现场照片

光学·热学

光电效应探究仪

珠海市第二中学　王波　曹玉宝　唐丽君

实验目的

光电效应是光的粒子性的直接证据，学生通过实验认识光电效应现象是最为直接和有效的教学方式，但在目前的实验条件下，实验效果不佳，甚至很多学校没器材无法完成该实验。

人教版教材所给实验没有合适的配套实验器材，本校实验室购买了2517型光电效应演示器，但采用光电二极管不能提供反向电压，且电压表只能单向偏转，不能测遏止电压进而探究光电子的最大初动能（如图1）。粤教版教材所展示仪器虽然有很大改进（如图2），由于电压表、电流表读数的精确度不高，又由于每次只能测一个电压和对应电流然后手工输入才能描点，时间太长，不利于课堂教学，并且价格昂贵，也无法在市面上购买。

为了克服上述仪器在使用过程中的不足，我们设计制作了这款光电效应探究仪。

图1　2517型光电效应演示器

图2　粤教版教材所展示仪器

实验图片

利用数字传感器自制实验探究光电效应规律

图3

主要实验器材

1.实验箱：光电管、数据采集器、电压传感器、电流传感器、变阻器、电源、滤光片。

2.LED光源。

3.电脑、朗威软件（YDLW_DISLab8.0）。

图4　光电管

图5　电流传感器

图6　电压传感器

图7　数据采集器

图8　箱体内接线

实验原理

图9

实验步骤

1.将仪器的USB插头插入电脑中，打开软件YDLW_DISLab8.0，调整好桌面布局。

2.在窗口处安装不透光玻璃片，调整光亮度，由于没有光照在光电管上，即使加上正向电压也没有光电流产生。换上红色玻璃片，光照在光电管上，有光电流产生。换红外发光管（用红外遥控器）照射时，无论照射时间多么长，光照多么强，都没有光电流产生。说明金属存在极限频率。

3.用红光到紫光照射，均可产生光电流。开、关光源，光电流随之出现、消失，响应时间极短，即光电效应的瞬时性。

4.选择好光源，红色玻璃片，通过软件建立好I-U之间的坐标关系，点击软件开始采集，同时调节滑动变阻器改变正向电压得到饱和光电流，改变反向电压得到遏止电压，软件可以直接得出光电流和电压之间的关系，通过改变光源到光电管的距离来改变光强弱，再重复以上实验得到同种光在不同强度下的I-U图线。

图10　红光

图11　绿光

图12　紫光

5.在光源位置不变即光强不变的情况下，通过滤波片来得到不同颜色的光，通过软件建立好I-U之间的坐标关系，点击软件开始采集，同时调节滑动变阻器改变正向电压得到饱和光电流，改变反向电压得到遏止电压，软件可以直接得出光电流和电压之间的关系I-U图线。

6.将同种频率不同强度的两种光的图象放在同一个I-U图象中进行比较。

图13

分析上述图象可知：在保持光强度和频率不变时，光电流随电压的增大而增大，当电压增大到某一值时，光电流不再增大，此时的光电流即为饱和光电流。增加照射光的强度，光电流有所增加，说明饱和光电流与入射光强度有关。

当电压为零时，光电流不为零，继续增大反向电压使光电流为零，即光电管阴极上的电子都不能到达阳极，这时的电压即为遏止电压。说明光电子存在最大初动能。改变入射光的频率，遏止电压会变化。同种频率不同强度的光，遏止电压相同，频率越高，遏止电压越大。光电子的最大初动能与入射光的频率有关，频率越高，最大初动能越大。

注意事项

1.光强不要过强，以免光电流过大超过电流传感器的量程，可通过光源挡位和距离光电管的距离来实现。

2.所加正向、反向电压也不要过大，以免超过电压传感器量程，可通过看示数或电源最大不超传感器的量程。

3.在利用软件采集数据时，建立坐标要选好合适的0位置和标度，对采集点频率也要根据具体情况调整。

创新点和实效性分析

在教材实验的基础上，对实验器材进行改进、优化和创新，使之更方便光电效应规律的实验探究：

1.采用光电管，解决了不能提供遏止电压实验的问题，解决了正向、反向电压改变难的问题，方便实验。

2.采用电压传感器和电流传感器可以提高精度，并且可以快速绘制出光电流随电压变化关系的图象，不需要手工输入数据作图，所得图象更加精准，提高了实验效率，节约了演示时间。

3.通过该创新实验可以改变课堂枯讲概念而学生无法深入理解的困局，让学生真正做到理解电路图，I-U图线和光电效应的规律建立起统一的联系和深刻的认知，让物理观念、科学思维和科学探究真正落到实处。

