1、二、探究浮力产生的原因【实验原理】 浮力是怎样产生的呢？如果一个规则的物体浸没在液体当中，它的侧面所受液体的压力均 可互相抵消，这是因为物体上下表面所受液体压力的受力面积虽然相 同，但上下表面所在液体内的深度不同，液体的压强大小不一样。物体 上下表面所受液体压力之差，正是物体所受的浮力。我们可以通过多种方法来证明浮力是怎样产生的。【制作方法】 方法一(双乒乓球实验 )。材料：空矿泉水瓶一个、乒乓球两个。 将矿泉水瓶底剪去。实验时，将瓶口向下，从上面放入两个乒乓球，因为瓶身不大。两个乒乓球会一个在下堵住瓶颈，另一个在上，左手持 瓶身，右手从上向里倒水，由于下面的乒乓球堵住瓶颈，水只能向下渗 漏。
2、随着瓶内水的上升，上面的乒乓球浮在水面上也随之上升。下面的 乒乓球虽然周围和上面都是水，但它却没有上浮。如果用右手堵住瓶口， 渗漏的水很快充满了瓶口和瓶颈之间，下面的乒乓球的底部也会浸没在 水中，它会立即“卟”地上升到水面。如图 6-23 所示。方法二(上浮的木塞)： 材料：空高橙饮料瓶一个、圆木塞一只、粘胶。 圆木塞要刚好塞在饮料瓶口上，不要太紧。再在圆木塞中央钻一个直径约 5mm 的小孔。如图 6-24，将饮料瓶的中间部分剪去，依然瓶口向 上地将瓶颈用粘胶粘接在瓶内底部。待胶干后即可使用。实验时，将木塞放在瓶口上，再用杯子装水沿瓶壁倒入瓶中。很快 水将浸没木塞周围，但此时木塞并不上浮。水面
3、继续上升，漫过木塞上 表面，经小孔向里流水，此时木塞依然不上浮。等到木塞下的水面逐渐 上升，刚刚达到木塞底部，木塞会立即上浮到瓶中水面上。如图 6-25 所 示。方法三(双 U 形管压强差计)材料：两个透明的 135 胶卷盒、橡皮膜(如气球) 一大块、橡皮筋两 根、铁皮、铁丝若干、一次性注射塑料输液软管两根、木板(1230cm2)一块、厚木板一块、封口夹两只、白纸、粘胶等。先将两胶卷盒去盖，中间各钻一小孔，正好使软管插入，用粘胶密 封连接处。再把两盒底部用粘胶粘连，剪一宽条铁皮把连接处固定起来， 并与粗铁丝固定，粗铁丝作为手持的柄，如图 6-26 所示。把 1230cm2 的木板与厚木板钉起来
4、，白纸粘贴在大木板上，将软管 弯成两个“U”形并行排列，并在两“U” 形管中心画出刻度线。两软管 各经过一只小三通管与胶卷盒引出的两软管相接，三通管的另一个出口 为排气用。实验时，用注射器在双 U 形管中注入同样量的红色水，使双 U 形管中的液面相平。在两胶卷盒口上各绷一块气球膜，口面要绷平。等膜绷 好之后，用两只封口夹将三通管的排气口夹紧，不可漏气。手持粗铁丝，缓缓将胶卷盒插入水中，如图 6-27 所示，两 U 形管中的液面不会在同一高度，记下双 U 形管管底各至液面的高度差。与下面 胶卷盒相通的 U 形管中，液面的高度差要大得多，把这个水柱压强减去 与上面胶卷盒相通的 U 形管水柱压强，所
5、得的差即是两胶卷盒上下表面 的压强之差。将这个压强差乘以胶卷盒口的面积就能计算出胶卷盒所受的浮力。三、自制密度计【实验原理】 当轮船在长江里航行时，如果记住轮船的“吃水线” ，在轮船驶入海洋后，你会发现此时“吃水线 ”已经在水面的上方了。 同一物体，浮在不同液体表面上时，所受液体的浮力相等。由于液体的密度不一样，物体排开液体的体积也就不相同。反过来，如果同一 物体在不同液体中排开液体的体积不相同，那么液体的密度一定不一 样。根据这个道理，我们可以制成测密度的装置 密度计。【制作方法】 材料：大号有盖无破损的废牙膏皮一支、蜡烛一只、白纸、透明胶带等。将牙膏皮尾部打开，取下盖，用圆棍把牙膏皮从里面
6、撑开鼓圆，成 为一个长圆筒，将里面的剩余牙膏冲洗干净。拧上牙膏皮盖，点燃蜡烛，从尾部滴几滴蜡到牙膏皮里。滴入的蜡 一是防漏水，二是保证牙膏皮竖直放在液面上时重心在下，比较稳定。 在牙膏皮筒上竖直粘贴一小纸条，然后放入水中，记下水面刻度线。再 依次将牙膏皮放入汽油、煤油与氯仿中，记下刻度线。在密度表中查出不同液体的密度，分别在每个刻度线上，标明它们 的密度值。密度值全标定之后，在纸条面上贴一透明胶布既可以清晰地 读数，也可以保护有刻度的纸不再打湿。你现在可以把自制的“密度计 ”放入各种液体中，粗略地测定这种液体的密度。(郭生杰提供)四、空气也有浮力【实验原理】 图 6-28不仅浸没在液体中的物体
