用紙做物理-縉云中學(xué)

用紙做物理實(shí)驗(yàn)縉云中學(xué)呂燕萍摘要：用紙可以做很多物理實(shí)驗(yàn)，用紙做物理實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生有親切感，從中也可以獲得很多物理知識(shí)，很值得物理老師去探究。關(guān)鍵詞：物理紙實(shí)驗(yàn)紙與印刷術(shù)、火藥和指南針一起被稱為中國(guó)古代最具影響力的四大發(fā)明。紙的發(fā)明，表現(xiàn)了我國(guó)古代勞動(dòng)人民的聰明才智，是中華民族對(duì)人類文化的重大貢獻(xiàn)。對(duì)高雅的人而言，提及紙，就會(huì)聯(lián)想到書(shū)寫(xiě)于紙上的輝煌歷史，那源遠(yuǎn)流長(zhǎng)的燦爛文化，更有那一幅幅酣暢淋漓的書(shū)法、惟妙惟肖的繪畫(huà)閃過(guò)我們的眼前。而對(duì)絕大多數(shù)的普通人而言，提及紙，想到的是紙是生活中必不可少的生活用品。而今天，對(duì)于老師的我要說(shuō)的是隨處可見(jiàn)的紙的另一個(gè)妙用：用紙做物理實(shí)驗(yàn)。一、用紙演示摩擦力的方向?qū)嶒?yàn)做法：找一輛帶履帶的玩具汽車(chē)，打開(kāi)電源，讓玩具車(chē)運(yùn)動(dòng)，在水平桌面上放一張紙，然后手拿著玩具車(chē)輕靠到紙面上（如圖1所示），紙立即向履帶運(yùn)動(dòng)方向飛去?，F(xiàn)象分析：履帶若向右運(yùn)動(dòng)，那么，紙相對(duì)履帶向左運(yùn)動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)中看到紙向右即履帶運(yùn)動(dòng)方向飛去，說(shuō)明紙受到了向右即紙相對(duì)履帶的運(yùn)動(dòng)相反方向的摩擦力。由此得出：物體所受的滑動(dòng)摩擦力方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反。二、用紙演示巨大的靜摩擦力實(shí)驗(yàn)做法：找二本厚一些的書(shū)，把書(shū)的紙一頁(yè)一頁(yè)交叉重疊在一起，如圖2所示。然后在書(shū)的兩端用力去拉，書(shū)不能被分開(kāi)，就算用兩輛摩托車(chē)去力，結(jié)果書(shū)還是不能被分開(kāi)?，F(xiàn)象分析：這抗拒摩托車(chē)的巨大拉力是書(shū)的一頁(yè)一頁(yè)紙之間的靜摩擦力。由于書(shū)的一張一張紙是交錯(cuò)重疊，使得紙與紙之間形成了鎖死的狀態(tài)，隨著書(shū)兩端所受的拉力增大，一張一張紙間的壓力也會(huì)隨著增大，因而最大靜摩擦力也增大。所以，再怎么用力，只要書(shū)不破掉，兩本書(shū)永遠(yuǎn)不可能被拉開(kāi)。三、用紙演示影響自由落體運(yùn)動(dòng)快慢的因素實(shí)驗(yàn)做法：取二張相同的紙，一張揉成團(tuán),另一張水平展開(kāi),讓它們從同一高度同時(shí)下落。我們會(huì)看到揉成一團(tuán)的紙先落地。現(xiàn)象分析：二張相同的紙所受的重力是相同的，而水平展開(kāi)的紙?jiān)谙侣涞倪^(guò)程中所受的阻力大，揉成一團(tuán)的紙?jiān)谙侣涞倪^(guò)程中所受的阻力小，由牛頓第二定律可知：mg－F阻＝ma，揉成一團(tuán)的紙下落的加速度小，所以，下落的慢。由此可以總結(jié)：影響物體下落快慢的并不是物體的輕重，而是物體所受的阻力與重力的大小關(guān)系；在沒(méi)有阻力的情況下，輕重物體將會(huì)下落得一樣快。