缙云中学 吕燕萍
摘要:用纸可以做很多物理实验,用纸做物理实验让学生有亲切感,从中也可以获得很多物理知识,很值得物理老师去探究。
关键词:物理 纸 实验
纸与印刷术、火药和指南针一起被称为中国古代最具影响力的四大发明。纸的发明,表现了我国古代劳动人民的聪明才智,是中华民族对人类文化的重大贡献。对高雅的人而言,提及纸,就会联想到书写于纸上的辉煌历史,那源远流长的灿烂文化,更有那一幅幅酣畅淋漓的书法、惟妙惟肖的绘画闪过我们的眼前。而对绝大多数的普通人而言,提及纸,想到的是纸是生活中必不可少的生活用品。而今天,对于老师的我要说的是随处可见的纸的另一个妙用:用纸做物理实验。
一、用纸演示摩擦力的方向
实验做法:找一辆带履带的玩具汽
车,打开电源,让玩具车运动,在水平
桌面上放一张纸,然后手拿着玩具车轻
靠到纸面上(如图1所示),纸立即向履
带运动方向飞去。
现象分析:履带若向右运动,那么,
纸相对履带向左运动。在实验中看到纸
向右即履带运动方向飞去,说明纸受到
了向右即纸相对履带的运动相反方向的
摩擦力。由此得出:物体所受的滑动摩擦力方向与相对运动方向相反。
二、用纸演示巨大的静摩擦力
实验做法:找二本厚一些的书,把书的纸一页一页交叉
重叠在一起,如图2所示。然后在书的两端用力去拉,书不
能被分开,就算用两辆摩托车去力,结果书还是不能被分开。
现象分析:这抗拒摩托车的巨大拉力是书的一页一页纸之间的静摩擦力。由于书的一张一张纸是交错重叠,使得纸与纸之间形成了锁死的状态,随着书两端所受的拉力增大,一张一张纸间的压力也会随着增大,因而最大静摩擦力也增大。所以,再怎么用力,只要书不破掉,两本书永远不可能被拉开。
1
三、用纸演示影响自由落体运动快慢的因素
实验做法:取二张相同的纸,一张揉成团,另一张水平展开,让它们从同一高度同时下落。我们会看到揉成一团的纸先落地。
现象分析:二张相同的纸所受的重力是相同的,而水平展开的纸在下落的过程中所受的阻力大,揉成一团的纸在下落的过程中所受的阻力小,由牛顿第二定律可知:mg,F,ma,揉成一团的纸下落的加速度小,所以,下落的慢。由此阻
可以总结:影响物体下落快慢的并不是物体的轻重,而是物体所受的阻力与重力的大小关系;在没有阻力的情况下,轻重物体将会下落得一样快。
四、用纸演示大气压的存在
实验做法:在水平桌面上放一根长的薄木条,
使长木条的一部分伸出桌面,再找一张大的报纸盖
在木条上,并用力挤压报纸,尽可能把报纸与桌面
间的空气赶跑,如图3所示。然后快速敲打伸出桌
面的木条,发现木条和报纸仍旧能稳稳地停留在桌
面上。如果木条不是很牢固的话,还会看到伸出桌
面部分的木条会断掉。
现象分析:因为报纸与桌面间的空气赶跑了,
报纸上面大气压就把报纸紧压在桌子上,可以通过
4如下计算得出这压力大约为2.13×10N,相当于
20多个成年人的体重。这么大的力压在报纸上,自然一般大小的力作用在伸出桌面的木条上,木条和报纸仍旧可以稳稳地停留在桌子上。因此,该实验能说明大气压的存在。
2设报纸的长L,56cm、宽b=38cm,则报纸的面积为s,Lb,0.2128m,因为
5标准大气压为:P,1.0×10Pa,所以,这张报纸所受大气的压力为:0
54 F,P,,,,,,sNN1.0100.2128.1281020
、用纸演示空气的能量 五
实验做法:用硬纸板做一个稍大一些
的空心圆筒,找一大塑料胶带牢固粘贴在
圆筒的一端;再找一张稍大的白纸牢固粘
贴在圆筒的另一端,并在纸的正中间剪一
个直径为3~5cm的小洞。在桌子上放一个纸杯,把圆筒贴纸的一面对着纸杯,使小洞与纸杯处在同一高度,如图4所示。然后用手用力击打纸筒粘贴胶带的一面,会看到纸杯在气流冲击下被击倒。
2
现象分析:用力击打圆筒,筒内的空气被压缩,于是空气就从小洞迅速穿