7、受到浮力作用，处于空气包围下的物体也受到浮力作用。如图 6-28 所示，左边是密闭的金属容器，开一孔与 气球相连，右边是配重使横梁保持平衡。如果用酒精灯烘烤金属容器底 部，里面的空气受热膨胀会使气球鼓起来。此时横梁会逐渐倾斜，配重 物体下降。这是因为金属容器与气球总重量虽然没有变，体积却增大了。它的体积增大，排开气体的体积增大，气体对它的浮力增加，从而破坏了平 衡。【制作方法】 材料；易拉罐一个、气球一只、废圆珠笔芯一支、粗铁丝一根、木板两块、配重物。将木板钉成如图所示的支架。从粗铁丝上剪下 4cm 长一段，在砂轮 上把 2cm 长一段打磨成“” ，把这段铁丝尖端向上固定在支架上部， 使尖端成
8、为横梁的支承点。易拉罐最好是未打开的，用干净铁钉在上表面中央钻一孔，插入吸 管喝完里面的饮料。将空罐洗干净，倒出里面的水，剪 3cm 长的废圆珠 笔芯插在孔上并用粘胶密封。等胶干后，把气球(先检查气球不能漏气 ) 用细线扎紧。用钳子把粗铁丝剪下 40cm 长一段，两端各弯一个钩形。 为了加强效果，配重最好比易拉罐重几倍，这样在开始平衡时，横梁就不是一个等臂杠杆。【实验方法】 将铁丝一端挂在易拉罐拉环上，一端挂有配重物。双手持铁丝寻找平衡的支承点后松手，再点燃酒精灯，移到易拉罐底部使其加热。不一 会儿，气球就会充气鼓起来，由于空气的浮力增加，使横梁的平衡遭到 破坏。(易诗学提供)6.5 电学实验
9、的几个教具制作一、玻璃导电【实验原理】 能导电的物体叫导体，不能导电的物体叫绝缘体。导体之所以能导电，是因为导体中有能够自由移动的电子。在绝缘 体中，电荷几乎都束缚在原子的范围之内，不能自由地移动，所以绝缘 体不能导电。但是导体和绝缘体没有绝对的界线，当外界条件发生改变时，可以 破坏原子内部的稳定结构，使原被束缚的电荷发生移动，在外电场作用 下导电。如图 6-29 所示，一只坏灯泡与一只好灯泡串联接在电路，坏灯泡的 两根导线在玻璃柱内并不互相接触，此时好灯泡不会发光，加热坏灯泡 的玻璃柱，当玻璃达到红炽状态时，它就逐渐变成导线，好灯泡逐渐由 暗变亮，最后正常发光。【制作方法】材料：“220V
10、，40W” 好灯泡一只、坏灯泡一只、两个灯座、1220cm2木板两块、导线若干、电源插头一个。 把两木板互相垂直钉成上图所示的形状。将两灯座串联起来安装，由插头接 220V 电源。轻轻敲碎坏灯泡的玻璃泡，剪去玻璃柱上伸出的铜丝，与好灯泡一起插入灯座。【实验方法】1.将插头插入电源插座，此时好灯泡不发光。2.把酒精灯放在坏灯泡玻璃柱下，点燃酒精烧玻璃柱。3.开始好灯泡不亮，略过一分钟后，好灯泡灯丝逐渐发红，并迅速 明亮起来。二、水位自动报警器【实验原理】 学习了串联与并联电路，给合以前学过的浮力部分知识，可以自己设计一个水位自动报警装置。如图 6-30 所示，当水位上长，浮子上浮，与 A 端接触
11、，浮子上的导 线与绿灯组成串联电路，绿灯亮，表示水位已达高水位线；当水位下降， 浮子下降与 B 端接触，浮子上的导线与红灯组成串联电路，红灯亮，表 示水位达低水位线。如果高楼上的供水池装上这么一个报警装置，电工 师傅就知道什么时候应该打开水泵抽水，什么时候应该关闭水泵停止抽 水。【制作方法】材料：高橙饮料瓶两个、10ml 口服液瓶一个、圆珠笔芯一支、1830(cm2)三夹板一块、2 号电池一对、红，绿小电珠各一颗、导线若干、 橡皮塞、粘胶、铁丝等。先做浮子。去掉圆珠笔芯头，将圆珠笔竖直插在口服液小瓶上，用粘胶固牢。等胶干后，找一个适合饮料瓶口的橡皮塞，在中央钻一个略 比圆珠笔芯粗的小孔，把圆珠
12、笔芯穿过去，在顶端粘接一小块焊有细导 线的金属片。如图 6-31 所示。其次制作报警显示板。如图 6-32 所示，先在三夹板中央下部钻两个 小孔，再在板上并联装两个回路，回路中各有红灯与绿灯。绿灯终端高 于红灯终端，其都固定一块金属片(金属片是为了与浮子上的金属片接触 时组成回路) ，电池引出的一端接一个接线柱，留待组装时连接浮子上的 细导线。再用两只饮料瓶做一个连通器。方法是将两个饮料瓶下部各钻一个 孔，用一根一次性注射塑料软管把二者连接起来，中间套一箝流开关。 最后进行组装。把浮子装入一个饮料瓶中，将橡皮塞塞紧，浮子上 方的金属片处于红、绿灯终端的金属片之间，再用铁丝通过两个小孔从 饮料瓶
