物理实验教学与教具制作
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/ 物理实验教学与教具制作　
三、观察三相交流电波形用一台 J2420 型手摇三相交流发电机，从“A”、“B”、“C”三根相线中的任意两条引出导线接于电子开关的“A 输入”和“B 输入”，再 从它的“O”线上引出导线，接在电子开关的“地”。示波器的“Y 输入” 和“地”分别与电子开关的“输出”、“地”接线柱连接起来。如图 4-50 所示。　　演示时，把电子开关的“频率范围”置于“5K～50K”Hz 档，示波器 的“Y 轴衰减”、“扫描范围”分别置于“10”和“10～100”Hz 档，“扫 描微调”旋钮逆时针方向转到底，使屏上呈现清晰而缓慢移动的扫描迹 线。这时把手摇三相交流发电机的大皮带轮迅速转动起来，使其发电。 适当调节电子开关中的“A 增幅”、“B”、“相对位移”以及示波器里 的“Y 增幅”等旋钮，在显示屏上就显出三相交流电在任意两项的波形。 可以看出两相线间的相位差是 120 度。交换任意一相，重新观察，都可以得出同样的结果。四、用示波器观察阻尼振荡如图 4-51 所示电路，C 为电容(0.1μF、0.2μF，6.3V 各一个；10μF、10V 一个)，L 为电感量足够大带有铁芯的线圈。 演示时，先把示波器的“Y 轴衰减”分别置于“10”和“10～100”Hz 档。再把图 4-51 中的开关 K 扳至“1”，用低压电源直流 6V 给电容(0.1μF、6.3V)充电。然后将 K 扳至“2”，接通振电路 LC，同时适当调节“扫 描微调”、“Y 增益”、“X 增益”等有关旋钮，在荧光屏上就显示出一 个清晰的幅度随时间逐渐减小的正弦波形，即阻尼振荡的波形。每扳动 K 至“1”充电，又扳至“2”放电，都可以看到阻尼振荡的波形。如图 4-52(甲)所示。
把 C 换成“0.2μF、6.3V”的电容，再重复上述过程，可以看到阻 尼振荡的周期随之变大。这样就能定性地说明阻尼电磁振荡以及振荡周 期：　　的关系。T = 2π
LC　　若将 C 换成“10μF、10V”的电解电容器，则屏上会出现图 4-52(乙) 所示的波形。这是一非周期性地振荡，不再是周期性的阻尼振荡了。从而说明，产生振荡必须满足电路中损耗电阻R＜2
L / C 的条件。也说明要增大振荡电路的周期，必须增大电感 L 而不能无限制地加大电容 C。【思考题】　　1.如果示波器是很好的，但由于各个旋钮位置并未调好，荧光屏上 看不到亮点。问哪几个旋钮位置不合适就可能造成这种情况？　　2.还是使用这个练习的实验仪器，你能演示电感、电容对交流电相 位的影响吗？画出实验电路图。　　§4.6 训练六 光的本性演示实验研究【训练目的】1.练习使用 J2508 型光的干涉、衍射、偏振演示器。2.探讨自制教具来演示光的本性实验。【实验仪器】J2508 型“光的干涉、衍射、偏振演示器”一套、学生电源、“12V、50W”卤钨灯泡专用变压器电源、铜网、锌片各一张、指针验电器两个、 石蜡块、紫外线光源等。【仪器简介】1.光的干涉、衍射、偏振演示器(J2508 型)　　这套演示器的外形见图 4－53。它由光具座、光源、观察筒及光学元 件四大部分组成。光具座——由底座、支杆、导轨组成。导轨的一侧有 厘米刻度的标尺。导轨上有四个滑块：短滑块二个、中滑块一个、长滑 块一个。中滑块上可以固定梯形具座，长滑块的一端可以拉出来以增加 导轨长度。导轨可以任意转动，也可固定在某一方向上。　　光源——光源灯泡是一只“12V，50W”的卤钨灯，经短焦距聚光透 镜成平行光射出。如要用线光源，可在光射出射口的透镜筒上套一只单 狭缝。