出,经过纸杯时急速运动的空气就把纸杯击倒。由此可说明运动的空气有能量。
六、用纸演示流体的流速与压强的关系
实验做法1:双手各拿着一张薄纸,相互平行靠近,上端放在嘴吧下方,另一端自然下垂,如图5所示,然后用力向二张纸的中间吹气,纸不仅不能分开,反而会看到纸相互靠拢粘在一起。
现象分析:用力向二张纸中间吹气,纸中间的空气流速较两张纸外面的流速大,因而二纸中间的压强较小,而纸两边的压强较大,这压强差就把二张纸压在一起了。由此可以得出的结论是:气体的流速大,压强小。
实验做法2:找一张硬纸,做成一个圆筒状,直立在桌子上,为了使圆筒不容易倒了,可在圆筒的下端的里面粘贴一块石头。在圆筒的后面放一根点燃的蜡烛,如图6所示。然后对着圆筒用力吹气,你会看到圆筒后面的蜡烛会被吹灭。
现象分析:对着圆筒吹气时,圆筒两侧和后面的气体流速大,气体的压强小。周围的空气压强大,就急速地流向低气压的圆筒后面,结果这蜡烛的火就被这急速的气流吹灭了。由此也可得出:气体的流速大,压强小。
实验做法3:将一支点燃的蜡烛放在自己的正前方,拿一个硬纸板挡在蜡烛的前面约10cm处,使纸板的上边沿略高于蜡烛的火焰顶端。然后用力向纸板挡住的蜡烛吹气,会看到蜡烛火焰不仅不会向着吹气的方向远离纸板,反而逆着吹气方向靠近纸板,如图7所示。
现象分析:当用力向纸板上方吹气时,纸板
正上方的空气流动快,压强就小,于是蜡烛火焰
就会向气压小的方向偏转。由此也能得出:气体
的流速大,压强小。
七、用纸演示电影的动感
实验演示:找一张硬纸板、二张白纸和一根
圆珠笔芯, 用透明胶带把笔芯粘贴在硬纸板上,
成如图8所示的样子。二张白纸分别画上打拳的
3
人,如图9和10,然后分别贴在硬纸板的两面。快速转动硬纸板,就会看到人在打拳的动感。用这可以演示电影的动感的原理。
现象分析:电影最重要的原理是“视觉暂留”。科学实验证明,人眼在某个视像消失后,仍可使该物像在视网膜上滞留0.1,0.4s左右。电影胶片以每秒24格画面匀速转动,一系列静态画面就会因视觉暂留作用而造成一种连续的视觉印象,产生逼真的动感。同样的道理如果我们使硬纸板以7.85rad/s以上的角速度旋转时,就会看到逼真的人在打拳的动感了。该实验可以很好地说明电影的动感原理。
八、纸比你所想的要坚固些
实验演示:取两个相同的瓶子,
保持两者之间适当的距离,将其放在
水平桌面上。将一张稍大一点的白纸
搁置在两个瓶子上面,使其不脱落,
然后在纸上放上一个小勺子,纸立即
弯曲而勺子掉落下来。然后将纸折成
瓦楞状(可以多折几个棱)之后再搭
在两只瓶子上,如图11所示。这时
你会发现这张瓦楞纸竞能支撑得住一只
很重的果酱瓶甚至更重的东西(如图
12),纸比你所想的要坚固些。
现象分析:一张纸能承受多大的压
力,主要取决于纸张受力时的弯矩。弯
矩即纸张的受力点和受反作用力的点之
间的距离。弯矩越大,纸张承受的力越
大,反之越小。直接把重物放在纸上,
则纸的受力点和受反作用力点几乎在同
一位置上。因此弯矩小,所承受的力就
小。把纸做成瓦楞形后,纸的弯矩较大,
因此承受的力较多。所以,生活中用瓦楞纸做纸箱,用作屋顶的波纹铁也是瓦楞状,都是利用瓦楞形的坚固特性。
八、用纸演示声音的反射规律
实验做法:用一块机械秒表作为声源,用一张卡片纸作为反射面,再用2个纸板筒来传送声音。如图13那样摆好纸筒。在一纸筒口摆放一块滴答滴答响的
4
机械秒表,把耳朵对着另一纸筒的筒口处倾听。这两个纸筒的另一头都与反射面相隔约6cm的距离。移动两个
纸筒,使它们与卡片纸之间的
夹角有所变化。你会发现,当
两个纸筒与卡片纸的垂线所构
成的两个夹角相等的时候听到
的机械秒表声音最响、最清。
现象分析:因为声音能反
射,而且声音反射时遵循反射