4.解决了教材实验存在的问题，准确地得出了光电效应实验规律，而且操作简单、方便、直观、节时、可视性强。

利用传感器测量液体表面张力

珠海市第一中学平沙校区　李虎

实验目的

自制实验装置，观察液体表面张力现象并借助传感器测量液体表面张力。

主要实验器材

透明的塑料板1块（30 cm×20cm×6mm）、铁架台4个（带固定夹）、钢管2根（直径6 mm，长度60 cm）、短木板、滑轮2个、塑料浅盘1个（45 cm×30cm×4cm）、强力透明粘钩4个、细线若干、塑料桶1个（直径约10 cm）、水平仪、注射器（500 cc）、水桶（含水）、夹子2个等。

图1　实验器材

实验原理

1.塑料板的重力为G，塑料板漂浮在水中受到的最大浮力约为F浮，为了保证塑料板漂浮而不会浸没水中，初始状态塑料桶的重力应满足G-F浮＜G桶＜F浮。

2.塑料板部分浸没在水中，由于受到浮力的作用，实验开始时，细线的拉力小于塑料板的重量；在塑料桶中缓慢添加沙子，塑料板慢慢上浮，浮力变小，拉力慢慢变大。当拉力大小等于塑料板重力时，由于受到液体表面张力，塑料板即将离开水面但是并不会离开水面。继续添加沙子，塑料板仍然不会离开水面，当超过液体表面张力时，塑料板才会被拉力拉高水面，之后传感器示数迅速变小至一稳定值。

3.塑料板的重力为G，塑料板脱离水面时受到液体表面张力为T，为了保证塑料板能脱离水面，塑料桶（含沙子）的最大承重应满足Gm＞T+G。

实验步骤

1.实验前的估算

（1）利用传感器测量出塑料板的重力为G=4.16 N（如图2），规格为30 cm×20 cm×6 mm的塑料板漂浮在水中受到的最大浮力约为F浮=ρ水gV板=1×103×10×0.3×0.2×0.06 N=3.6 N。

（2）为了保证塑料板漂浮而不会浸没水中，初始状态塑料桶的重力应在0.56～4.16 N之间，本实验取3.39 N（如图3所示）。

图2　实验前塑料板称重

图3　实验前塑料桶称重

2.实验前的组装

（1）将铁架台放置在水平实验桌面上，用固定架固定住两根不锈钢管。

（2）将带滑轮的木板（滑轮相距40 cm）放置横杆上，并用固定夹固定。

（3）用水平仪检测木板是否水平。若不平，调节铁架台上固定夹的位置，直到水平仪检测水平位置（如图4）。

图4　调节木板水平

图5　塑料板调节水平

（4）将粘贴挂钩固定在亚克力塑料板四个角，使钩子沿着对角线，然后用两根等长的细线（约45 cm，大于对角线长度）将处于对角线的两个挂钩连接起来。在两条细线交叉处再连接一短绳套，悬吊起来，用水平仪检测塑料板是否水平。若不平，调节结点的位置，直到水平仪检测到塑料板水平（如图5）。

（5）取长约60 cm长带绳套的细棉线穿过两个滑轮，一端连接塑料板，另一端连接塑料桶，实验装置（如图6）。

（6）慢慢地将塑料板浸入水中（但不浸没，用吸水纸检测上表面无水），塑料桶悬挂在空中。

图6　实验装置图

3.实验中的操作

实验一：采用注水的方式，但是发现灌满水，也没有使塑料板脱离水面。

实验二：改为用手缓慢用力往下拉塑料桶直至塑料板脱离水面，观察传感器的示数最大值为6.67 N（如图7）；但是塑料桶装满水的总重量为4.69 N（如图8），所以无法使板脱离水面。

图7　试测传感器最大示数

图8　塑料桶装满水的总重量

实验三：改为向塑料桶中添加沙子的方式改变拉力。

（1）用手抖动塑料瓶，缓慢向塑料桶倒入沙子，观察传感器示数的变化（如图9）。

（2）当观察到塑料板脱离水面上时，停止倒入沙子。

图9　传感器示数变化（部分）

数据处理

实验表明，传感器示数最大值为6.34 N（与实验二试测的结果6.67 N有差异，误差原因可能是由于环境的温度不同引起的）。测得塑料板受到最大液体表面张力Tm=Fm-G=6.34 N-4.20 N=2.14 N。该实验中，塑料板的表面积为S=0.2 m×0.3 m=0.06 m2，则单位面积的最大液体表面张力p===36N/m2。