光源插杆与单缝在同一直线上，左右转动光源时，单缝在导轨上 的位置不变。观察筒——由三节胶木管组成。靠光源一端有一方孔光■，用来挡住杂散光。中间一节胶木管里有一块毛玻璃屏，用来接收干涉、衍射图 样。后面一节胶木管里有一块放大镜，可以把光屏上的图样放大 1.5 倍 左右。光学元件——光源单缝二个、衍射单缝、双缝、多缝、双面镜、光栅、牛顿环、玻片起偏器、透镜、白屏、毛玻璃屏各一件、人造偏振片 二片、光具架二个。1.底座 2.支杆 3.导轨 4.短滑块 5.中滑块及梯形具座6.长滑块 7.光源 8.光具架 9.观察筒 10.透镜 11.光源单缝12.衍射单缝 13.双缝 14.多缝 15.光栅 16.牛顿环17.牛顿环环支架 18.偏振片 19.波片起偏器 20.双面镜 21.毛玻璃 图 4-53实验用的光源由低压电源(或学生电源)供电。单狭缝的缝宽是0.11mm，使用时套在光源的聚光透镜镜筒上。双缝、偏振片等均可装在 光具架上并在导轨上滑动。2.简易干涉、衍射仪器的制作 (1)单缝的制作方法一　　把曝过光的 135 底片放在玻璃板上，用锋利的刀片沿直尺在胶片上 划一条细缝，然后用硬纸板或胶木板制两个有方孔的框，把胶片夹起来 粘牢。方法二　　1.取一块边长约 6cm 的正方形不透光的塑料板或三合板，中央挖一 个长 25mm、宽 10mm 的长方形孔。将两个保险刀片平放在塑料板上，使两　　刀刃平行且相距 0.4mm 左右。刀片的其余三边用松香和蜡的混合物(或快 干胶粘封在板上)如图 4－54(甲)。使用时，将它放在支架上。方法三　　在一大张白纸上画一条整齐的宽为 10mm 的黑墨直线，在自然光下用 照像的办法制成缩小 25 倍的黑白底片，黑线反映在底边上成为透明的单 缝，缝宽约 0.4mm。只要透明度好，反差大即可，将制成的底片粘固在双 层厚纸框内。如图 4－54(乙)。(2)双缝的制作 方法一按前面单缝制作的第二种方法，然后在两刀刃的单缝中央拉 一条?=0.08mm 的漆包线，将单缝分割成双缝。方法二按前面介绍单缝制作方法三，在白纸上画两条约 5mm 宽，相隔 2mm的黑线，照像制成的底片上缝宽约为 0.2mm，缝距约为 0.08mm。 (3)光栅的制作在一张 60×85(cm2)的白纸上用墨笔画(150～160)条平行线，黑线宽3mm，间距 2mm。可用绘图鸭嘴笔画出黑线的两边，再用笔将两边之间的 区域涂黑。然后把图样挂在室外，让阳光均匀地照亮全图，再用 135 照 相机从正面取景拍照，在光线较强时，可取光圈为 f=11 或 f=16，曝光时间1100S。最好将照相机固定在三角架上，用自拍摄影。照相机到物的距离可取(4～14)m，摄成的底片可获得每厘米(100～400)条左右。 摄后的底片宜用微粒显影粉显影。经显影、冲洗、定影、冲洗晾干后， 制好边框，光栅就完成了。对这种自制光栅，可根据图在底边上的宽度 a来计算它的光栅常数。d = a / 150 ，如a = 1cm，则光栅常数d就是cm。【实验内容】一、单缝衍射1150当一束平行光垂直入射到很狭的单狭缝上时，可以把单缝面的每一个点作为一个新光源。这些新光源发出的光波在空间互相叠加，使得有 些地方互相加强，形成亮点；有的地方互相减弱，形成暗点。　　若在单缝后面置一块屏幕，如图 4-55 所示，屏幕上会显现出明暗相 间的衍射条纹。中央是一条较亮、较宽的明条纹，称为中央明条纹或零 级明条纹。它的两侧对称地排列着一级暗条纹、一级明条纹、二级暗条 纹??当屏幕与单缝的垂直平分线 OP 垂直，并相交于 P 点时，单缝上的 各点发出的光波在点 P 处互相加强，形成亮点。若从单缝边缘 A、B 两点 发出的光波到达屏幕上 P 或 P 点为暗点。