四、用紙演示大氣壓的存在實(shí)驗(yàn)做法：在水平桌面上放一根長(zhǎng)的薄木條，使長(zhǎng)木條的一部分伸出桌面，再找一張大的報(bào)紙蓋在木條上，并用力擠壓報(bào)紙，盡可能把報(bào)紙與桌面間的空氣趕跑，如圖3所示。然后快速敲打伸出桌面的木條，發(fā)現(xiàn)木條和報(bào)紙仍舊能穩(wěn)穩(wěn)地停留在桌面上。如果木條不是很牢固的話，還會(huì)看到伸出桌面部分的木條會(huì)斷掉?，F(xiàn)象分析：因?yàn)閳?bào)紙與桌面間的空氣趕跑了，報(bào)紙上面大氣壓就把報(bào)紙緊壓在桌子上，可以通過(guò)如下計(jì)算得出這壓力大約為2.13×104N，相當(dāng)于20多個(gè)成年人的體重。這么大的力壓在報(bào)紙上，自然一般大小的力作用在伸出桌面的木條上，木條和報(bào)紙仍舊可以穩(wěn)穩(wěn)地停留在桌子上。因此，該實(shí)驗(yàn)?zāi)苷f(shuō)明大氣壓的存在。設(shè)報(bào)紙的長(zhǎng)L＝56cm、寬b=38cm，則報(bào)紙的面積為s＝Lb＝0.2128m2，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)大氣壓為：P0＝1.0×105Pa，所以，這張報(bào)紙所受大氣的壓力為：五、用紙演示空氣的能量實(shí)驗(yàn)做法：用硬紙板做一個(gè)稍大一些的空心圓筒，找一大塑料膠帶牢固粘貼在圓筒的一端；再找一張稍大的白紙牢固粘貼在圓筒的另一端，并在紙的正中間剪一個(gè)直徑為3~5cm的小洞。在桌子上放一個(gè)紙杯，把圓筒貼紙的一面對(duì)著紙杯，使小洞與紙杯處在同一高度，如圖4所示。然后用手用力擊打紙筒粘貼膠帶的一面，會(huì)看到紙杯在氣流沖擊下被擊倒?，F(xiàn)象分析：用力擊打圓筒，筒內(nèi)的空氣被壓縮，于是空氣就從小洞迅速穿出，經(jīng)過(guò)紙杯時(shí)急速運(yùn)動(dòng)的空氣就把紙杯擊倒。由此可說(shuō)明運(yùn)動(dòng)的空氣有能量。六、用紙演示流體的流速與壓強(qiáng)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)做法1：雙手各拿著一張薄紙，相互平行靠近，上端放在嘴吧下方，另一端自然下垂，如圖5所示，然后用力向二張紙的中間吹氣，紙不僅不能分開(kāi)，反而會(huì)看到紙相互靠攏粘在一起?，F(xiàn)象分析：用力向二張紙中間吹氣，紙中間的空氣流速較兩張紙外面的流速大，因而二紙中間的壓強(qiáng)較小，而紙兩邊的壓強(qiáng)較大，這壓強(qiáng)差就把二張紙壓在一起了。由此可以得出的結(jié)論是：氣體的流速大，壓強(qiáng)小。實(shí)驗(yàn)做法2：找一張硬紙，做成一個(gè)圓筒狀，直立在桌子上，為了使圓筒不容易倒了，可在圓筒的下端的里面粘貼一塊石頭。在圓筒的后面放一根點(diǎn)燃的蠟燭，如圖6所示。然后對(duì)著圓筒用力吹氣，你會(huì)看到圓筒后面的蠟燭會(huì)被吹滅。現(xiàn)象分析：對(duì)著圓筒吹氣時(shí)，圓筒兩側(cè)和后面的氣體流速大，氣體的壓強(qiáng)小。周?chē)目諝鈮簭?qiáng)大，就急速地流向低氣壓的圓筒后面，結(jié)果這蠟燭的火就被這急速的氣流吹滅了。由此也可得出：氣體的流速大，壓強(qiáng)小。實(shí)驗(yàn)做法3：將一支點(diǎn)燃的蠟燭放在自己的正前方，拿一個(gè)硬紙板擋在蠟燭的前面約10cm處，使紙板的上邊沿略高于蠟燭的火焰頂端。然后用力向紙板擋住的蠟燭吹氣，會(huì)看到蠟燭火焰不僅不會(huì)向著吹氣的方向遠(yuǎn)離紙板，反而逆著吹氣方向靠近紙板，如圖7所示。