13、颈环绕过来并拧紧，即把三夹板牢牢固定在瓶颈上。浮子上的细导线螺旋状绕几圈后与电池一端的接线柱相连，接触要良好。【实验方法】1.在连通的另一饮料瓶中注水，打开箝流开关，浮子下方的水位将 上升。2.浮子上升到顶端的金属片与绿灯相连的金属片相接触时，绿灯亮，表示水位已到达高水位。3.手持连通的饮料瓶低于三夹板下的饮料瓶时，水位将下降，浮子 下降到顶端的金属片与红灯终端金属片相接触时，红灯亮，表明水位已 下降至低水位了。4.停止浮子工作时，可让浮子处于中间(既不接触上端，也不接触下端)，关闭箝流开关。三、测电笔【实验原理】如图 6-33 所示，试电笔内主要是由电阻与氖管串联起来。当 A、B 两端电势差
14、小时，氖管中的氖气不发光。由此我们可用它来辨别火线和 零线：手持 B 端，用 A 端去测试导线，如果氖管发光，说明 A 端接触的 是火线；如果氖管不发光，则说明 A 端接触的是零线。【制作方法】材料：一次性注射器、起辉器中氖泡一个、1.5M 电阻一个、橡皮 塞一个、废 2 号电池一个、垫片两个、铁钉一颗。一次性注射器是透明塑料制成的，有它作为测电笔主体比较合适。 去掉注射器的推筒，将铁钉从管中放入，从注射口推出。铁钉要略大一 点，能刚刚好塞满注射管而不至左右晃动。氖泡有两根引出线，每根均接一个垫片，其中一个垫片压在铁钉上， 另一个垫片与电阻相接，碳棒上的铜帽作为手持端的金属体。为了不使 碳棒左
15、右晃动，在橡皮塞上钻一个碳棒粗细的孔，然后塞紧在注射器筒 端。如图 6-34 进行组装。注意：碳棒不可太长，刚好能把氖泡，电阻塞紧后使铜帽露出筒 端，必要时可将碳棒锯掉一部分；氖泡的两根引出线一定要绝缘，不然氖泡两导线接触之后，即使测试火线，氖泡也不发光。 测电笔做好之后去检测一次 与买的测电笔一样好用！(梁继好提供)四、模拟跨步电压与高压电弧触电【实验原理】 在“安全用电”的知识中介绍了跨步电压与高压电弧触电的概念，但这两种触电现象在日常生活里并不常见，有必要进行生动的模拟实 验，给同学们提供感性认识的条件和揭示这两种触电的机理。跨步电压触电：由于掉落在地上的高压输电线在地面产生了一个电 场
16、，这个电场以落地点为中心有一个范围，当人处于这个范围内时，两 脚之间有跨步电压时，电流通过人体，造成跨步电压触电。高压电弧触电：如果人体与高压带电体距离很小时，高压带电体会 通过人体发生放电现象。这时，电流通过人体，造成高压电弧触电。我们可以用感应圈产生的高压电场模拟高压带电体，用装在一个人 体模型上的氖泡来显示跨步电压。【制作方法】材料：硬纸盒一个，起辉器氖泡一个，导线等。 做一个人体模型：用硬纸盒按人体的轮廓制成，人体的手臂和腿都可以自由活动。在人体胸部装一只日光灯起辉器的氖泡，氖泡的一个极各接一根导线到手和脚，另一极也各接一根导线到另一只手和另一只 脚。导线除端点外均应有胶线绝缘。【实验
17、方法】1.跨步电压触电的实验，如图 6-35 所示。 图 635(1)用一张旧报纸铺在桌上，四周用图钉固定(2)将抹布在水中浸湿后把报纸表面擦潮。 (3)用导线将感应圈高压输出的一端夹接在报纸的一边缘上，将另一端由铁架杆上端挂下夹接报纸的另一端。(4)把人体模型的一只脚用图钉固定，脚上的导线裸露部分同时被图 钉固定在纸上。另一只脚可以在纸上移动作跨步状。(5)先将两脚并拢立于纸面上，接通电源使感应圈工作，此时人体上 氖泡不发光。说明此时两脚之间无跨步电压。(6)手持活动腿部(不要接触胶皮导线)，使两腿逐渐张开，可以看出 氖泡逐渐发光。两脚之间距离最大时，氖泡最亮。说明此时两脚之间有 跨步电压且
18、较大。注意：感应圈工作电流不要太大，否则实验者的手及模型人体的腿 移动时会有感应。2.高压电弧触电实验。如图 6-36 所示。 (1)同前步骤 1。(2)同前步骤 2。 (3)有导线将感应圈高压输出的一端夹接在报纸的一边缘上，将另一端由人体模型上方挂接在铁架杆上。 (4)把人体模型的一只脚用图钉固定，一只手搭在感应圈的高压输电线上(注意这只手与脚必须是通过氖泡之后相接的，不能是氖泡同一极上 的引出线) ；另外的手与脚上导线由绝缘胶布包起来。(5)接通电源使感应圈工作，随着人体模型的手与高压输出线之间的 放电，氖泡也随之发光。说明此时发生了高压电弧触电现象。6.6 研究电磁现象及其应用的教具制作
19、一、磁力闪光灯【实验原理】图 6-37 如图 6-37 所示，ab、cd 是两块薄铁片。当用线吊着的磁铁 在水平面内转动时，小灯泡可以一闪一闪地发光。这是因为当磁铁旋转 到与薄铁片平行的时候，两块薄铁片同时被不同程度地磁化，上方的薄 铁片磁化较强；下方的薄铁片磁化较弱，被磁化的两块薄铁片将克服弹 力相互吸引。两薄铁片接触的时候，电路导通，小灯发光。当磁铁旋转 到与两薄铁片垂直的位置时，两薄铁片没有被磁化，薄铁片在弹力的作 用下又会分开而脱离接触，小灯此时不发光。在磁铁不断旋转的时候，薄铁片也不断地接触与断开。这样小灯就 一闪一闪地发光。【制作方法】材料：条形磁铁一块、长木条一根、薄铁片两块(1