实验结论

实验表面，塑料板脱离水面的过程受到液体表面张力；该实验中，传感器示数达到4.16 N时，受到液体表面张力并随外力的增大而增大，存在一最大值叫最大液体表面张力，实际受到的液体表面张力在零和最大液体表面张力之间。实验测得，亚克力塑料板与受到的液体表面张力在0～2.18 N范围内，单位面积的最大液体表面张力约为36 N。

注意事项

1.实验前塑料桶的重量控制在0.56～4.16 N之间，本实验设置为3.39 N。

2.试验中一定要用水平仪检测塑料板是否水平，若不平，调节到水平为止。

3.添加水或沙子时，一定要缓慢，尽量控制匀速。

4.浅盘中添加四分之三水为好，不可添加太满。

5.塑料板的位置尽量在浅盘中央，不要与浅盘边缘接触。

6.因为传感器较灵敏度高，多次重复测量，读数不尽相同，属于正常现象。

创新点和实效性分析

1.实效性：实验所需要的材料简单易得，都可以在生活中找到或在网上以便宜的价格购买到，符合生活实验、低成本实验的理念；实验仪器组装方便快捷，不具有危险性；操作简单，只要反复练习几次，就能达到良好的效果；试验中，传感器示数变化缓慢、连续、明显，非常准确地记录了最大值，非常容易观察到此时是塑料板即将脱离水面的瞬间，此时受到液体的表面张力即为传感器示数减去塑料板的重量。

2.创新点：（1）采用支架结构撑起悬停塑料板，便于操作和观察；（2）实验装置够大，演示实验可视性强；（3）可重复性强，可大大提高装置的利用率；（4）缓慢注水或添加沙子，传感器示数变化缓慢但明显，非常适合观察和记录数据；（5）使用了力传感器系统，数据采集及时有效；（6）传统实验和数字传感器实验有机结合，即丰富了实验原理教学，又具有操作性强，丰富了实验情境教学，可插入富有启发性的问题，符合新课程倡导的情境化教学；（7）物理现象明显，数据记录准确，基于真实的物理情境开展教学，培养了学生学习的积极性；（8）实验具有开放性，可以引导学生思考液体表面张力是怎样产生的，还可以引导同学探究影响液体表面张力的因素，例如物体表面形状、水的温度、水中掺入杂质、不同种类的固体与液体等等。

探究气体的两个规律方程

珠海市第二中学　许瑞

实验目的

1.利用温度传感器、位移传感器和计算机自制实验装置完成实验生成图象，探究等压变化过程中体积与温度的定量关系。

2.利用温度传感器、压强传感器和计算机自制实验装置，探究等容变化过程中，压强与温度的定量关系。

3.学生通过实验现象，总结归纳出盖—吕萨克定律的内容（包括文字叙述、公式和图象），培养学生探究实验的能力和运用图象方法解决物理问题的能力。

实验图片

图1　等容变化

图2　等压变化

主要实验器材

1.等容变化：温度传感器、压强传感器、密封的广口瓶、Logger Pro软件。

2.等压变化：温度传感器、位移传感器、涂了润滑剂的玻璃针筒、铁架台、酒精灯、Logger Pro软件。

实验构思

本实验利用水槽加热密闭气体的玻璃瓶，利用温度传感器测温度、位移传感器测体积，定量分析一定质量气体的等容变化规律和等压变化规律，让学生更直观地了解气体参量间的关系，有助于对气体方程的理解和应用。

实验原理

查理定律：一定质量的某气体，在体积不变的情况下，其压强与热力学温度成正比，即=。

盖—吕萨克定律：一定质量的某气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比，即=。

实验步骤

一、等容变化

1.把温度、压强传感器放入广口瓶中并密封好，再把广口瓶放入热水中进行水浴加热。

2.点击采集数据，记录下温度T和压强P的变化，并做出P-T的图象。待采集了足够的数据后按下停止键，并对P-T图象进行线性拟合。

3.观察图象，定量分析出一定质量气体的等容变化规律。

图3

二、等压变化

1.把温度传感器放入玻璃针筒中并密封好，用铁架台把玻璃针筒水平放置，并使其和位移传感器处在同一水平面上。这样，气体体积的变化就能通过位移传感器间接地计算出来（注意要设置一开始的体积大小）。

2.用酒精灯对针筒加热，并点击采集数据，记录下温度T和体积V的变化，做出V-T的图象。当温度达到60℃左后就要停止加热，按下停止键，对所作的V-T图象进行线性拟合。