現(xiàn)象分析：當(dāng)用力向紙板上方吹氣時(shí)，紙板正上方的空氣流動(dòng)快，壓強(qiáng)就小，于是蠟燭火焰就會(huì)向氣壓小的方向偏轉(zhuǎn)。由此也能得出：氣體的流速大，壓強(qiáng)小。七、用紙演示電影的動(dòng)感實(shí)驗(yàn)演示：找一張硬紙板、二張白紙和一根圓珠筆芯，用透明膠帶把筆芯粘貼在硬紙板上，成如圖8所示的樣子。二張白紙分別畫(huà)上打拳的人，如圖9和10，然后分別貼在硬紙板的兩面?？焖俎D(zhuǎn)動(dòng)硬紙板，就會(huì)看到人在打拳的動(dòng)感。用這可以演示電影的動(dòng)感的原理?，F(xiàn)象分析：電影最重要的原理是“視覺(jué)暫留”?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)證明，人眼在某個(gè)視像消失后，仍可使該物像在視網(wǎng)膜上滯留0.1－0.4s左右。電影膠片以每秒24格畫(huà)面勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，一系列靜態(tài)畫(huà)面就會(huì)因視覺(jué)暫留作用而造成一種連續(xù)的視覺(jué)印象，產(chǎn)生逼真的動(dòng)感。同樣的道理如果我們使硬紙板以7.85rad/s以上的角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)看到逼真的人在打拳的動(dòng)感了。該實(shí)驗(yàn)可以很好地說(shuō)明電影的動(dòng)感原理。八、紙比你所想的要堅(jiān)固些實(shí)驗(yàn)演示：取兩個(gè)相同的瓶子，保持兩者之間適當(dāng)?shù)木嚯x，將其放在水平桌面上。將一張稍大一點(diǎn)的白紙擱置在兩個(gè)瓶子上面，使其不脫落，然后在紙上放上一個(gè)小勺子，紙立即彎曲而勺子掉落下來(lái)。然后將紙折成瓦楞狀(可以多折幾個(gè)棱)之后再搭在兩只瓶子上，如圖11所示。這時(shí)你會(huì)發(fā)現(xiàn)這張瓦楞紙競(jìng)能支撐得住一只很重的果醬瓶甚至更重的東西（如圖12），紙比你所想的要堅(jiān)固些?，F(xiàn)象分析：一張紙能承受多大的壓力，主要取決于紙張受力時(shí)的彎矩。彎矩即紙張的受力點(diǎn)和受反作用力的點(diǎn)之間的距離。彎矩越大，紙張承受的力越大，反之越小。直接把重物放在紙上，則紙的受力點(diǎn)和受反作用力點(diǎn)幾乎在同一位置上。因此彎矩小，所承受的力就小。把紙做成瓦楞形后，紙的彎矩較大，因此承受的力較多。所以，生活中用瓦楞紙做紙箱，用作屋頂?shù)牟y鐵也是瓦楞狀，都是利用瓦楞形的堅(jiān)固特性。八、用紙演示聲音的反射規(guī)律實(shí)驗(yàn)做法：用一塊機(jī)械秒表作為聲源，用一張卡片紙作為反射面，再用2個(gè)紙板筒來(lái)傳送聲音。如圖13那樣擺好紙筒。在一紙筒口擺放一塊滴答滴答響的機(jī)械秒表，把耳朵對(duì)著另一紙筒的筒口處傾聽(tīng)。這兩個(gè)紙筒的另一頭都與反射面相隔約6cm的距離。移動(dòng)兩個(gè)紙筒，使它們與卡片紙之間的夾角有所變化。你會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩個(gè)紙筒與卡片紙的垂線所構(gòu)成的兩個(gè)夾角相等的時(shí)候聽(tīng)到的機(jī)械秒表聲音最響、最清?，F(xiàn)象分析：因?yàn)槁曇裟芊瓷洌衣曇舴瓷鋾r(shí)遵循反射定律，即反射角等于入射角