20、5cm 长)、1 号电 池一对、3V 小电珠一个、电珠灯座一个、导线、木螺钉等。薄铁片可以从旧包装箱上面剪下，先去锈，用砂纸擦亮之后，最好用油涂抹一下。在长木条上一边钉一短木条，一边高一点，一边低一点(参 看图) 。将薄铁片端点打一小孔，后用木螺钉穿过小孔固定薄铁片，同时， 把导线也绕在木螺钉上与铁片固定接触。两薄铁片应该相互交叠，仅隔 一个很小距离，铁片交叠处无锈。【实验方法】1.用手捏住两薄铁片，看电路是否导通。若灯泡不发光，应先检查 故障并排除。2.把磁铁沿一个方向旋转，使吊着的细线拧紧，然后把支架移近薄铁片，使细线垂直处于薄铁片上方。3.放开手，使磁铁自由旋转起来，小灯泡将一闪一闪地发
21、光。二、磁悬浮【实验原理】 磁极之间存在着相互作用，同极磁体相互排斥，异极磁体相互吸引。 如果把两个磁体的同极端相对竖直放起来，由于磁性斥会使上面的磁体悬浮起来。【制作方法】材料： 8cm5cm 厚木板一块、 2cm25cm 木板一块、动圈式扬声器 上的圆形磁铁两块、15cm 长铜管一根、铝片(6cm 长)两块、橡皮塞一个、 木螺钉等。如图 6-38 所示，先把木板支架钉好。 把橡皮塞塞入一圆形磁铁的圆孔中，塞紧后去掉露出在上下表面的橡皮。在橡皮塞中央钻一略小于铜管直径的孔，把铜管慢慢穿进去。 把两块铝片弯成“L”形，各钻两个孔(用于固定在竖直木板上 )，再在伸出边各钻一个略大于铜管直径的孔(
22、用于约束铜管) 。用木螺钉将两铝片相隔 10cm 固定在竖直木板上，将铜管穿入两铝片的小孔中，把另一 圆形磁铁放在下面的铝片上。【实验方法】1.把两磁铁同极相对放置。2.用手压着上面的磁铁使其与下面磁铁相靠近。突然放手，上面的 磁铁会在磁力作用下弹上去。3.用手使上面的磁铁旋转起来。由于悬浮的磁铁受到的摩擦力很 小，将旋转较长时间才停下来。(可以在铜管与小孔间上一点机油，使摩 擦更小。)三、电铃模型【实验原理】 电铃是利用电磁铁工作的。图 6-39 如图 6-39 所示，这是个简易电铃模型。图中 1 是电磁铁，2 是簧片，3 是动片，4 是静片，5 是锤头，6 是铃铛，7 是灯泡。当电路接通电
23、源时，电磁铁通电，对簧片产生吸引力，簧片向磁铁 运动时，锤头敲击电铃发出声音，与此同时，动片和静片接触，电流不 再经过电磁铁，直接通过电泡 7 形成回路。电磁铁不通电流时，簧片不受吸引力，会在弹力作用下自动弹回原处，动片与静片脱离接触，电流重新经过电磁铁流向灯泡再形成回路。 电磁铁又开始工作吸引簧片，锤头再次敲击铃铛。周而复始，电铃不断地被敲响。【制作方法】材料：自绕电磁铁一个、36cm 长弹性铁皮(包装箱外的包装铁皮弹性 不错、做簧片比较适合)、废自行车铃铛一只、 “6.3V、0.15A”小灯泡及灯泡座各一只、小螺丝、铁丝若干、导线若干、2028cm2 木板一块。 制作中，电磁铁的线圈绕制与
24、簧片调节是关键。电磁铁绕线轴可以用 120 胶卷轴，在胶卷轴里插入长螺杆作为铁芯，漆包线选用 0.55mm，在轴上密绕 800 匝。线圈绕好后，在轴的端头焊接 一块铜片做静触片，电磁铁一端将接在动触片上，另一端直接与灯泡相 连，静触片也应接在这一端。簧片按图 6-40 加工。簧片头上钻一个小孔，固定一个大螺丝作为锤头。用铁皮紧紧固定一块铜片在簧片下端作为静触片，它将随簧片上下 运动而与静触片接触。图 6-40按图 6-39 组装起来。装簧片时，在图 6-40 所示“”处钉上铁钉， 调节簧片至电磁铁的距离，使得电磁铁通电时，足以克服簧片的弹力而 吸住簧片；当电磁铁断电时，簧片要刚好弹回原处。此外
25、，动触片与静 触片也要能在簧片被电磁铁吸住时刚好接触，簧片弹回时脱离接触。动 触片引出导线接电源。安装铃铛，要使电磁铁吸住簧片时锤头刚好敲击 铃铛。电磁铁要用铁皮(或包装带 )固定在三夹板上，能经受振动与撞击。【实验方法】接 6V 直流电源，电铃将工作起来，灯泡一闪一闪地发光。四、光控电路【实验原理】 学习光敏电阻，电磁继电器知识，现在综合起来运用。如图 6-41 所示，L 是控制电路光源灯泡，R 是分压电阻，R 是光敏电 阻，J 是电磁继电器，L 是指示灯，M 是电动机。光敏电阻 R 不受光照时，阻值大于 2K，受到光照时，电阻降至 100200。设计制作这个教具时就考虑到由于 R 的变化，