图4

3.观察图象，定量分析出一定质量气体的等压变化规律。

创新点和实效性分析

实效性：本节课采用同课同构的教学模式，由两位老师一起完成，这种教学模式可以激发教师之间的创作热情，且对于学生来说一个新的课堂模式无疑更能吸引他们的兴趣。在实验的时候可以一位教师负责实验操作一位教师负责电脑的数据分析，这样可以更高效完成课堂教学。

创新点：利用传感器对传统实验进行改进，能更直观、更高效地反映出气体方程中物理量之间的定量关系。且实验数据便于保存，在教学中便于重复使用。

探究气体对外做功创新实验——《雾里看花》

珠海市广东实验中学金湾学校　钟赣萍　谢佳洵　指导教师：杨海燕

实验目的

通过有趣的演示实验实现内能与温度的变化可视化，将抽象的“气体对外做功”理论转化为明显现象。

实验图片

图1

图2

图3

图4气体做功前

图5气体做功后（有雾）

主要实验器材

食用油空桶、轮胎气门芯、橡皮塞、强磁铁、打气筒、塑料花。

实验构思

关于内能，初中就学过关于改变内能的两种方式：做功与热传递。外界对气体做功，气体内能增加，温度升高；气体对外界做功，气体内能减少，温度降低。在《人教版物理选修3-3》第十章第1节“功和内能”中，再次提出：系统的内能是由系统（气体）的状态决定的。但是内能的变化是抽象的，温度的变化也是抽象的。本次实验就是要通过演示让内能的变化-温度的变化转化为明显现象。实验中利用了酒精，使瓶内气体更容易液化，便于观察。在桶内外分别用强磁铁吸引塑料花，加强液化前后的对比度。向桶内充气后开盖拔塞，即可观察到桶内气体液化形成“雾”。

实验原理

往空油桶里倒入医用酒精，用木塞把油桶塞住并用盖子盖住，用打气筒或充气机给桶内充气。充气过程中，桶内体积几乎不变，气体压强增大，内能增大，温度升高。注意充气时间不宜太长，以免油桶炸裂。随后可以静置一段时间，再拧开瓶盖，随后可以看到小液滴产生，悬浮在油桶中，从而达到“雾里看花”的实验效果。此过程中，气体对外做功，桶内气体内能减小，温度降低，从而使空气中的水蒸气液化。

实验步骤

1.住桶里倒入适量医用酒精，使桶内气体更容易液化。

2.用塞子塞住瓶口并用盖子盖住。

3.用打气筒或充气泵往桶里充气。

4.打开盖子，拔出塞子即可观察到桶内气体液化形成“雾”。

注意事项

此实验既可以把盖子拧起来，也可以不拧起来。若不拧起来时可以直接往桶里充气，直至使塞子自动“跳出”；也可以用盖子盖住，然后手动拔出盖子，同样可以观察到实验现象。打开盖子时注意避免被盖子击伤。

创新点和实效性分析

1.此实验中利用了酒精，使气体更容易液化，有利于观察。

2.在桶内外分别用强磁铁吸引塑料花，以加强液化前后的对比度，实验效果明显。

3.此实验装置可以先在办公室充好气，再直接带入教室，不用携带充气机，避免在教室充气以节约时间。

4.盖子用一根绳子绑住，避免对周边观察者造成伤害。

5.实验效果明显，将抽象规律转化为明显现象，有利于学生对抽象物理概念和物理过程的理解。

利用“黄豆模型”来演示《用油膜法估测分子的直径大》的实验

珠海市实验中学　吕磊

实验目的

1.利用“黄豆模型”来演示《用油膜法估测分子的直径大小》的实验。

2.学习间接测量微观量的原理和方法。

3.培养学生热爱生活、实事求是的科学态度，激发学生探索与创新的意识。

实验图片

图1

图2

主要实验器材

黄豆、烧杯、螺旋测微器、毫米刻度尺、透明塑料板材、玻璃胶等。

实验原理

将每一个黄豆理解成“分子模型”利用等体积的原理，可以测量计算出单层黄豆的厚度，从而得到黄豆的直径。再用螺旋测微器测量出黄豆的直径，两个数值进行对比，在误差允许范围内如果相等，也就是说可以从侧面证明了单分子油膜法估测分子直径实验。