定律,即反射角等于入射角。
这个实验正好也说明了声音在反射时遵循反射定律,即反射角等于入射角。
相信用纸还可以做更多的物理实验,用纸做物理实验让学生有亲切感,从中可以获得很多物理知识,很值得物理老师去探究。
参考文献
[1]别莱利曼,趣味物理学,中国青年出版社,1981年11月 [2]赵力红,臧文彧,高中物理探究性趣味实验,浙江大学出版社,2005年5月
5
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蜡烛抽水机做趣味的小实验
蜡烛抽水机做趣味的小实验
蜡烛抽水机做趣味的小实验
2010-12-11我们要写作文~要做小实验~有趣点的,也不要太难,多说几个~不要用什么化学物品的一些实验~帮帮忙啊~双休日要的~筷子的神力思考:把一根筷子插入装着米的杯子中,然后将筷子上提,筷子会把米和杯子提起吗?材料:塑料杯一个、米一杯、竹筷子一根操作:1、将米倒满塑料杯。2、用手将杯子里的米按一按。3、用手按住米,从手指缝间插入筷子。4、用手轻轻提起筷子,杯子和米一起被提起来了。讲解:由于杯内米粒之间的挤压,使杯内的空气被挤出来,杯子外面的压力大于杯内的压力,使筷子和米粒之间紧紧地结合在一起,所以筷子就能将成米的杯子提起来。瓶子赛跑思考:装有沙子和装有水的两个同等重量的瓶子从一个高度滚下来,谁先到达终点?材料:同等大小、重量相等的瓶子两个、沙子、水、长方形木板一块、两本厚书操作:1、用长方形木板和两本书达成一个斜坡2、将水倒入另一个瓶子中,将沙子倒入瓶子中3、把两只瓶子放在木板上,在同一起始高度让两只瓶子同时向下滚动4、装水的瓶子比装沙子的瓶子提前到达终点讲解:沙子对瓶子内壁的摩擦比水对瓶子内壁的摩擦要大得多,而且沙子之间还会有摩擦,因此它的下滑速度比装水的瓶子要慢。创造:将瓶子里的物质换一换,再让它们比比赛吧~胡椒粉与盐巴的分离思考:不小心将厨房的佐料:胡椒粉与盐巴混在了一起,用什么方法将他们分离开呢?材料:胡椒粉、盐巴、塑料汤勺、小盘子操作:1、将盐巴与胡椒粉相混在一起。2、用筷子搅拌均匀。3、塑料汤勺在衣服上摩擦后放在盐巴与胡椒粉的上方。4、胡椒粉先粘附在汤勺上。5、将塑料汤勺稍微向下移动一下。6、盐巴后粘附在汤勺上。讲解:胡椒粉比盐巴早被静电吸附的原因,是因为它的重量比盐巴轻。创造:你能用这种方法将其他混合的原料分离吗?漂浮的针思考:针为什么会浮在水面上?材料:一碗水、针、叉子、液体清洁剂操作:1、在杯子里倒一杯清水2、用一个叉子,小心地把一根针放到水的表面2、慢慢地移出叉子,针将会浮在水面上3、向水里滴一滴清洁剂,针就沉下去了讲解:1、是水的表面张力支撑住了针,使之不会沉下。表面张力是水分子形成的内聚性的连接。这种内聚性的连接是由于某一部分的分子被吸引到一起,分子间相互挤压,形成一层薄膜。这层薄膜被称做表面张力,它可以托住原本应该沉下的物体。2、清洁剂降低了
表面张力,针就浮不住了。说明:针有危险,请家长帮助操作蜡烛抽水机思考:你知道抽水机是怎样将水抽出来的吗?材料:玻璃杯、蜡烛、比玻璃杯口稍大的硬纸片、塑料管、凡士林少许、火柴、水半杯操作:1、先将塑料管折成门框形,一头穿过硬纸片2、再把两只玻璃杯一左一右放在桌子上3、将蜡烛点然后固定在左边玻璃杯底部,同时将水注入右边玻璃杯中4、在放蜡烛的杯子口涂一些凡士林,再用穿有塑料管的硬纸片盖上,并使塑料管的另一头没入右边杯子水中。5、水从右边流入左边的杯子中讲解:蜡烛燃烧用去了左边杯中的氧气,瓶中气压降低,右边杯压力使水向左杯流动,直到两杯水面承受的压力相等为止。到那时左杯水面高于右杯水面。注意:蜡烛点然后固定在左边玻璃杯底部时注意安全,小心烧手很简单地在你的周围,有没有四处行走的蚂蚁,如果有,你的实验就可以开始了准备一个樟脑球,在蚂蚁前面轻轻的划一道线,蚂蚁有什么变化,若是蚂蚁突
