用纸做物理-缙云中学

用纸做物理实验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。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阻＝ma，揉成一团的纸下落的加速度小，所以，下落的慢。由此可以总结：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，可以通过如下计算得出这压力大约为2.13×104N，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。设报纸的长L＝56cm、宽b=38cm，则报纸的面积为s＝Lb＝0.2128m2，因为标准大气压为：P0＝1.0×105Pa，所以，这张报纸所受大气的压力为：五、用纸演示空气的能量实验做法：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。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