探究生活中的物理(選修課

1、探究生活中的物理（選修課）課題一：渦旋形成表面張力的應(yīng)用教學(xué)目的：1激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，鍛煉學(xué)生對(duì)未知事物的探究能力。2通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象使學(xué)生了解渦旋的形成。3加深學(xué)生對(duì)浮力形成原因的了解，培養(yǎng)學(xué)生受力分析及畫(huà)受力分析圖的能力。4觀察液體表面張力現(xiàn)象，了解液體表面張力形成的原因。教學(xué)重點(diǎn)：物體受力分析教學(xué)難點(diǎn)：渦旋的形成、液體表面張力形成的原因教學(xué)方法：實(shí)驗(yàn)法，引導(dǎo)法、歸納法教學(xué)儀器：各組實(shí)驗(yàn)儀器，本節(jié)課的三個(gè)實(shí)驗(yàn)都屬于力學(xué)范疇，分別是流體力學(xué)、浮力以及分子動(dòng)理論的內(nèi)容。教學(xué)過(guò)程：（一）導(dǎo)入：（二）課程內(nèi)容：第一個(gè)實(shí)驗(yàn)：越吹越近的輕煙大家可以看到在桌面上都有幾段燃香，等一下請(qǐng)同

2、學(xué)將它點(diǎn)燃。燃香冒出的煙如果在沒(méi)有風(fēng)的情況下，應(yīng)該是保持一條直線上升的，如果同學(xué)吹氣，煙氣應(yīng)該向外飛散。但能不能讓煙越吹越近呢？同學(xué)桌面上擺放著紙板，塑料桶，木塊等儀器，同學(xué)們可以任意選用，看看怎樣能夠使煙越吹越近。給學(xué)生5分鐘時(shí)間，然后提問(wèn)?？偨Y(jié)學(xué)生的方法，請(qǐng)少數(shù)同學(xué)上臺(tái)表演他們的方法。對(duì)學(xué)生的方法稍作解釋，然后給出正確的方法，畫(huà)圖，講解理論。在沒(méi)用紙板檔住的時(shí)候，口中吹出的氣流在相同位置上的流速是一樣的，因此煙氣被向外吹散。當(dāng)前方擋上一個(gè)紙板時(shí)，如圖所示，紙板邊緣的氣流速度變快，而紙板后面的空氣卻不再流動(dòng)，結(jié)果造成氣流通過(guò)紙板邊緣后向紙板后面倒卷過(guò)去，形成了一個(gè)渦旋。因此，煙氣也被倒卷過(guò)來(lái)

3、，形成越吹越近的現(xiàn)象。 快速行駛的汽車，后面往往揚(yáng)起煙塵，就是因?yàn)槠嚳焖僖苿?dòng)時(shí)，它前面的空氣不能及時(shí)繞到后面，使汽車后面暫時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)接近真空的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域一出現(xiàn)，四周的空氣便要爭(zhēng)先恐后的跑來(lái)填補(bǔ)，同樣也能形成渦旋。 不僅僅氣體能夠形成渦旋，更常見(jiàn)的是液體形成的渦旋漩渦。輪船失事時(shí)，輪船下沉的同時(shí)，也形成了巨大的渦旋，將附近的小船和人都一起卷入海中。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)：浮不起來(lái)的木塊輪船下落的時(shí)候會(huì)形成渦旋，那當(dāng)輪船沉底之后，打撈沉船時(shí)，又有了新的難題。當(dāng)打撈沉船時(shí)，剛開(kāi)始需要大量的浮筒，但當(dāng)沉船已經(jīng)從淤泥里拉上來(lái)之后，就只需要少量的浮筒就可以將船拉出海面。為什么有這種現(xiàn)象？下面，同學(xué)們先觀看這個(gè)