实验步骤

1.实验仪器提篮的制作

（1）如图1所示，将塑料板材裁分割成长约为30 cm，宽约为15 cm。

（2）用玻璃胶将分割好的板材粘成长约为30 cm，宽约为15 cm的上方开口盒子。

2.使用方法

（1）首先用毫米刻度尺测量实验仪器提篮的长度L和宽度d。

（2）再将黄豆整齐平铺在实验仪器提篮里，如图2所示。

（3）用烧杯量取黄豆的体积V。

（4）求出单层黄豆的厚度h=。

（5）用螺旋测微器多测几次求出黄豆的平均直径D。

（6）最后对h与D两个数值进行对比。

注意事项

1.考虑到平铺在实验仪器提篮里面的黄豆可能存在重叠以及每个黄豆之间的缝隙，在误差允许范围内两个数值相等，很好地从侧面证明了单分子油膜法估测分子直径实验。

2.保证整齐平铺在实验仪器提篮里面的黄豆尽量紧凑和不要重叠。

3.尽量保证烧杯中黄豆体积的读数准确。

创新点和实效性分析

1.本实验利用“黄豆模型”来演示《用油膜法估测分子的大小》实验，便于教师在课堂上演示，同时学生也方便观察和操作。

2.将抽象的、微观的测量实验转化为具体的、宏观的实验。

3.实验器材成本低，取材方便，实验现象明显。

4.本实验既可用于课堂教学，又可用于学生课后自主研究。

5.本实验都来源于日常生活中常见的器材，能很好地激发学生学习物理和探索科学奥秘的激情。

观察海波熔化过程的温度变化

珠海市实验中学　林东星

实验目的

在物理实验中，温度的测量是很常见的，例如物态变化、焦耳热定律等内容，都涉及温度的测量。本实验从物态变化时的温度入手，观察海波熔化过程的温度变化曲线。利用该演示仪可以生动、形象、直观地给学生演示海波晶体熔化的过程，加深学生对晶体熔点的理解和认识，激发学习兴趣。

实验图片

图1　实验现场

主要实验器材

计算机（安装LabVIEW软件）、STM单片机、酒精灯、支架、石棉网、烧杯、海波晶体、DS18B20数字温度传感器、摄像头。

实验原理

原理图显示的是主要的实验装置。通过单片机读取温度传感器的数据，然后通过串口传送到LabVIEW程序上，进行可视化显示。在LabVIEW程序上，本实验需要使用数值显示控件、波形图表显示控件，来显示温度值，达到可视化显示效果。使用计算机将海波熔化过程中的温度值实时显示在图表中，即可观察海波晶体熔化过程中的温度变化曲线。还可以创建表格，将温度数值经过转换后，保存在表格“Table”中，以方便查看和使用。

图2　原理图

实验步骤

1.安装实验装置和运行LabVIEW程序：使用酒精灯或者其他加热源，给海波加热。确保传感器、单片机和LabVIEW程序正常运行。

图3　安装仪器

2.加热海波晶体，其温度逐渐升高，海波开始熔化。海波的温度保持在46.5℃左右，没有继续升高，可见熔化过程中出现熔点。

图4　晶体熔化时出现熔点

3.继续加热，直到海波晶体完全熔化后，液态的海波温度继续升高。

图5　晶体完全熔化后温度继续升高

注意事项

1.实验之前调试好计算机与单片机的串口通信功能。

2.温度传感器应放在海波样品中，不要直接与烧杯底部或侧壁接触。

创新点和实效性分析

通过本套实验装置，我们可以简洁明了地观察到：海波在加热的过程中，温度逐渐上升到熔点。在熔化的过程中，温度基本保持不变。直到海波完全熔化后，温度又开始逐渐上升。可以明了直观地观察晶体熔化时出现熔点的温度变化规律。有如下创新性：实验过程可视、现象明显、实验结果实时可见。

通过查看实验数据可知，该海波样品（Na2S2O3·5H2O含量不少于99.0%，质量为75 g，室温20℃）的熔点在46.5℃左右，本次实验结果与物理规律相符合（初中教材中纯海波晶体熔点为48℃）。

用“运动的杯子”体验等容变化

珠海市实验中学　陈艳荣

实验目的

1.利用生活中的器材，探究等容变化。

2.体会最大静摩擦力与压力的关系。

3.通过此实验将物理理论形象化，具体化和趣味化，从而增强学生的物理学习兴趣。

实验图片

图1

图2

主要实验器材

长玻璃板、平口玻璃杯、电烤灯、木块。

实验原理

当用电烤灯加热杯底时，杯内的空气逐渐受热膨胀，要往外挤。但是，杯口是倒扣着的，又有一层水将杯口封闭，热空气跑不出来。杯内的空气受热膨胀对杯子有向上的作用力，根据力学知识可知杯子对玻璃板的压力变小，进而减小了杯子与玻璃板的最大静摩擦力。当玻璃杯重力的分力大于最大静摩擦力时，就开始下滑了。

