大氣壓強(qiáng)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析論文
摘要:
分析了大學(xué)生宿舍空間以及微收納家具的概念和發(fā)展現(xiàn)狀,探討了大學(xué)生宿舍和微收納家具之間的關(guān)系,研究了大學(xué)生宿舍微收納家具的設(shè)計(jì)功能要求、表現(xiàn)形式及理念。指出,微收納家具營(yíng)造宿舍空間帶來的空間的靈活性,解決了大學(xué)生宿舍中空間不足的問題,為大學(xué)生提供更大的生活空間。
關(guān)鍵詞:大學(xué)生宿舍;空間;微收納家具;設(shè)計(jì)研究驗(yàn)證
大氣壓的存在是“大氣的壓強(qiáng)”一節(jié)教學(xué)的重要內(nèi)容,這對(duì)幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)大氣壓的相關(guān)知識(shí)有不可缺或的作用.雖然大氣壓與我們的生活密切相關(guān),但由于空氣不像固體和液體那樣可以直接視覺或有直接的觸覺感受,大氣壓的存在又不為我們所覺察,這對(duì)于剛接觸物理的學(xué)生來說,認(rèn)識(shí)大氣壓有一定的難度或疑惑,必須有足夠?qū)嶒?yàn)和事例來演示說明.因此在“大氣的壓強(qiáng)”的教學(xué)中,通過演示實(shí)驗(yàn)和自主性學(xué)習(xí)體驗(yàn)到大氣壓強(qiáng)的存在是這節(jié)課的重點(diǎn),也是引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)到大氣壓強(qiáng)存在的關(guān)鍵.而教材中的演示實(shí)驗(yàn)是有限的,能夠演示大氣壓強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)也不少,但是有些演示實(shí)驗(yàn)不是實(shí)驗(yàn)過程復(fù)雜、效果差,就是成本高,或者費(fèi)時(shí)等等,如馬德堡半球模擬演示實(shí)驗(yàn),將兩個(gè)半球?qū)υ谝黄,然后用抽氣機(jī)將中間的空氣抽出,這就需要較長(zhǎng)的時(shí)間;由于儀器老化,半球的密封性變差,使得球內(nèi)的空氣也不易抽盡,導(dǎo)致學(xué)生在拉球時(shí)不用費(fèi)很大的力就把半球拉開,不能反映大氣壓有很大壓力的物理事實(shí).因此,需要物理教師挖掘?qū)嶒?yàn)資源,引導(dǎo)學(xué)生到生活中去找原型,用創(chuàng)新的教學(xué)手段,展示生動(dòng)、有趣、明了、簡(jiǎn)潔的氣壓應(yīng)用實(shí)例,以加強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力,培養(yǎng)他們的觀察能力、動(dòng)手能力及創(chuàng)新思維.下面介紹幾例大氣壓強(qiáng)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn).
1敞口氣球
你看到過氣球吹大后,敞著口不變小的情景嗎?許多學(xué)生不相信是真的,當(dāng)看到真實(shí)情景時(shí),又百思不得其解.實(shí)驗(yàn)器材大的飲料瓶(如5升雪碧瓶)、氣球等.首先對(duì)飲料瓶作一個(gè)簡(jiǎn)單的處理(其處理方法不說同行們一定能從下面的介紹中明白),然后在氣球未吹之前,把氣球的頂部向飲料瓶的瓶口灌進(jìn)去,使氣球的大部分進(jìn)入飲料瓶,再把氣球的口反套到飲料瓶的瓶口上.用手握住飲料瓶,現(xiàn)在用嘴對(duì)著飲料瓶的`瓶口吹氣,等氣球吹大后,停止吹氣.一個(gè)氣球敞著口不變小的氣球就出現(xiàn)在你的面前.學(xué)生看了非常好奇,氣球吹起來后,必須把氣球的口扎緊,氣球才能在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不明顯變。F(xiàn)在氣球敞著口為什么不變小呢?原來這里巧妙的借助飲料瓶和大氣壓共同發(fā)揮作用,才出現(xiàn)奇特的現(xiàn)象.而學(xué)生看到這個(gè)演示現(xiàn)象既疑惑又興奮,這是一個(gè)既有知識(shí)性,又有趣味性、娛樂性的演示實(shí)驗(yàn),容易形成學(xué)生的激情和師生互動(dòng),由此產(chǎn)生的課堂教學(xué)效果,不言而喻.更令學(xué)生疑惑的是,學(xué)生并沒有發(fā)現(xiàn)老師有其他的操作動(dòng)作,但是,當(dāng)老師說氣球變小,氣球真的逐漸變小;當(dāng)老師說氣球停止變小,氣球果然停止變小,敞著口保持一定形狀鼓著.氣球能夠膨脹,必須克服橡膠皮的束縛力.因此,吹氣就比較吃力.同樣,吹大的氣球,敞著口不變小,也必須克服橡膠皮的束縛力.