同理，从狭缝 A、B 两点发出的 光波到达屏上某点 M 的光程差为 3/2λ时，M 点为亮点。　　由 4-55 可以看出，当单缝的宽度 a 小于 OP 时，A、B 两点发出的光 波到达屏上各点的光程差δ=asinθ，θ为屏上各点与 OP 之间的夹角， 称为衍射角。当　　时为暗条纹。当?asinθ = 2k2，k = ±1，±2 ，??asinθ = (2k + 1)2，k = ±1，±2 ，?时为明条纹。k 称为衍射条纹的级，屏幕上明暗相间条纹的位置是以 P 为中心左右对称的。图 4-55 若用白光作光源，中央明条纹的中心是白色的，其它各级条纹均为彩色的。　　必须强调指出，对于任意衍射角θ来说，AB 一般不能恰巧分成整数 个波带。此时，衍射光束在屏幕上照度介于最明与最暗的中间区域。在 单缝衍射条纹中，光强分布并不是均匀的，如图 4-56，中央明条纹(零级 明条纹)最亮，同时也最宽(约为其他明条纹宽度的二倍)。中央条纹的两 侧，光强迅速减小，直至第一级暗条纹；其后，光强又迅速增大为第一 级明条纹，依此类推。图 4-56实验装置如图 4-57 所示。 (1)将光源插在第一个短滑块上。毛玻璃屏插在长滑块上，屏面与导轨垂直。点亮灯泡，转动光源，当出射光的光斑落在屏中央时，将光源固定好。1.光具座 2.光源 3.光源单缝 4.光具架 5.单缝 6.观察筒图 4-57 (2)将缝宽为 0.11mm 的光源单缝套在聚光透镜的镜筒上。 (3)光具架插在光具座第二个短滑块上，并固定在距第一个短滑块(5～10)cm 的地方。光具架刻度面垂直光具座导轨。将衍射单缝装在光具架内，缝座上的指示刻线对齐光具架的零度刻线。 (4)演示时，将毛玻璃屏移近衍射单缝。转动光源单缝，使之平行于衍射单缝。当光源单缝与衍射单缝平行时，在毛玻璃屏上即可见到白光的单缝衍射图样。 (5)拿掉毛玻璃屏，换上观察筒，转动光具座让学生进行观察。或者，利用线光源，让学生手持自制的狭缝，并隔着狭缝看线光源(缝与光源平行)，如图 4-58 所示，可看到一排由衍射而生成的彩色条纹。 这里的单缝衍射，实质上就是夫琅和费(Fraunhofer)衍射。二、杨氏双缝干涉　　英国物理学家杨氏(T.Young)在 1801 年首先用实验方法研究了光的 干涉现象。最初他做这个实验时是用两个小针孔实现了两束光的迭加干 涉，后来重复实验才把孔变成了两狭缝。如图 4-59 所示，在单色平行光前放一狭缝 S，S 前又放有与 S 平行而且等距离的两条平行狭缝 S1 和 S2。两缝之间的距离很小，例如 0.1mm，这时 S1 和 S2 构成一对相干光源。从 S 和 S 散出的光将在空间迭加，产生干涉现象。如果在 S1 和 S2 放置一屏幕 EE(屏幕与两缝之间的距离约在0.4m 左右)，屏幕将出现一系列稳定的明暗相间的条纹，称为干涉条纹。这些条纹都与狭缝平行，条纹间的距离彼此相等。实验结果是：干涉条 纹以 P0 点为对称点等距离分布而明暗相间，P0 处的中央条纹是明条纹。 如用白光做实验，在屏幕上只有中央条纹是白色的，在中央白色条纹的 两侧，由于各单色光的明暗条纹的位置不同，形成由紫而红的彩色条纹。　　用 J2508 型“光的干涉、衍射、偏振演示器”做双缝干涉实验装置 如图 4-60，注意此时光路如图所示。仪器调节的具体步骤是：l.调节光源位置 架好光具座，将光源插入第一只短滑块的插孔中，并固定在光具座刻度尺 5cm 处。把长滑块一端拉出导轨，在端点插入方毛玻璃屏，屏面 与导轨垂直。用 6V(或 8V)电压点亮灯泡，转动光源，使出射光束的光斑 落在屏中央，此时光源位于光轴上。若光斑上下偏离中心，可松开固定 灯座的螺钉(在罩壳底部)，上下调节灯泡的位置。