气，会发现薄膜往外凸出去。实验效果如图12所示。

3  结束语

目前已经将以上实验投入实验教学中，很好地改善了实验教学效果，另可以进一步拓展其他实验。基于亚克力有机玻璃板的相关特性，配合其他实验器材，可以拓展成学生自制教具学具或者其他模型工艺品，发展成物理拓展实验或动手动脑学物理相关活动。

参考文献

[1]张军鹏，李德安，全汉炎.高中物理课程实验设计[M].广州：广东教育出版社，2013.

[2]赵端旭.初中物理实验集锦[M].北京：电子工业出版社，2017.