靠什么來克服橡膠皮的束縛力,從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),只有靠負(fù)壓來實(shí)現(xiàn).怎樣產(chǎn)生這么大的負(fù)壓呢?你應(yīng)該發(fā)現(xiàn)其中的奧秘了吧.不要把這個(gè)實(shí)驗(yàn)的奧秘直接告訴學(xué)生,而是引導(dǎo)他們探究,這有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和創(chuàng)新思維.這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)對(duì)講授高一理想氣體變化規(guī)律知識(shí)點(diǎn)也有一定輔助說明作用.吹大的氣球敞著口不變小,其實(shí)質(zhì)是一個(gè)平衡問題.密閉在氣球與飲料瓶之間的氣體遵守玻意爾馬略特定律:在密閉容器中的定量氣體,在恒溫下,氣體的壓強(qiáng)和體積成反比關(guān)系.用玻意爾馬略特定律就能輕松的解釋,敞著口的氣球?yàn)楹尾蛔冃。驗(yàn)闅馇螂m然敞著口鼓著,但是氣球內(nèi)腔的氣體是恒定的一個(gè)大氣壓保持不變,假設(shè)氣球縮小,那么根據(jù)玻意爾馬略特定律,密閉在氣球與飲料瓶之間的氣體體積就要變大,而溫度幾乎是不變的,則氣球外圍的氣壓就會(huì)變小,因此氣球內(nèi)、外的氣壓差就會(huì)阻止氣球變小,所以在這種情形敞著口的氣球不會(huì)變小,除非使氣球與飲料瓶之間的氣體與外界連通.這樣把初中物理向高中物理適當(dāng)延伸,有利于滿足不同層次學(xué)生的發(fā)展需求.
2飛球吸壁
許多玩具是根據(jù)物理原理設(shè)計(jì)生產(chǎn)的,能呈現(xiàn)物理現(xiàn)象和顯現(xiàn)物理規(guī)律,其巧妙的設(shè)計(jì)使外觀很精美、色彩很鮮艷,呈現(xiàn)的現(xiàn)象非常神奇,對(duì)學(xué)生很有吸引力,把玩具功能擴(kuò)展為教學(xué)功能,使學(xué)生在好奇中學(xué)習(xí)物理知識(shí).例如,用吸壁球演示大氣壓的作用.實(shí)驗(yàn)器材吸壁球(玩具市場(chǎng)可以買到).吸壁球的彩色很有吸引力,因?yàn)檫@種球的表面非常特殊,由多種不同顏色的塑料小吸盤組成,塑料小吸盤的彈性非常好.實(shí)驗(yàn)方法在講授大氣壓強(qiáng)和摩擦力知識(shí)點(diǎn)時(shí),用吸壁球做演示實(shí)驗(yàn),對(duì)學(xué)生也很有吸引力.有些學(xué)生可能沒有看過這個(gè)玩具,先把它向?qū)W生展示一下它的外貌,學(xué)生對(duì)它比較陌生,更不知道是做什么用的.突然把它向黑板拋去,它穩(wěn)穩(wěn)地吸在黑板上(如圖1所示);再向窗戶的玻璃上拋去,它就穩(wěn)穩(wěn)地吸在玻璃上,向天花板拋去,它就吸在天花板上.只要是光滑的平面,可以用力直接推上去,也可以向平面拋去(稍有點(diǎn)撞擊速度即可),都能吸在豎直的平面上,吸在豎直平面上的時(shí)間跟撞擊速度和平面的光滑程度有關(guān).在其他條件相同的情況下,撞擊速度較大,吸在平面上的時(shí)間較長(zhǎng).這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)學(xué)生都能積極參與,便于探究、體驗(yàn).然后引導(dǎo)學(xué)生一起分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原理,學(xué)生對(duì)大氣壓強(qiáng)知識(shí)的消化也就不難了.讓學(xué)生在“玩”中學(xué),教師指導(dǎo)得輕松,學(xué)生學(xué)得也輕松.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象剖析:當(dāng)用力把吸壁球拋到豎直的平面上時(shí),由于撞擊力的作用,使其中的一個(gè)塑料小吸盤內(nèi)的空氣擠出了一部分,塑料小吸盤在恢復(fù)形變的彈力作用下,試圖恢復(fù)原狀而使空腔欲變大,這樣塑料小吸盤內(nèi)的氣壓就要減小為p1,而它的外部大氣壓p0不變(如圖2所示),內(nèi)外氣壓差使塑料小∥盤受到垂直于豎直平面的壓力F=(p0-p1)S.設(shè)吸壁球與豎直平面的靜摩擦因數(shù)為μ,那么吸壁球與豎直平面之間的最大靜摩擦力為FM=μF=μ(p0-p1)S.剛開始時(shí)FM=G(G為吸壁球所受的重力),由于吸壁球與豎直平面之間總是存在縫隙,外面的空氣會(huì)不斷地通過縫隙進(jìn)入到塑料小吸盤內(nèi),使小吸盤內(nèi)的氣壓p1不斷變大,隨著p1的增大,最大靜摩擦力FM逐漸減小,最終當(dāng)FM接近G時(shí),吸壁球掉落下來.