在前面再画一道,又会有什么变化?蚂蚁不动了,你在他周围画一个小破了防线,
圆圈,然后慢慢变小,又会有什么变化?把上头我说的写成作文,就行了。(樟脑球就是放在衣柜里防虫的,不知道就问问你妈妈爸爸就行了)随便找一片树叶,再拿一个放大镜,在一个晴朗的,(就是太阳比校辣)的条件下,试验就可进行了。到操场上利用太阳光的反射透过放大镜照到树叶上,你会看到一个小亮点,接下来就是等待不一会儿,树叶便会燃烧起来~求求你选我吧~这可是我做过,并且成功的一个小小小小试验啊~(你不选我,我会诅咒你滴嘻嘻嘻)不要选星梦。森林大帝,他是一个贱人,我的试验跟李佳耀的一样一次有趣的实验常熟市谢桥中心小学五(3)班陶悦"火山喷发",大家一定在电视里见过吧,但你有没有亲眼见过呢?我倒是见过一回"火山喷发,可这是个"火山喷发"的模拟实验,这个实验我也亲自动手做了一回。嗬,"火山喷发"可真好玩。按实验要求我拿来了一个玻璃杯、一瓶醋和一瓶洗涤剂、一包小苏打、一张报纸。首先往杯子里倒入一些小苏打,再倒入一些洗涤剂,然后把报纸垫在玻璃杯下。实验马上就要开始了,我往杯子里倒入一些醋,奇迹很快就出现了,刚刚瓶子里还只是一些小苏打和洗涤剂,它们安安分分的,怎么才过了几秒钟的时间就变成了泡沫呢?而且本来只是一点点的泡沫,现在不断地疯涨,才过了十几秒,就从玻璃杯口蜂拥而上,溢出瓶口流到报纸上了。这时,我又兴奋又惊讶,目不转睛地看着浮上来的泡沫,生怕漏掉了什么细节。大约过了18分钟,泡沫又渐渐地消失。哈,这个实验太好玩了,太有意思了~这是为什们呢?我急忙抓过书查了起来,可书上一个字也没提,唉~没办法,只好自己琢磨琢磨了。刘老师不是在课上讲过了吗:小苏打与醋会发生化学反应,产生大量的泡沫,就像汽水一样摇一摇也会产生一些泡沫。那么洗涤剂又起了什么
作用呢?我绞尽脑汁也想不出来。为了搞清其中的奥秘,我又把这个实验重做了一遍,发现泡沫之所以会疯涨就是因为洗涤剂起到了催化作用。这不是与浮石的形成原理差不多吗。这个小实验真是有意思。做科学小实验,让我在玩中懂得了科学道理,还锻炼了我动手动脑的能力,真是两全其美。
用纸做的建筑
用纸做的建筑—日本馆, 德国世博 2000
上海世博开幕在即,在此祝愿世博能顺利举行。世博对主办国家来说当然是一件大事,但同样是建筑界的大事,因为很难得有一个机会容许建筑师尽情地创做出不同奇妙的设计,而且商业元素较低,所以纯粹以美学为主,有极大发挥的空间,因此世博就有如建筑博览展,亦是建筑界到此处朝圣的地方。
今次就为大家带来 2000年德国世博中的日本馆,这展馆是由 日本 Shigeru Ba n设计的。这建筑可以说是他的成名作,因为这建筑物最大的特点就是用纸筒来作为结构。 Shigeru Ba n 设计理念其实很简单,就是这座建筑物只属临时性的建筑物,在展览结束之后便会被拆卸,所以为了把所有的东西都回归自然,他便尽量使用纸筒和再做纸在这建筑之内,当这建筑物拆卸之后便没有为地球带来任何难处理的垃圾,而这建筑物就必须要以最低技术来建造,尽量只用人手,不用机器。
这建筑共分三层:
第一层 :由纸筒综横交错地织成的结构网,情况就有如中国的竹笼一样。由于纸筒成 45度对角交错地组合,所以相当稳固。而且由于这样的组合便可以把直线的纸筒组合成弯弯曲曲的形状,亦变成这建筑物的最大特色。
第二层 : 由木做成的半圆形的拱门。 ( 其实根据 Shigeru Ban 说, 这一层木拱门其实并不需要,但德国方面为了结构上的安全
第三层 : 这就是用再做纸做的屋顶,在一般情况下都会在这类型的屋顶上加上PVC 物料,但是这种物料不能够被地球分解并且燃烧时会放出有毒气体。因此Shigeru Ban 使用了中国人油纸伞的技术,在纸上涂上油层便可以把屋顶变得防水,而技术同样使用在现今的纸袋之上。