4、實(shí)驗(yàn)。演示實(shí)驗(yàn)將兩個(gè)相同的木塊放入水槽中，一塊下端涂上凡士林，一塊不涂，向水槽中倒水，邊倒邊提醒學(xué)生觀察，為什么一塊漂浮一塊不動(dòng)？給學(xué)生時(shí)間，作相同的實(shí)驗(yàn)。親自觀察現(xiàn)象。讓學(xué)生思考木塊浮不起來(lái)的原因。在黑板上畫(huà)出兩個(gè)木塊，讓學(xué)生放下儀器，請(qǐng)兩位同學(xué)來(lái)畫(huà)受力分析圖。 說(shuō)明原因：浮力產(chǎn)生原因是由于物體上下表面受到的液體壓力差，而涂上凡士林的木塊底部與容器底部緊密接觸，沒(méi)有接觸到液體，因此只受到上表面向下的壓力，不受浮力。用彈簧秤鉤住涂上凡士林的木塊，看看用多大的力能將木塊拉起來(lái)。第三個(gè)實(shí)驗(yàn)：不沉的硬幣 演示實(shí)驗(yàn)將一個(gè)硬幣側(cè)放入水中，迅速下沉?？墒侨绻麑⒂矌怕钠椒湃胨?，硬幣卻會(huì)飄在水面上，是什

5、么力將硬幣托起來(lái)的呢？是浮力嗎？ 學(xué)生實(shí)驗(yàn)三個(gè)硬幣，可能有的成功，有的不成功，實(shí)驗(yàn)完畢后，幫助學(xué)生分析原因：1.打濕的硬幣，就會(huì)直接沉下去。這是由于水的浸潤(rùn)現(xiàn)象。 2.硬幣擺的不平時(shí)，也會(huì)沉下去。這是由于接觸的面積太小，分子數(shù)目太少，分子力不足以將硬幣托起來(lái)。分析原因是由于液體表面張力表面張力產(chǎn)生的原因：主要是液體表面層的分子分布比液體內(nèi)部稀疏液體表面分子間的相互作用表現(xiàn)為引力，在液體表面各部分間產(chǎn)生了相互吸引的力，即為表面張力用表面張力演示儀，為同學(xué)們演示水膜的表面張力。用水演示浸潤(rùn)和不浸潤(rùn)。表面張力產(chǎn)生的原因：主要是液體表面層的分子分布比液體內(nèi)部稀疏液體表面分子間的相互作用表現(xiàn)為引力，在液

6、體表面各部分間產(chǎn)生了相互吸引的力，即為表面張力液體的浸潤(rùn)（不浸潤(rùn)）現(xiàn)象：雨衣為什么不透水呢？奧妙就在制作材料上。就拿布制雨衣來(lái)說(shuō)吧，它是用防雨布（經(jīng)過(guò)防水劑處理的普通棉布）制成的。防水劑是一種含有鋁鹽的石蠟乳化漿。石蠟乳化以后，變成細(xì)小的粒子，均勻地分布在棉布的纖維上。石蠟和水是合不來(lái)的、水碰見(jiàn)石蠟，就形成橢圓形水珠，在石蠟上面滾來(lái)滾去?？梢?jiàn)，是石蠟起了防雨的作用。物理學(xué)上把這種不透水的現(xiàn)象，叫做“不浸潤(rùn)現(xiàn)象”。而水一旦遇到普通棉布，就通過(guò)纖維間的毛細(xì)管滲透進(jìn)去，這就叫做“浸潤(rùn)現(xiàn)象”。 物體是由分子組成的。同一種物質(zhì)的分子之間的相互作用力，叫做內(nèi)聚力；而不同物質(zhì)的分子之間的相互作用力，叫做附著