3一張報(bào)紙的力量
報(bào)紙是一種常見的學(xué)習(xí)資料,用報(bào)紙做實(shí)驗(yàn)器材,對(duì)學(xué)生來說有特別的新鮮感,筆者用報(bào)紙做實(shí)驗(yàn)的接近10個(gè),用報(bào)紙演示大氣壓強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)就是其中的一例.實(shí)驗(yàn)器材幾根約1m長(zhǎng)的同規(guī)格木板條、一張大報(bào)紙、小鐵錘先把一根長(zhǎng)約1m、厚度約5mm、寬約50mm的薄木板條放在平整的桌面上,將木板條的三分之一露在桌子邊緣的外邊,用小鐵錘猛力敲擊薄木板條,瞬間薄木板條迅猛向上跳起,薄木板條只是有點(diǎn)受損而并沒有敲斷.再取一根同樣規(guī)格的長(zhǎng)約1m、厚度約5mm、寬約50mm的薄木板條,放在平整的桌面上,木板條的三分之一露在桌子邊緣的外邊,再取一張完好無損的報(bào)紙,把這張報(bào)紙覆蓋鋪在平整的桌面及木板條上,用手把報(bào)紙抹平,使報(bào)紙盡可能貼近桌面.然后舉起你的右手對(duì)準(zhǔn)露出部分木板條的一端,用力快速劈下(也可以用小鐵錘敲擊,如圖3所示),只聽“啪”的一聲,木板條露出的部分在桌面邊緣處折斷了,而鋪在桌面上的報(bào)紙和木板條紋絲不動(dòng).精彩的實(shí)驗(yàn)效果、鮮明的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比,不僅給學(xué)生留下深刻的印象,而且激起學(xué)生強(qiáng)熱的探究欲望:為什么報(bào)紙會(huì)有這么大的壓力?原來是大氣壓在暗中幫了大忙.因?yàn)榇髿鈮簭?qiáng)是每平方厘米1千克(力),一張報(bào)紙上的大氣壓力非常之大.雖然報(bào)紙的上下表面都存在大氣壓力,但是在極短的時(shí)間內(nèi)要使報(bào)紙?zhí)鹕韥,上表面的大氣壓力就顯現(xiàn)出來了.就好比站在水里的人,他前后都有水的壓力,但是要他在水里快速奔跑能做到嗎?學(xué)生對(duì)水里有較大的壓力或阻力還是有一定的感性認(rèn)識(shí)的,但對(duì)大氣壓強(qiáng)的存在及其數(shù)值較大缺乏認(rèn)識(shí),這有幾方面的原因:一是空氣的密度相對(duì)于水的密度要小得多,因此人們對(duì)空氣缺乏視覺和觸覺的感受;二是人們一直生活在空氣之中,體內(nèi)、體外都存在氣壓,隨時(shí)隨地都存在氣壓平衡狀態(tài),所以對(duì)大氣壓的感受認(rèn)識(shí);三是我們看到的周圍物體運(yùn)動(dòng)速度都是比較小的,氣體的流動(dòng)又比較快,因而對(duì)因運(yùn)動(dòng)而表現(xiàn)大氣壓對(duì)物體的作用力就多見了.其實(shí),我們可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的方法就能做出類似“一張報(bào)紙的力量”的實(shí)驗(yàn).把一個(gè)較輕、較大又較硬的薄片沿著垂直于薄片平面的方向突然快速移動(dòng),你就能明顯感受到大氣壓力的作用了.我們?cè)诮o學(xué)生演示創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的目的,不是完全為了滿足學(xué)生的感受刺激,而是要用新奇的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象吸引學(xué)生的注意力,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,進(jìn)而使學(xué)生全神貫注地投入學(xué)習(xí)環(huán)境中.教師不僅要把演示實(shí)驗(yàn)做得精彩,而且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原理分析明了,使學(xué)生理解現(xiàn)象的本質(zhì),捷徑地掌握新知識(shí),并且在技能上、創(chuàng)新思維有所提高.
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