2.安装单缝把宽度为 0.11mm 的光源单缝套在聚光透镜的镜筒上。3.安装双缝 把光具架插在第二只短滑块上，光具架刻度面垂直导轨，将双缝插入光具架内，缝座上的指示刻线对齐光具架的零度刻线。第二只短滑块固定在光具座(10～15)cm 的刻度处。当仪器各元件的中心共轴得很好 时，双缝离单缝还可以近些，以增加干涉明条纹的光强度。4.调节单、双缝平行　　把方毛玻璃屏移插到中滑块上，离双缝 40cm 左右。光源灯泡的供电 电压升高至 12V(注意不超过 12V！)。慢慢地转动单缝座，调节单、双缝 平行，当单、双缝平行时，可在毛玻璃上见到清晰地干涉条纹。5.观察双缝干涉图样　　拿掉毛玻璃，在长滑块端点插上观察筒。学生即可看到白光所看到 白光所产生的双缝干涉图样，也可以先把观察筒上放大镜取下来，让学 生看一下在毛玻璃屏上的干涉条纹，然后再加上放大透镜。前后移动长 滑块，改变双缝至屏幕之间的距离 L，可以看到相邻两条明条纹(或暗条 纹)之间的距离Δx 是不同的，L 变大，Δx 也变大，整个图样的画面变宽。注意：①应慢慢转动光具座，让学生在座位上进行观察。　　②光源用“12V，50W”卤钨灯泡，功率较大，切不可用 J1202 型或 J1201-1 型学生电源来供电，应使用专用的变压器电源供电。三、用验电器演示光电效应　　一九零五年，爱因斯坦在普朗克能量子假说的基础上，提出了光的 本性的光子假说。爱因斯坦认为：光在发射、吸收以及在空间传播时， 并不是连续不断的波，而是一个一个的物质微粒。一束光是一束以光速 C 运动的粒子流，这些粒子流称为光量子或光子。当光子照射到金属上时， 它的能量被金属中的某个电子全部吸收。电子吸收了光子的能量后，增 加了自己的动能。如果电子的动能大到足以金属原子对它的吸引力，就 可以离开金属表面逃逸出来成为光电子，这就是光电效应。如果用另一 个金属作阳极，并在光阴极与阳极之间加上一个正向电场，则就有光电　　流通过。 根据能量守恒定律，从金属表面逃逸出去的光电子，最大的初动能为1mv2= hν - W。2 m　　这个方程叫爱因斯坦光电效应方程。式中 m 为一个电子的质量，V 为电子离开金属表面时的速度，hν为一个光子的能量，h=6.63×10 焦 耳·秒，称普朗克常数，ν为入射光的频率，W 为电子的逸出功(对于某 种金属材料，逸出功 W 是一个定值)。　　从上式可知，要使光阴极发射光电子，入射光的频率ν必须满足 h ν＞W。这就存在着一个产生光电效应的最低入射频率。这个最低的频率称为极限频率或红限频率ν0。不同金属材料有不同的逸出功，红限频率ν0 也不相同。逸出功小的碱金属红限频率在可见光范围内，而大多数金属的红限频率在紫外区域。用小于红限频率的光照射，不管光的强度如 何，光阴极不会发射光电子。大于红限频率的光照射时，即使光很弱， 但每个光子具有的能量 hν总是大于逸出功 W，光阴上金属电子吸收了光 子的能量后就能从金属表面逃逸出来成为光电子。而且金属电子把光子 的能量一次全部吸收，瞬时动能就增加了，无须累积能量的时间，所以 光电子也在瞬时发射出来。用大于红限频率的光照射光阴极，增加光强就是增加光子的数目，单位时间里就更多的金属电子捕获到光子，发射光电子的数目也就增 多，光电流就增大。这个实验在教室里实际演示时，成功率不高。这里原因比较多，主要是：①光源问题；②光电子不易逸出金属板(金属板的电场对光电子束缚作用较大)；③验电器的灵敏度问题。 对于光源，一般选紫外光源比较好，电离作用较强的伦琴射线管，不宜使用。这里介绍安忠、刘炳■教师在《中学物理实验教学研究》一书中所介绍的几种方法。1.用附加电场的方法 为了减弱锌板电场对光电子的束缚作用，在锌板附近设置一带正电的物体。