7、力。在內(nèi)聚力小于附著力的情況下，就會(huì)產(chǎn)生“浸潤(rùn)現(xiàn)象”；反之，則會(huì)出現(xiàn)“不浸潤(rùn)現(xiàn)象”。雨衣不透水，正是由于水的內(nèi)聚力大于水對(duì)雨衣的附著力的緣故。 物理學(xué)還告訴我們：水的內(nèi)聚力作用在水表面形成表面張力。水的表面張力使水面形成一層彈性薄膜，當(dāng)水和其他物體接觸時(shí)，只要水對(duì)它不浸潤(rùn)，那么這層彈性膜就是完好的、可以把水緊緊地包裹著。有人試驗(yàn)過(guò)：巧妙地把水倒進(jìn)浸過(guò)蠟的金屬篩里，水并沒(méi)有從篩眼里漏下去。 常見(jiàn)的玻璃，看起來(lái)光滑晶亮。可是，水遇上它，卻緊緊地纏住不放，帶來(lái)了種種麻煩：下雨的時(shí)候，車前窗玻璃上的雨水擋住了司機(jī)的視線，很不安全，于是只好開(kāi)動(dòng)劃水器，把雨水排去；戴眼鏡的人，在喝熱水的時(shí)候，鏡片立即蒙上

8、一層霧汽，擋住了視線，什么東西也看不見(jiàn)了。 人們知道了水的表面張力的特性，了解了水的內(nèi)聚力與附著力的關(guān)系以后，不僅巧妙地制成了雨衣，而且還造出了新穎的“憎”水玻璃在普通玻璃上涂一層硅有機(jī)化合物藥膜，它大大削弱了霧汽對(duì)玻璃的附著力。用這種憎水玻璃做鏡片，為戴眼鏡的人解除了蒙霧的苦惱；把這種玻璃安在車的前窗上，劃水器也就用不著了?，F(xiàn)在你該能說(shuō)出篷布、布傘不漏雨的道理了吧作業(yè)：寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)探究體會(huì)，自己查找理論解釋進(jìn)行交流分享課題二：實(shí)驗(yàn)探究復(fù)雜的受力分析實(shí)驗(yàn)一：紙橋?qū)嶒?yàn)?zāi)康模貉芯抗靶谓Y(jié)構(gòu)的承壓能力 實(shí)驗(yàn)儀器：紙、鉤碼、木塊實(shí)驗(yàn)原理：力的分解原理實(shí)驗(yàn)步驟：1 2 3 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：怎樣設(shè)計(jì)才能負(fù)荷起盡量

9、多的鉤碼？（請(qǐng)配合圖示）紙拱橋把紙條搭在兩摞書(shū)中間，它的中部便會(huì)彎下去，顯得軟弱無(wú)力。如果把它彎成弧形，卡在兩摞書(shū)之間，它也可以馱起一盒火柴！拱起了腰的紙條可以馱起一盒火柴，這說(shuō)明，向上拱起的物體最能承受外來(lái)的壓力。我們的祖先很早就發(fā)現(xiàn)了拱形物體的這一性質(zhì)，并且把它運(yùn)用到建筑上去，各地發(fā)掘的東漢古墓，多數(shù)有“拱”式結(jié)構(gòu)，可見(jiàn)一千幾百年前我國(guó)的筑拱技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)普及了。現(xiàn)存的最古老的石拱橋是我國(guó)的趙州橋。趙州橋是隋朝石匠李春設(shè)計(jì)監(jiān)造的，自公元616年建成，到現(xiàn)在已經(jīng)有一千三百多年的歷史了。這座石橋橫跨在河北趙縣城南洨河上，有著一個(gè)弧形的橋洞，猶如跨在河上的長(zhǎng)虹。在漫長(zhǎng)的歲月里，趙州橋經(jīng)受了地震的搖

10、撼，洪水的沖擊，車馬的壓軋，仍然屹立在洨河之上。趙州橋不但有個(gè)弧形的大拱，而且在橋肩有四個(gè)小拱。當(dāng)山洪暴發(fā)時(shí)，小拱可以把洪水泄走。趙州橋堅(jiān)固的秘密正在拱上。近年來(lái)，我國(guó)科技人員和工人繼承并發(fā)展了拱橋建筑的傳統(tǒng)，創(chuàng)造了雙曲拱橋。雙曲拱橋的外形同一般的空腹式拱橋好象沒(méi)有什么區(qū)別。但是你如果走到橋下一看，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它的肚皮是凹的，好象由幾條自行車的擋泥板拼起來(lái)的，真是拱中有拱。這種橋的優(yōu)點(diǎn)是：造價(jià)低、載重負(fù)荷大、施工方便、節(jié)省材料。宏偉的南京長(zhǎng)江大橋的公路引橋便是這種雙曲拱橋。實(shí)驗(yàn)二：水頂球相信大家對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)一定不陌生，可誰(shuí)知道這其中的奧秘呢？這了解開(kāi)這個(gè)謎，我們做了這個(gè)實(shí)驗(yàn)。1、首先準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材：先