26、引起回路中电流 变化，使继电器两端的电压变化，继电器就可以正常工作或停止工作。 因此，电路中没有三极管放大电路。【制作方法】材料： 25cm40cm 三夹板一块、光敏电阻一个、JRXB-1 型继电器 一个、3V 小电机一个、 “2.2V，0.25A”聚光灯泡两个、 “30，0.5A” 电阻一个等。选择小聚光灯泡做光源，是因为光敏电阻受光照部分很小，相距 1015cm，光强不够，因此不聚光不行。光源 L1 与光敏电阻 R 在安装时，要认真调节好二者之间距离，使光照时继电器正好启动。用书和纸在 L1与 Ra 之间遮光，继电器立即停止工作。受控电路电源是 3V，可以用 1.5V1 号电池一对串联使用
27、。【实验方法】1.将 K1、Ka 均合上，L1 与 Ra 之间无遮光物体，电动机正常运转。2.用手挡住 L 与 R 之间，电机停止工作，指示灯发光。3.抽回手使 Ra 受光，电机重新正常工作，指示灯熄灭。注意：这个实验不能在强烈阳光直接照射的室外做，由于光敏电阻 受散射光照射的作用，La 会失去作用。6.7 电子元件电路的教具制作一、与门电路【实验原理】 与门电路是基本逻辑门电路之一，与门的“与” 在逻辑上就是共同的意思，即当全部条件共同具备时，才能产生一定的结果。例如：图 6-42 就是一个例子，两个开关都断开，灯泡当然不会发亮。但 K1、 K2 中任何一个开关闭合，灯泡也不会发亮，只有当两
28、个开关全部闭合时，灯泡才会发亮。最简单的与门电路如图 6-43 所示。这个二极管与门电路由两个二极管 D1、D2 和一个电阻组成，电路的两个输入端作为条件，只要 A、B 任一端为低电位，则输出端 Y 的电位为二极管的正向压降(约 0.7V)，即 Y 端 也是低电位。如果两个输入端都接高电位(例如 5V)，则二极管全部截止， 输出 Y 端为高电位。倘若在输出端接用电器，如图 6-44 所示，只有当开关 K、K 全部断 开时，A 、B 才同时是高电位，用电器才能工作。【制作方法】材料：2CK 二极管两只、510 电阻一只、发光二极管一只、电源、 开关等。发光二极管作为用电器，当二极管正常发光时，表
29、明用电器工作，与门电路连接如图 6-43 所示。如果不用发光二极管，用与电源电压相符 的灯泡也行。与门电路用于生活中，大有潜力。二、非门电路【实验原理】 非门电路也是基本逻辑门电路之一。“非”在逻辑上是否定的意思，在逻辑关系上就是输出的状态与输入状态相反。非门电路实际是一个倒相器，它只有一个输入端。如图 6-45 所示， 就是一个最简单的三极管非门电路。当输入端为高电位时，输出端 Y 为 低电位；输入端为低电位时，输出端 Y 为高电位。倘若在输出端接用电器，如图 6-46 所示，只有当 A 与低电位之间的 开关接通时，输入端是低电位，输出端是高电位，用电器开始工作。断 开开关，输入端是高电位，
30、输出端是低电位，用电器停止工作。【制作方法】材料：10K、1.1K 电阻各一只、 3DK4A 发光二极管一只、开关一个、 电源、导线等。这里，发光二极管相当于用电器，开关闭合时，输入端是低电位， 输出端 Y 是高电位，发光二极管可以发光；断开开关，输出端 Y 是低电 位，发光二极管两端都是低电位则不能发光。开关还可以用水位涨落来实验：在盐水杯底部放一导线，杯口放一 导线，水位升高后两导线连通，使发光二极管工作。实际应用中能进行 水位报警。三、与非门电路【实验原理】 把与门电路和非门电路合起来，与门电路的输出端接非门电路的输入端，就组成了一个最简单的与非门电路。如图 6-47 所示。 图 6-4
31、7与非门电路具有两个输入端与一个输出端。当输入端 A、B 任意一端 为低电位时，输出端为高电位；如果 A、B 两端全部为高电位时，输出端 是低电位。有趣的是，倘若与非门输入端 A、B 只用一端，另一端不用，这个与 非门电路就可以作非门电路了。另外，在与非门电路后面再接一个非门 电路，就成为一个与门电路。第七章 高中物理实验教具制作本章按照高中新教材，并结合高中物理实验教学研究的课程开 设，选择了部分高中物理教学中的教具制作，分成力学、运动学、电学、 电磁感应现象、光学、振动与波六个部分。这里有一部分教具在制作中 看虽简单，但是往往有一定的难度。7.1 力学实验教具制作一、物体受力时产生微小形变