实验步骤

1.将玻璃板一端放在桌面上，另一端用木块稍微垫高（倾角约20°）。

2.将玻璃板的表面用水浸湿，拿一支玻璃杯，杯口沾些水，将玻璃杯倒扣在玻璃板上，杯子在玻璃板上静止不动。

3.给电烤灯通电，然后加热玻璃杯的底部。

4.等待20～30s，观察玻璃杯的运动情况。

注意事项

1.玻璃板斜面的倾角大小要适度。倾角过大，玻璃杯一开始无法保持静止状态；倾角过小，最大静摩擦力太大，加热后，玻璃杯也很难滑动。

2.玻璃板表面上浸的水要适量，既不能太多，也不能太少。太多摩擦阻力太大，不易于杯子运动，太少无法起到密封杯口的作用。

创新点和实效性分析

1.高中物理的热学部分一直都是高考考查的重点内容，尤其是等容变化模型，考查最为频繁。然而教材却没有提供相配套的实验设计以帮助学生深度理解等容变化的物理内涵，此创新实验取材方便，刚好弥补了这一教学空缺。

2.本实验操作简便，现象直观，用于课堂演示，效果很好，给学生留下了深刻的印象。既让学生亲身体验等容变化，习得了科学知识，又有利于学生将力学和热学知识应用于实际，解释生活现象。

利用自制教具验证气体实验定律

珠海市实验中学　张太锐

实验目的

验证气体实验三大定律。

主要实验器材

自制教具，所用材料：容积为2.15 L的可口可乐瓶、细玻璃管、30 cm长标有刻度的纸、输液管、注射器、红墨水、探针式电子温度计。

实验图片

图1

图2

实验原理

1.利用玻璃管中液柱高度差来求瓶中气体的压强。

2.利用可口可乐瓶的总容积减去瓶中红墨水的体积就是瓶中气体的体积。

3.利用探针式电子温度计较准确测量瓶中气体的温度。

实验步骤

一、准备过程：

（1）将带有刻度的30 cm长的纸条黏贴在玻璃外表面。

（2）在瓶盖上钻上大小合适的三个孔，分别把玻璃管、输液管、温度计插入，并用玻璃胶将其接口封好，拧上瓶盖之后瓶中就是一个密闭的空间。

二、实验过程：

1.验证玻意耳定律

（1）将150 mL红墨水加入自制实验器具内，拧紧瓶盖，打开输液管阀门，使玻璃管中的液注和液面几乎相平。记下这个时候气体的体积为2 L。

图3

（2）将10 mL的红墨水用注射器通过输液管注入瓶中，并关闭阀门。记下这个时候的气体的体积和玻璃管内的液柱的液面差。

（3）重复以上步骤5次，将记录的数据填入电脑的数据表中，就会自动绘制出-图象。图象是线性的。可以直观看出在温度一定的情况下，p和V成反比。

图4

图5

2.验证查理定律

（1）在验证玻意耳定律实验的基础上进行该实验，这时气体的体积为1.95 L。拧紧瓶盖，关闭好阀门，保证整个实验过程中气体体积不变。

（2）在容器中放上适当温度的水，将自制器具放入容器中，观察玻璃管中红色液柱的高度，温度计示数，当两者相对稳定时，记下这个时候的温度和玻璃管内的液柱的液面差。

（3）在容器中加入适当热水，改变水的温度，重复以上步骤5次，将记录的数据填入电脑的数据表中，就会自动绘制出p-T图象。图象是线性的。可以直观看出在体积一定的情况下，p和T成正比。

图6

3.验证盖—吕萨克定律

（1）在前两个实验的基础上进行该实验，这时气体的体积为1.95 L，作为原体积。拧紧瓶盖，关闭好阀门。

（2）在容器中放上适当温度的水，将自制器具放入容器中，观察玻璃管中红色液柱的高度，温度计示数，当两者相对稳定时，记下这个时候的温度。用注射器和输液管连接好，打开阀门，从瓶内抽气，当玻璃管中液柱液面差为0时，即瓶中气体压强又回到初始状态，停止抽气，记下这个时候注射器中气体的体积，作为增加的体积。

（3）在容器中加入适当热水，改变水的温度，重复以上步骤5次，将记录的数据填入电脑的数据表中，就会自动绘制出V-T图象。在误差允许的范围内图象是线性的。可以直观看出在压强一定的情况下，V和T成正比。