这建筑物奇妙的是连地基都尽量减少非循环再用的物料,只有极少数部份是用混凝土,大部份都是用木作地基的物料。
这座展馆除了用纸做的一个卖点之外,就是阳光。因为屋顶的物料是用纸作的,所以阳光可通过屋顶射进室内,但不会太强烈。在晚上,室内的灯光会让从通过屋顶透出来,并把结构的倒影照射在屋顶之上。
讲到这处,大家会怀疑这座高
15.9m ( 约四层楼高 ) , 73.8m 长, 25m 阔 ( 约一个泳池阔度 ) 结构上的安全性,但现实地说这座像波浪的展馆在整个展期之内没有发生意外。而且大部份的接合点都是用绳和胶纸来接合,只有小部份的木结构是用钉来接合。
在建造时,纸筒是地面上先用绳子接合,然后再用临时支架挂上,由于结构是纸的关系,所以可以随时用人手来修正,而且亦不需要等待,因此施工时间其实比混凝土还要短得多。
环保建筑先驱/不可能在香港兴建的建筑- Commerzbank (1)
环保建筑先驱/不可能在香港兴建的建筑- Commerzbank (1)
今次我为大家介绍Norman Foster在德国的建筑 -Commerzbank. 这大厦位于法兰克福, 是Commerzbank的总部. 大厦高300m,53层, 提供3500个工作空间, 是欧洲最高的建筑物. Commerzbank是经过设计比赛挑选Foster作为这项目的建筑师,当Foster收到Commerzbank的设计要求时, 简直被吓坏, 因为Commerzbank的设计要求是从未如此仔细, Commerzbank对外形、 规划、功能、建筑成本预算都有要求, 而最重要是对环保和能源效率的要求. Commerzbank为隆重其事还邀请专家团挑选设计方案,Foster能胜出这比赛重点在于他能对环保设计上的满足.
当我第一眼看这大厦的平面图时, 我肯定这类型的图则一定不能在香港兴建,如香港建筑师划这样的图则. 肯定5秒内被发展商踢落楼.
第一, Foster 把电梯和消防梯放在三角形平面三角. 为求腾出中间的空间作天井. 这一点一定不会被香港发展商接受, 因为转角位的辨公室(Corner
office) 拥有两边窗亦是最昂贵的空间, 所以,在香港的Corner office都是高层的辨公室或会客室.在香港把电梯和消防梯一定放在大厦的中间, 而消防梯一定是交剪梯, 为求缩短电梯和消防梯与辨公室之间的距离, 令空间更为实用,不得不提交剪梯是香港建筑师发明.
但在Commerzbank这方案, 由于Foster把消防梯放在三角, 所以,他要三条消防梯才能满足消防法例的要求, 原本是一条交剪梯可以达到的效果, 他要三倍空间才能完成.
第二, 大厦中间的天井不是露天, 是有玻璃天窗封顶, 所以, 电梯大堂有阳光到, 但天井由于算是室内空间的关系, 因此需要计算建筑面积, 但电梯大堂的面积不能当作实用面积或销售面积.不单只是这问题, 由于这天井是直通53层,所以需要在每10层便要加设玻璃天窗,避免当火灾时浓烟可以漫延至大厦各层,而这些额外玻璃天窗需要额外计算建筑面积而不是实用面积. 试问香港发展商会否容许你浪费建筑面积在非销售面积之中.
正因如此, 天井都有玻璃分格, 而室内的建筑物料需要附合耐火要求, 所以需要增加额外建筑成本, 单是玻璃窗的数目已比正常情况多一倍.
第三,Foster 为求增加室内绿化的面积, 每8层便加设室内花园, 令在大厦上班的人仕更为舒适. 不过, 这室内花园需要计算建筑面积而不是销售面积. 单从以上三点, 试问香港发展商会否容许你减少销售面积、增加建筑成本、 浪费建筑面积、拉低实用率?为的只是环保? 待续.
环保建筑先驱/不可能在香港兴建的建筑-
Commerzbank (2)