这样，当紫外光照射锌板时，逸出的光电子就可以在附加电场的作用下挣脱束缚，如图 4-61 所示。 与此同时，由紫外线对空气电离产生的负离子也可以被清扫，锌板的电势就能够上升到使验电器指针张开的程度。　　整个实验装置如图 4-62 所示，由电源、验电器、带绝缘座的锌板、 带绝缘座的金属网(或有机玻璃棒)、起电盘等组成。图 4-62　　光源应包括紫外光和白炽光源两种。用 (15～20)W 的紫外杀菌灯，安 日光灯的线路安装在固定的架子上，同时装一只白炽灯泡。如图 4-63 所 示。　　如果有现成的弧光灯可以把聚光罩前的玻璃透镜拿去(不要把金属 罩下掉)作为紫外光源使用。　　演示时，按如下步骤进行： (1)使金属网先带正电荷。　　(2)把与验电器相连的锌板放在金属网后面的适当距离处，使验电器 的指针刚好要偏转而又未偏转。　　(3)打开紫外光灯开关，用紫外光照射锌板，可以看到验电器指针很 快就偏转张开。　　(4)用白炽灯光照射锌板，尽管灯光的照度增大，照射时间增长，却 不能使验电器指针偏转。这正验证了光量子理论。　　为了简便起见，实验中还可以不用金属网，把锌板放在紫外灯前， 再把带正电的有机玻璃棒放在验电器旁的适当距离处，由它来建立附加 电场。点亮紫光灯后，验电器的指针同样能够偏转。　　用两只验电器演示效果也很好。一只验电上插锌板，一只验电器上 加上铜网，如图 4-64 所示，首先给加铜网的验电器带正电，然后再用紫 外光照射锌板，可以看到，带正电的验电器指针张角减小，而带锌板的 验电器指针张角变大。由此可以说明锌板中有电子逸出，并移向带正电 的验电器铜网，使部分正电荷得到中和。2.用锌板接地的方法 如果用一张锌板和铜丝网组成电容器，把锌板接地，铜网接在验电器的导杆上，并使铜网带上正电荷，这样，当紫外线照射在锌板上时，电路中就会有瞬时电流产生。等效电路如图 4-65 所示，验电器的指针张 角就会变化，因此，同样可以说明光电效应。演示时，按如下步骤进行：(1)把铜丝网板插在验电器导杆上，并用起电盘给它带上正电荷。 (2)用紫外光照射铜网，可以看到验电器指针张角没有变化，然后手持锌板，移至铜网后方，使紫外线照射在锌板上。此时可以看到，验电器的指针逐渐闭合，如图 4-66 所示。说明锌板中有电子飞出，正与铜网 上的正电荷中和。3.打开白炽灯照射，没有发生上述现象。为了确保实验成功，要注意如下几点： (1)验电器与所有仪器绝缘支座部分都应保持良好的绝缘性能。 (2)锌板使用前应用砂纸将表面打磨光洁，如果没有锌板，也可以用铝板代替，但也同样应打磨光洁。　　(3)紫外光源应加防护罩，或让学生透过讲台上的平板玻璃观察现 象，以防止紫外光伤害学生的眼睛。【思考题】　　1.怎样利用前面介绍的自制教具来进行演示实验教学？请自行拟定 实验方案。2.利用 J2508 型“光的干涉、衍射、偏振演示器”做光的衍射与干涉实 验，如果想拍一张衍射和干涉照片(直接用相纸感光)，应该怎样做？第五章 教具制作的意义及基本加工技术　　本章先探讨教具制作的重要意义、教具制作常关心的几个基本问 题。然后从教具制作的实际出发，主要介绍教具制作中常用的基本加工 技术：小金属加工技术；玻璃加工技术；有机玻璃板的加工技术；粘接 技术。　　§5.1 制作教具的意义　　《中学物理教学大纲》明确指出：“要发动学生和教师一起自制教 具”。　　我们认为，提倡自制教具，不仅仅是教学条件困难才自制教具，即 使办学条件好的重点中学也该重视自制教具。　　自制教具仪器是古往今来历代科学家的优良传统。任何一个科学预 言必须用实践来检验。物理学许多重大成就在许多情况下就是伴随着仪 器的成功设计而诞生的。物理学家正是用一些简单明了的演示实验来说 明自己的深刻思想。例如 17 世纪末，英国物理学家雷恩(Christopher Wren )就曾用两个小玻璃球在英国皇家学会表演过碰撞实 验，探索动量守恒的奥秘。最先证明电是一种电现象的富兰克林 (Benjamin Franklin )，他曾收到过他的一位朋友科林逊 (Nicholson