图7

注意事项

1.在制作教具过程中，将生活中废弃的容易得到的物品回收利用，让学生深刻体会到知识与创新可以变废为宝。

2.整个实验过程中操作一定要规范，细心，才能得到比较准确的数据，才能绘制出现象图象，直观地看出各物理量间的关系。所以在整个实验过程中同学们之间一定要相互协作完成。

3.本实验培养了学生创新意识、问题探究能力，这也激发了学生学习物理的兴趣。

4.该自制教具也可以通过实验得到准确的数据，研究气体的变质量问题。

5.本实验中也有一个小问题，就是在后两个实验中温度变化到稳定需要1～2分钟，所以实验需要的总时间略长了一点。

创新点和实效性分析

1.本实验操作方便、读数精准，避免了课本中所用压力表和测量空气柱长不够精细，测量误差较大的缺点。

2.本实验可以和学生一起参与，利用随手可得的塑料桶制作出不同规格的容器，同学间的协作，共同完成这个实验，从中真正体会到创新带来的快乐，同时将探究过程的学科素养落到实处。

图8

“硬币重现”实验

北京师范大学（珠海）附属高级中学　邓碧

实验目的

利用简单的实验器材，制作有趣的光学实验，帮助学生进一步理解光的折射和全反射现象，提高学生利用生活中常见物品进行实验操作的意识，增强学生对科学实验的兴趣。

主要实验器材

硬币、透明杯子、大烧杯、水。

实验构思

利用生活中简单的材料进行有趣的光学实验。

实验原理

对于空杯的情况，当杯子没有装水时，光透过玻璃杯照到硬币上，经硬币反射的光，又经过玻璃杯折射，进入人的眼睛，这时人可以看见硬币，只是观察到的硬币位置与实际位置有些偏差。

向玻璃杯中倒入一定量的水后，光不仅在玻璃中传播，同时要在水中经过较长的路径，为简化问题，此处不考虑玻璃对光的折射作用，只从水对光的作用分析。当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射，如果入射角逐渐增大，折射光离法线越来越远，反射光越来越强，当入射角增大到某一角度时，折射角达到90°折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫全反射，这时的入射角叫做临界角。发生全反射临界角C与介质的折射率n的关系是sinC=。由于水对光的折射率约为，所以当光从水射向空气时发生全反射的临界角约为∠1=48.5°，由图1所示的几何关系中，∠2=41.5°，根据光的折射定律可计算出此时对应光从杯侧壁入射角∠3=61.8°。即从杯侧壁射入水中的光，只要其入射角小于61.8°，照射到杯底时会发生全反射，即从侧壁入射水中的光，将有超过60%的光发生全反射。如此多的光在杯底发生全反射，对于我们通过杯子的另一壁观察下面的硬币将带来两个不利影响：一是从杯子侧壁入射的光将有超过60%不能照射到硬币上，使得硬币处于相对黑暗的环境下；二是如此多的光发生全反射，导致人通过侧壁观察杯底时进入眼中的光变强，因此人需要缩小瞳孔观察杯底。而这两个影响都致使我们不易通过杯子侧壁看清（看到）杯下面的硬币。

图1

如果我们将硬币沾水，使其与杯底之间没有空气而充满水，此时照射到杯底硬币上方的光将不能再发生全反射，这将带来两个重要的影响，一是照射到硬币上的光增多，二是发生全反射的光减小，即硬币被照得更明亮，且观察时背景光减弱，所以此时就又可以通过杯子侧壁看到底下的硬币。

因此，硬币消失的主要原因是硬币反射出来的光与杯底全反射出来的光相比，光强太多，如此很难引起人们的视觉反应。这就像我们白天在室外通过玻璃窗观看室内的情景一样，通常由于室内比室外暗得多，人眼的瞳孔适应了室外光照的情况下，很难看清室内的情景。相反，在晚间人们在照明正常的室内通过玻璃窗也很难看清室外黑夜的情景。

实验步骤

1.先将一枚干燥的硬币放在干净的烧杯中，然后把玻璃杯子放在硬币上（硬币放在杯底中心区域），刚开始还没倒水时，从烧杯侧面可清晰看到硬币，如图2所示。

图2

图3

图4

2.往小杯里慢慢倒水，当水面到达一定高度，硬币凭空消失，从杯子的侧面看不到硬币，如图3所示。

3.往大烧杯中倒水，这时在杯子的侧面重新观察到硬币，如图4所示。

创新点和实效性分析

利用简单日常的器材进行实验，在“消失的硬币”基础上使硬币“重现”，“消失”是因为当光从光密介质（水）入射至空气（光疏介质）时，射角超过临界角的光发生全反射。“重现”是由于往烧杯加水时将空气挤掉，此时光不再是从光密介质入射至光疏介质，全反射现象消失。如此一来，使整个实验更加完整严谨，也令对光全反射现象原理的解释更加有说服力，帮助学生更透彻地理解全反射的条件和原理。