32、【实验原理】 物体的变形总是伴随着弹性力而产生。用手压弹簧，用手拉橡皮筋，物体受力而产生的变形显而易见，但是坚硬的物体受到力的作用呢？我 们可以通过如下小制作了解到：坚硬物体受力作用时，同样会产生变形。【制作方法】 方法一材料：一个椭圆截面的大墨瓶、一根内径很细的长玻璃管、一个橡皮塞、一块 515(cm2)的小三夹板、铁丝等。 这个实验成功和要点在于制作内径很细的长玻璃管。把一根普通玻璃管放在酒精喷灯上加工(详细制作技巧参看第五章 “材料加工技术 ”) 把它拉成所需要的玻璃管。在橡皮塞中央开一个小孔，孔的粗细视玻璃 管的粗细而定，三夹板上贴一张画有刻度的纸，并在三夹板下端开两个 小孔，用铁丝将
33、三夹板固定在墨水瓶的瓶颈上。把玻璃管插入橡皮塞，在墨水瓶中灌满深色的水后，将橡皮塞塞紧在墨水瓶上。【实验方法】如图 7-1 所示。 图 7-11.沿墨水瓶椭圆截面短轴方向向里挤压瓶子，细玻璃管内液柱将明显上升，如图 7-1(a)所示。这是因为玻璃瓶受力变形，使瓶内体积减小 的缘故。2.沿墨水瓶椭圆截面长轴方向向里挤压瓶子，细玻璃管内液柱将会明显下降，如图 7-1(b)所示。这是因为玻璃瓶受力变形，使瓶内体积增 大的缘故。方法二(金泽平提供)材料：一个圆锥形平底烧瓶、一根内径很细的长玻璃管、一个橡皮 塞。关于内径很细的长玻璃管的制作方法与前面相同。把玻璃管插入橡 皮中，在烧瓶中装满深色的水，并将
34、橡皮塞塞紧在烧瓶瓶口上。【实验方法】1.用手指向上压瓶底，细玻璃管内液柱上升，这说明玻璃瓶受力产 生形变，使瓶内体积减小。2.把瓶子平放在平面桌面上，我们同样也可以看到细玻璃管内液柱 上升，如图 7-2 所示。这说明玻璃瓶受到桌面的支持力同前面所受的压力一样使瓶子产生 了形变。注意：为了加强效果，可以在瓶内先放上许多钢球再装满水，由于 玻璃瓶的重量增加，平放在桌上时所受桌面支持力增大，玻璃瓶形变愈大，液柱上升愈明显。二、三角支架受力分解【实验原理】 在实际生活当中，常常需要求一个已知力的分力。但是怎样把一个已知力进行分解？在图 7-3 所示的三角支架受力情况分析中，我们可以根据力的作用效果分别
35、把已知力 F 分解成 F1 和 F2，那么力 F 的作用真的产生 F1 与 F2 那样的效果吗？我们可以用三角架来研究力 F 所产生的效果。如图 7-4 所示。OA 是直木杆， OB 是橡皮筋 BB 与细绳 OB 组成。直木杆 OA 的 A 端为 一小孔，木杆插在孔中，孔的另一边是一块橡皮条。通过实验我们会发 现两种情况下，直杆 OA 都会将橡皮条顶得凸起，这说明 F 在横杆 OA 上 产生的效果是对横杆的压力 F；两种情况下，橡皮筋 BB 都会被拉长，这 说明 F 在细绳(或木杆)OB 方向上产生的效果是对细绳的拉力 F。【制作方法】材料：底座木板一块、530(cm2)木板一块、长 20cm
36、 木棍一根、橡 皮筋、橡皮条、羊眼一个、细绳等。在 5cm30cm 木板中央开一个能穿过木棍的孔，一边开口端用刀削大一点，一边开口端用橡皮条封住口。在木板上端固定一个羊眼，按图7-4 所示支架钉好。 在羊眼上系一橡皮筋，橡皮筋另一端系一细绳。木棍一端开一小槽，将未开槽的一端插入槽中，然后在细绳上悬挂重物之后，把细绳放入槽中。实验前，先测量橡皮筋的长度，实验中把悬挂重物之后橡皮筋的长 度也进行测量，以便于确定橡皮筋是否被拉长(还可以研究在悬挂同一重 物的情况下橡皮筋被拉的长度) 。三、液体的表面张力【实验原理】 由于液体表面层里分子的分布比液体内部稀疏些，所以分子间的距离比液体内部分子间的距离要
37、大一些，分子间的相互作用主要表现为引力。正是这种引力的作用，使得液体表面有收缩到最小的趋势。液体表 面的这种力叫液体表面张力。可以用多种方法来证明这种液体表面的张力。【制作方法】 方法一找一块平整的木板，在四角上各钻一个小孔，用细线把木板悬挂起 来。先用弹簧秤出木板的重量，再把木板放在静止的水面上，还是用弹 簧秤慢慢上提称木板的重量，如图 7-5。当木板还未离开水面时，弹簧秤 的读数就会超过原来的读数，一旦木板脱离水面，弹簧秤的读数又会大 大减小，这多余的部分，主要是由于液体表面张力的缘故。注意：把木板从水面向上提时，一定要使整个木板平面与水平面平行。方法二 先把铁丝弯成弹弓状，再用漆包线一边
