摘要：高中物理实验是提高对物理规律理解的重要手段，而利用常见的矿泉水瓶自制实验器材，可提高高中生对实验的兴趣、加深理解，并培养创新精神和动手实践能力。本文介绍用矿泉水瓶设计的物理小实验：完全失重、惯性、制作打点计时器和验电器。
关键词：高中物理；实验
DOI:10.16550/j.cnki.2095-9214.2016.05.222
对高中生而言物理似乎是高深莫测的，有些物理现象不好理解、不够直观，而物理小实验是帮助大家理解规律、提高学习兴趣的好方法。做物理实验离不开实验器材，同学们通常认为研究物理需要很复杂的仪器。其实中学物理实验并不神秘，用生活中常见的东西也可以设计物理小实验，帮助大家学好物理规律。本文介绍高中兴趣小组用常见的矿泉水瓶设计的几个物理小实验。
一、完全失重实验
物理课本中原有的完全失重实验，将弹簧秤和钩码一起做自由落体，观察弹簧秤的显示读数，如果为零则完全失重。但实验过程中难以看清弹簧秤读数，关键的实验现象不易观测，很难给大家留下深刻印象。为此我们重新设计了完全失重实验，采用易于取得的矿泉水瓶，使完全失重现象易于观察。实验步骤如下：
1.在空矿泉水瓶底部开几个小孔，装进红色墨水。红色墨水会从矿泉水瓶子底部流出来。同学们观察分析可以得知，这是由于墨水受重力作用而具有重量，而矿泉水瓶底部的小孔无法提供支撑墨水重量的支持力，因而会从小孔中喷出。
2.从高处释放装有红色墨水的矿泉水瓶，此时会很容易发现在下落过程中小孔不再流出红色墨水了。这是由于墨水与瓶子一起做自由落体运动，此时矿泉水瓶和墨水都处于完全失重状态，相互之间虽然接触但相互作用力为零，相对速度因此也为零，所以墨水与矿泉水瓶不会分离，也就不再从小孔喷出了。
3.将装着红墨水的矿泉水瓶从静止位置开始，开口向上竖直上抛，会发现除了上抛的一刹那墨水加速喷出外，水瓶离开手后水就不会从小孔中喷射出来了。这出乎大多数同学的意料，大家本以为矿泉水瓶向上运动时，墨水不仅会从小孔中喷出，而且喷出速度会比瓶子不动时更大：因为水要向下流，而瓶子要向上走，因此应该加速喷出。这样的预测与实验结果完全背道而驰，因为实验结果是在运动过程中，小孔仍然没有水流出来更别提以更高速度喷出了，而且无论瓶子抛出后是向哪个方向运动，矿泉水瓶底部小孔都不会喷水。仔细分析后同学们对失重更加理解了，物体加速度与重力加速度是否一致是失重状态的唯一判断标准。本实验中矿泉水瓶离开手后和墨水一样处于完全失重状态，因此无论它们运动方向朝向哪里，两者的相对速度都为零，也就无法分离因此墨水不会流出。
二、设计打点计时器
高中阶段力学实验中的一个重要器材就是打点计时器，其工作原理的关键就是在纸带上等时打点。改造矿泉水瓶替代打点计时器的做法，提高了大家的实验兴趣，也更便于直观理解。实验步骤如下：
1.在去掉瓶盖的矿泉水瓶底部穿一个小孔，将瓶内装上红色墨水。
2.手提矿泉水瓶平稳移动，代表打点计时器上纸带的走动，水滴以相等时间下落到地上，代替打点计时器在纸带上打点。地上水滴间距增大表明在做加速运动；而地上水滴间距不变表明是在做匀速运动；当地上水滴聚集在同一地点则表明瓶子处于静止状态。打点的时间间隔可以通过小孔的大小、水瓶高度和瓶内水深来控制。这样制作的矿泉水瓶把复杂的打点计时器的工作原理形象的演绎出来，既节省了经费还便于理解，可谓一举两得。
三、惯性小实验
用矿泉水瓶设计小实验，验证惯性与质量的关系：将塑料玩具小球固定在细绳一端放入装满水的瓶内，绳的另一端固定在瓶盖上，旋紧瓶盖倒立，小球自然漂起。手持倒立瓶子向某个方向做加速运动。出乎大家意料的现象发生了：瓶子里漂浮着的塑料小球不但不像想象的那样向后摆，反而向前摆动。这种现象原因是：矿泉水瓶向某个方向运动时，由于惯性的存在，瓶中的水要保持原有状态而向与瓶子移动的反方向运动，迫使球漂向与矿泉水瓶相同的移动方向。这充分说明水的惯性比塑料小球的惯性大很多，也证明了惯性大小由物体的质量决定而与其他无关，质量越大惯性越大，质量越小则惯性越小。这个实验直观的演示了惯性物理现象。
四、制作验电器
利用矿泉水瓶做静电实验，让大家体会到物理就在身边，消除对电现象的神秘感：将干净矿泉水瓶用吹风机吹干，并用软木塞塞住瓶口，木塞钻孔后插入铁丝，铁丝在瓶子里的一端弯成钩状，钩子上放上烟盒内锡箔纸剪成的细条。为了保持干燥、防止静电释放，瓶子里还需要放些干燥剂，这样利用密封干燥的矿泉水瓶就制成了简易的验电器。用泡沫塑料在头发上摩擦时会有静电聚集，然后将它接触验电器外露的铁丝一端，可以看见铁丝下端的两片锡箔张开，这说明制作的验电器可以检测到静电的存在。这样通过自制简单的器材做物理实验，很好地消除了大家对电的神秘感。通过高中生兴趣小组用矿泉水瓶做物理小实验，不仅丰富了实验器材、节省了经费，还提高了同学们对物理实验的兴趣，加深了对物理现象的理解，消除了对物理现象的神秘感，使物理规律生动的展现在眼前，同时培养了同学们的创新精神和动手实践能力，对设计制作和参与实验的所有人都很有帮助。
参考文献：
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[2]黄国雄.重新发现物理实验:中学物理实验资源开发利用的资源与案例[M].高等教育出版社.
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作者：原尚哲 单位：华中师范大学第一附属中学