植物学家、英国皇家学会会员)寄来的一个新奇 的瓶子。这个瓶子用玻璃制成、内壁与外壳上都粘有金属箔片。经过十 年研究，他阐明了这个后来被命名为莱顿瓶的作用，发明了电容器。这 以后，又由英国物理学家威廉·汤姆生(William Thomson
电信工程师领导铺设了世界上第一条大西洋海底电缆)发现了莱顿瓶的 振荡放电理论，推算出了振荡频率，成为电磁振荡理论的开端。在中学物理教学课堂上，国外很重视学生自己动手自制仪器。例如英国 Tom Decan 著的中学物理教材中，他在讲述胡克(Hooke Robert)定律时，就要求学生用新的裸铜线自制弹簧秤。他要求每个 学生用 1m 左右铜丝，在圆铅笔上绕(25～30)圈然后每次用 10 克砝码将 弹簧拉长，做出记录。由此总结出胡克定律的基本思想。教师用自己制作的教具与使用厂家生产的教具来讲课，教学效果是不一样的。使用厂家制造的仪器，固然比较规范、比较精致美观，但是， 使用自制的教具，却可以更能让学生看到仪器的内部构造，了解仪器的 工作原理。另外更重要的是：当学生看到那些用生活物品与身边的常见 材料来做实验，会使学生觉得物理离自己更近，容易激发学生热爱物理、 热爱科学的情感。鉴于我国目前中学物理实验教学现状，自制教具既可以培养学生的创造能力和开阔学生思维，也是解决当前仪器不足的有效途径。所以在 任何条件下物理教师应该亲自动手自制一些教具，不断改进实验条件。 即使将来教学条件有所改善，这一传统也绝不能丢掉。重视自制教具的 作用也是物理教学中一条重要指导思想。§5.2 制作教具的几个基本问题一、教具制作的基本要求　　教具制作不仅仅是一种模仿性的工作，相反教具制作中含有较多的 创造性。教具制作过程中有那些具体要求呢？1.启发性 制作的教具应该有丰富的物理学思想，有启迪学生的思维。有利于培养学生的创造能力。我们反对把重要的物理原理无法展现(或不重视展 现)在学生面前，学生看了实验却一无所知，一无所获。我们提倡让学生 能看懂它所需要演示的物理道理。2.经济性 我们要求自制的教具少花钱或不花钱，这样教具成本低，只要能达到演示效果就行。所以，我们提倡“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”。3.可靠性 我们要求自制的教具能坚固耐用、不易损坏；安全可靠、工作稳定。我们做的教具并不是只做一次实验就不要了，也不是只求偶尔成功一次。教具应该重复性能好。4.可观性 教具是演示物理现象给全班同学观察的，不是一个人拿在手里的袖珍玩具。所以自制教具尺寸应该尽可能大一点。用八个字可以概括“尺寸够大，简单明了”。二、怎样设计自制教具　　说起来容易做起来难，真要动手时，又不知从何处着手(不少教师为 此而产生畏难情绪)。自制教具之前首先要设计一下。设计时应注意：　　(1)不要脱离中学物理教材。脱离了中学物理教材，任何具有深奥物 理原理的仪器，都会在中学课堂上失去光辉、失去意义。(2)不要放弃一点一滴的改进。前人已经有了许多这方面的研究，各种资料都有许多介绍，但是只要我们抓住某一点或某一个方面进行改 进，也可以得到收获。例如：在趣味性方面着手，可以增加学生学习兴 趣，刺激学生的兴奋神经，产生深刻印象，提高学生学习物理科学的积 极性。又例如：在制作材料上下功夫，如果能使学生唾手可得，显然具 有推广意义。