11、找一個(gè)大的玻璃瓶，在蓋上穿兩個(gè)小洞，裝上自行車輪胎的氣芯，其中一個(gè)再；連一條細(xì)管，細(xì)管的另一邊要觸到瓶底，之后在瓶中裝滿水，再用氣筒給瓶子打氣，不要打太多，小心打爆瓶子，也不要打太，否則壓力不夠?qū)嶒?yàn)做不成?，F(xiàn)在，實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備好。2、下面開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)，首先將連有細(xì)管的氣芯打開(kāi)，立即有一條水柱噴了出來(lái)，再將乒乓球放在水柱上，只見(jiàn)乒乓球在水柱上旋轉(zhuǎn)，實(shí)驗(yàn)成功了，大家開(kāi)始把觀察到的現(xiàn)象總結(jié)如下：（1）球一直在自轉(zhuǎn)傳。（2）球在上下移動(dòng)。（3）球一直在水柱旁邊。3、實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題提出：對(duì)此大家提出了如下的疑問(wèn)：（1）、為什么球不在水頂上，而在水旁邊？（2）為什么球沒(méi)掉下來(lái)？（3）為什么球不停自轉(zhuǎn)？（4）為什么

12、瓶要密封？（5）小球?yàn)槭裁磿r(shí)而上升時(shí)而下降？（6）為什么向上的水柱要調(diào)成豎直方向？（7）隨小球旋轉(zhuǎn)的水珠為什么會(huì)飛出去？（8）用光照射，小球?yàn)槭裁磿?huì)特別明亮？這么簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)我們自己研究，卻發(fā)現(xiàn)了這么多的問(wèn)題，它包含了許多的物理知識(shí)，在這以前，我們從來(lái)都沒(méi)這么認(rèn)真過(guò)，也從來(lái)沒(méi)這樣來(lái)看一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，也從來(lái)沒(méi)有 發(fā)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)中所包含的這樣豐富的內(nèi)容、解決：我們把球沒(méi)有掉下來(lái)做為切入點(diǎn)作分析因?yàn)樾∏蛱幱趧?dòng)態(tài)平衡可知小球所受的外力和為零，由此得出水對(duì)小球施加的力等于小球的重力，然而球?yàn)槭裁磿?huì)自轉(zhuǎn)呢？大家最初想起了向心力。向心力的方向不斷變化，但總是沿著半徑指向圓心。顯然試驗(yàn)中不存在這樣的力，所以又放棄了這個(gè)想法。大家知道為什么球會(huì)自轉(zhuǎn)了！因?yàn)樗臎_力沿切線作用于球。在使球保持上下衡的同時(shí)使球自轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的思考至于球?yàn)槭裁瓷舷乱苿?dòng)就好解釋了。因?yàn)樗蛏系臎_力不斷變化。有時(shí)大于球體身的重力，有時(shí)小于球的重力，所以合力有時(shí)向下，有時(shí)向上，所以不停上下移動(dòng)。還有一個(gè)問(wèn)題是球?yàn)槭裁床辉谒斏隙谒赃叀＿@時(shí)大家尋找相關(guān)資料，相互討論，但仍一無(wú)所獲，最后只得向老師請(qǐng)教。老師沒(méi)有直接說(shuō)只是給了一個(gè)提示：“在兩張紙之間吹一口氣怎樣？紙非但沒(méi)有吹開(kāi)，反而會(huì)合攏了。這是什么原因呢？”我們各己見(jiàn)。最后大家想到了氣流和它所帶來(lái)的壓強(qiáng)變化