探究大气压强

珠海市实验中学　吕磊

实验目的

1.通过观察、实验，检验大气压的存在。

2.探究生活中无处不在的大气压强。

3.加深对生活中大气压强的理解和应用。

实验图片

图1

主要实验器材

2个烧杯、3个试管、2个镶嵌有导气管的杯子、红色颜料、玻璃胶。

实验原理

将镶嵌有导气管的杯子装上水，且刚好漫过导气管的上端，再将试管倒扣在导气管上端，由于试管内部的气体压强小于外界大气压，所以试管内的水在外界大气压的作用下，水就自动流出。

实验步骤

1.如图1所示，找一个透明的饮料瓶，在底部中心处打一个小洞，大小刚好穿过导气管为宜。

2.用玻璃胶将导气管固定在底部中心处，同时多打一些玻璃胶起到固定和密封的作用效果。

图2

3.如图2所示，首先向烧杯里注入500 mL水，并放入少许的红色颜料（便于实验现象的观察）。

4.再将水注入镶嵌有导气管的杯子里，并保证刚好漫过导气管的上端。

5.最后将试管倒扣在导气管上端，便可以观察到杯子里面的水从导气管下端流出，直至基本上流完。

注意事项

1.保证试管中的水要刚好漫过上端的导气管。

2.尽量保证容器接口处的密封尽可能严密。

创新点和实效性分析

1.本实验利用导气管和试管来形象演示大气压强实验，便于教师在课堂上演示，同时学生也方便观察和操作。

2.实验器材成本低，取材方便，实验现象明显。

3.本实验操作简单，但是现象很明显，可以用于学习《气体》导入新课前的小实验，很吸引学生注意力，激发学生对新课学习的兴趣和探索积极性。

探究温度对液体扩散的影响

北京师范大学（珠海）附属高级中学　陈俊

实验目的

探究影响液体扩散快慢程度的主要因素。

实验图片

图1

图2

图3

图4

图5

图6

主要实验器材

大玻璃缸1个、冷水开水若干、红墨水少量、小玻璃瓶1个。

实验构思

扩散是分子永不停息做无规则热运动的一种体现。扩散在生活中无处不在，并且扩散可以发生在各种物态中，我们所了解的最常见的扩散现象就是红墨水在清水中逐渐晕开，最后经过足够长的时间，和水分子均匀的混合到一起。我们知道，扩散速度的快慢和温度有关，在做这个实验的时候，我们往往是将红墨水滴到热水或冷水里面进行观察。由“模拟海底火山爆发”这个小实验可以更形象地反映温度对扩散影响的实验吗？我们将装满红色开水的小玻璃瓶放入装满冷水的大玻璃缸中，红色热水急剧地冲向冷水的顶部，形成极具美感的“小火山”，然后慢慢地从上层向下层进行扩散，体现了温度越高，扩散越快的热学特点。

实验原理

液体分子的热运动快慢程度和温度有关。

实验步骤

1.玻璃缸中倒入足够的冷水，冷水深度要超过小玻璃瓶的最大高度5cm左右。

2.将小玻璃瓶装满足够的开水，加入几滴红墨水，拧紧瓶盖，并摇晃均匀。

3.把红开水小玻璃瓶快速放在缸底并轻轻取走盖子。

4.观察红墨水的运动状态：在冷水的上面形成了一层热的红染色水，并且有明确的分界线。

5.冷却后观察：经过足够长的时间，颜色界线逐步消失，缸里的水颜色均匀分布。

注意事项

1.用开水现象更明显，使用开水时要注意别烫伤。

2.把小玻璃瓶放入大玻璃缸的时候要小心，取走瓶盖要迅速。

创新点和实效性分析

我们知道，温度越高，水分子运动越剧烈。本实验显示，在很短的时间内，小玻璃瓶里面的红染色水就扩散到了外面冷水中，更直观地证明了扩散与温度有关。本实验虽然简单，但是效果明显，简单明了，用作课堂演示实验，简单高效，不仅能给学生展示影响扩散的主要原因，还可以说明冷热水密度的不同，一举两得。

现场照片

图7