38、绕一个圆环套在平行的两根铁丝上，两环可以在铁丝上滑动。漆包线中央系一根细线，以备手拉时 用。再配肥皂液。用洗涤剂与水按 1：1 的比例配制好，然后装在一个大 浅盘内。把整个弹弓浸入肥皂液后拿起，柄在上，开口向下，用手拉线。 如图 7-6(a)所示，会在弹弓与漆包线之间拉出一张平面的肥皂膜。猛地 放开手，整个肥皂膜收缩，将拉着漆包线向上运动。这正是液体表面张 力在做功！另外，还可以用圆环甩出许多大大小小的肥皂泡，如图 7-6(b)所示。 方法三 材料：细铁丝一根，带有软木塞的小药瓶一个、大玻璃杯一个、砂子。用细铁丝焊一个圆环，环的直径比药瓶直径大(23)倍。在环上三 等分处各焊一根细铁丝做支架，
39、下端插入软木塞中，使环面与药瓶口平 行。将沙子装入药瓶内，塞紧木塞，再把整个装置放在水面上，看能否 漂浮。若装置不能漂浮时，必须减少砂子，直至如图 7-7 所示。实验时，先把装置放在水面上，说明物体是应该能浮在水面上的，再用手把整个圆环按入水中，放开手，整个装置上升至圆环表面刚好与 水面接触时，再也无法浮出水面。这说明正是液体表面张力阻碍着圆环 向上运动，使整个装置无法浮出水面。四、超重与失重现象【实验原理】 假设一个人站在升降机的磅秤上，升降机以匀加速竖直上升和匀加速竖直下降。如图 7-8 所示。为了讨论方便，设人重量是 mg，匀加速运动的加速度为 a，磅秤上 的读数是 N，且以上各字母均是
40、纯数量，用正、负号来表示它们的方向。设竖直向上为正方向。第一种情况下，升降机向上匀加速运动，磅秤上的读数为 N=mgmam(ga)mg我们把人在这种情况下所处的状态叫“超重” 现象。 第二种情况下，升降机向下匀加速运动，N=mg-ma=m(g-a)mg我们把人在这种情况下所处的状态叫“失重” 现象。 同样，当物体竖直向下匀减速与向上匀减速运动时，也会有超重与失重现象。分析的方法是一样的。 我们可以自制仪器，用几种方法来说明这个道理。【制作方法】 方法一材料：废牙膏皮 找来一支废牙膏皮，拧下盖，打开后面卷着部分，用圆木棍把它鼓起来，洗净里面的残存牙膏。 用针在牙膏皮靠近盖帽的圆筒两对边各钻一小孔
41、，盖好盖。小孔不要过大，把牙膏皮装满水后，水刚好能射出为宜。 实验时，用一个桶接大半桶水放在牙膏皮运动的正下方。 先将牙膏皮装满水，手持牙膏皮上端不动，可以看到水从小孔里射出，见图 7-9。 图 7-9迅速手持牙膏皮向上匀加速运动，可以看到小孔里喷出的水比刚才 喷得更急、更远。这是因为筒内的水处于超重状态，它对牙膏皮筒壁的 压力增大的结果。再将牙膏皮装满水，手持牙膏皮筒在高处不动，可以看到水从小孔 里射出。突然丢手，让牙膏皮做自由落体运动。大家可以看见原来向外 喷水的牙膏皮，在向下落时，一点水也不向外喷射！这是因为水处于失 重状态时，它对牙膏筒壁的压力几乎减小为零了。方法二(方进提供)材料：空
42、高橙饮料瓶一个、软弹簧一根、1 号电池两节、小电珠一颗、820cm2 三夹板一块、导线、铁皮、细线等。 用剪刀去掉饮料瓶底部与上部，留下中间透明塑料部分。 在三夹板下端固定一块铁皮作软弹簧的底座，由软弹簧引出一根导线接小电珠。剪一略大于 1 号电池直径的圆铜片，圆铜片中央开一直径3mm 的小孔，然后把这圆铜片套在一节电池上并焊牢。把没焊铜片的电池 放在软弹簧上，焊有铜片的电池放在这个电池上面并用透明塑料卷成筒 状套在电池外面，将透明塑料筒固定在三夹板上。用一块尖头金属片在酒精灯上加热后，在塑料圆筒上略高于电池铜片处烫两个小孔，用以插入金属片用，插入的金属片引一根导线接小电 珠。在略低于电池的铜
43、片处烫一孔，插一小块金属片，也将金属片引出 一根导线接小电珠。最后，在三夹板上端中央钻一小孔，穿入一根约 1.5m 长的细线作为吊线。如图 7-10。先做超重实验：抽出上面的金属片，手持三夹板上端，此时小电珠不发光。从下向上突然加速运动，处于超重状态的电池更加压缩弹簧， 使得铜片与下金属片接触，小电珠发光。再做失重实验：将上面的金属片插进塑料筒的孔中，手持三夹板上 端，手心里握有细线(可以把线头绕在手指上)此时小电珠不发光。突然 释放三夹板，三夹板向下做自由落体运动，失重的电池使得弹簧不再被 压缩，铜片与上端金属片接触，小电珠发光。(李永提供)7.2 运动学实验教具制作一、运动学计时器【实验原
44、理】 在“直线运动”这一章里，我们将研究匀加速直线运动、匀减速直线运动和自由落体运动。我们可以自制一套简易装置，利用秒表进行精 确地计时。如图 7-11 所示。图 7-11小球从斜面上向下做初速度为零的匀加速直线运动，经过 A 点开始 计时，在 B 点时停止计时，这样就测定了小球经过 AB 这一段距离所用过 的时间 t，测量出 AB 间的距离 S，则S ? 12at 2 ,? a ?2S 。t 2能够计算出小球在此运动中的加速度。 还可以求出小球在 AB 间的平均速度SV ?t如果将 A 点移到开始运动的起点，能够求出小球经过 B 点的即时速 度2SVB ? at ? t使小球沿斜面向上作匀减
45、速直线运动，同样可以用这套装置进行测 量。若把装置竖起来，还可以研究自由落体运动。【制作方法】材料：2.2V 聚光电珠两颗、光电二极管两只、3DG6 三极管两只、JRXB-1 型继电器一个、2CP 二极管一只、 300K，10K 电阻各一只、电键两个、电 源、导线、铁丝等。附加装置电路图如图 7-12 所示。图 7-12 继电器工作电路引出线直接接秒表的“启动/停止 ”。可以先把秒表后盖打开，从“启动/停止”键下先引出两条导线，使用时接在继电器工作电路引出线上。用铁丝弯成两个支架，在斜面的 A 点固定 L 与 D，B 点固定 L 与 D。二、研究运动相对性原理【实验原理】设计这样一辆小车，如图
46、 7-13 所示，小车上端挂一个电磁铁，电磁 铁上吸着一个小球。当小球作匀速直线运动时，车上的“人” 观察小球是相对静止的， 小车行驶途中电磁铁断电释放小球，小球正下方有一个铁盖正好接住小 球。车上观察者认为小球被释放后仅受重力作用应该做自由落体运动。 但车外的观察者认为小球做的是平抛物体的运动，因为小球在下落的同时，在水平方向还移动了一段距离。【制作方法】 材料：玩具小汽车一辆、电磁铁一个、小钢球一个、酒瓶盖一个、5号电池 4 节、2.0 铁丝两根、导线等。 将玩具小汽车底座螺丝下掉，打开外壳，把两根铁丝固定在汽车尾部上，铁丝上固定一个电磁铁，电磁铁的两根引出导线沿铁丝穿入小汽 车内。电磁铁
47、正下方，找一个比小钢球直径略大一点的饮料瓶盖开口向 上，用粘胶固定在小汽车顶部的外壳上。整个装置电路如图 7-14 所示开关 K 是引出车外的外开关，接通 K 则 电磁铁通电可以吸住小球(K 通常处于闭合状态)。K 是碰撞开关。设在小 汽车底部，能够在小汽车行驶途中经障碍物碰撞时使电磁铁断电，小球 被释放。电池组是由四节 1.5V 的 5 号电池串联起来，固定于小汽车内的 车底板上。电磁铁可以自行绕制，用 0.55mm 漆包线绕上(250400)匝， 穿上铁芯即可。自制中难度最大的是碰撞开关。碰撞开关在小车行驶时不能由于震 动而接触不好，也不能经轻微撞击后不能断开。我们这样设计：如图 7-15
48、 所示。铝片长 20mm，宽 5mm，中间钻有一个小孔，能绕作为轴的铁丝 转动。用一根橡皮筋把铝片拉紧，使其紧密接触定片，定片与电池相连。 车底板上开有小孔，使铝片的另一端伸出车底与障碍物碰撞。经障碍物 碰撞后，铝片绕轴转动，反方向拉紧橡皮筋，使铝片与定片脱离接触， 电磁铁断电，小球下落。碰撞后，在弹力作用下，铝片与定片恢复接触。【实验方法】1.在小汽车前端系一根细线。2.在小汽车行驶的路线上放一厚玻璃片(或金属块) 作障碍物。3.接通 K，将小球吸在电磁铁上。4.用细线拉着小汽车，使其做匀速直线运动。小汽车经过障碍物， 小钢球被释放，落入铁盖内。三、自制牛顿管【实验原理】 教材中演示自由落体
49、运动的抽成真空的玻璃筒，俗称“毛线管” ，又叫作牛顿管。牛顿管一端封闭，另一端带有气嘴的金属盖封固，气嘴 上装有活栓，管内装有金属片(可用硬币)和羽毛。当管内未抽成真空时，把管子突然颠倒，金属片会先落下来，羽毛 后落下来，这是因为空气阻力不同的缘故。如果用抽气机把管内气体抽 出，金属片和羽毛会同时下落。可以自己做一支牛顿管来做自由落体实验。【制作方法】材料：废旧“220V，40W”日光灯管一支，3mm 玻璃管一根(长约 8cm)、 橡胶管一段、直径 2.8cm 橡胶塞一个、封口夹一个、粘胶等。用钳子轻轻除去灯管一端的铝皮，钳破原抽气小管，放空气进入管 内。用硬物轻敲管端头内沿灯丝的底部，使内部灯丝座与管端脱裂。继续用硬物轻敲裂口，使裂口成为圆形(D=2.8cm)。倒出内部杂物，装进一 些细沙，加入少量水，左右摇荡，能除去内部荧光粉，使玻璃管透明。 然后将管洗净，倒立晾干，并用酒精灯向上螺旋状加热数次，使管壁足 够干燥，最后放入预先准备好的羽毛和硬币，在管口塞上插有玻璃管的 橡胶塞，用粘胶密封固定。为了与抽气机相接，用橡胶管套在玻璃管上，在管上加一封口夹。如图 7-16。制作中要注意，一定先把空气放入管内，再除掉灯丝座，否则会损 坏玻璃管。【实验方法】1.将管忽然颠倒竖起来，让硬币与羽毛下落，观察两者