再例如：在启发性方面着手，可以展示物理过程，让学生 揭示物理现象发生的步骤。　　(3)不要超出自己制作能力的范围。一切从实际出发，量力而行。否 则一旦动手之后，难以为继。三、教具制作材料来源自制教具需要材料，怎样解决这个问题呢？我们提倡：制作教具的材料应该是日常生活常见物品或废弃物品。除非不容易得到的材料和重 要部件，才可以购买或用实验室其它仪器充当。归纳起来，有四个字：找、拣、要、买。 找——生活中时时留神，处处寻找。例如：找来旧火柴盒做物体稳度实验；找来废牙刷柄做电荷间相互作用实验；找来玻璃球做碰撞实 验??　　拣——在垃圾堆拣破烂，在工地拣废料。从垃圾箱里拣来旧罐头盒， 麦乳精盒做滴水发电实验；拣来塑料瓶做液体压强演示实验；拣来钢筋， 铁丝等也有用处。　　要——向有关单位和个人要一些少量报废的东西。向水电工要废旧 日光灯管；向医务室要废针头，废药瓶；向办公室工作人员要废椭圆形 墨水瓶，腊纸筒??　　买——能不买的尽量不买，有些找不到又不宜制作的物品才花少量 钱去买。例如：磁铁、电阻、电容等。　　§5.3 小金属加工技术　　在实验制作中，通常要跟铁皮、铝片等金属打交道，这里简单介绍 一下加工的基本技术。一、剪切　　用手工剪切的金属板材，通常为厚度在 0.7mm 以下钢板、1mm 以下的 铜板或铝板。　　剪切时，右手持剪，左手持料，眼睛要能看见板材上画的剪切线， 参看图 5-1(a)、(b)。剪切时要尽量使用剪刀的靠近支点的剪腰，减少使 用剪头，这样既省力，又可以不使剪料变形。二、整形整形是将已经形变的板、轴、杆条用手工方法恢复原状。1.变形金属板的整形 变形金属板是指由于各种原因造成的金属板凸凹不平，整形的目的就是使其平展。中部凸起，四周平整的金属板，可用锤由中间向四周逐渐加力锤击。锤击时，金属板下面应垫有平板。对于中部平展，四周变 形的金属板应先将周围变形部分敲击平展，再使整块板平展。对金属板整形，要注意把金属板翻来倒去的观察，不然这边刚整形，另一边却又变形了。2.变形条材、轴的整形 对于变形的金属条材、轴进行整形，可将待整形物置于平板上，用手锤或木锤直接击打，击打时要注意变换击打方向，边击打边观察，如图 5-2 所示。三、弯曲将板材弯曲成直角，可将板材置于直角规铁上，使板材折线与图 5-2 规铁棱角基本对齐，用木锤击打板材外露部分的根部。还可以将板材夹 持老虎钳上，用木锤或手锤击打板材外露部分的根部。四、锉　　锉刀一般按形状可分为平锉、圆锉、三角锉、半圆锉等，这些锉刀 用于加工不同外形的工件。平锉适于锉平面、外圆面、凸弧面。圆锉适 于锉圆孔、凹弧面、椭圆面。三角锉适于锉内三角形、内直角等。　　加工时，应根据材料硬度，加工精度来选用锉刀。如锉铜、铝、塑 料件，可选用粗锉而不宜用细锉；对金属表面氧化层或带砂粒的铸造件 只能选用粗锉。　　为了防止工件在加工时变形，应将工件夹在老虎钳上，可在老虎钳 上衬垫木片，纸板，防止工件受损伤。　　五、锯　　在金属加工中，锯的主要工具是钢锯，也叫做手据。手锯上做锯条 长为 300cm，分粗、中、细三种齿别。安装锯条应使锯齿向前，保证锯工 件时用推力工作。锯条安装不宜过紧或过松，否则容易断齿或断锯条。 加工时，一般应先将工件夹持在老虎钳上，用右手握住锯的手柄， 再将左手置于锯条加工线条位置，待锯出(2～3)mm 的锯沟后，再将左手握住锯身，平直地推拉手锯，直至锯开为止。 使用手锯时，推锯应用左手对锯身施加压力。回锯时不得施力，应稍微提起锯身，减少锯齿磨损。六、钻孔　　钻孔是指在材料上打眼，这里材料既可以是金属材料，也可以是非 金属材料。　　小型钻孔加工一般使用的是手电钻。钻孔前要了解你的手电钻安装 钻头大小的范围。其次，根据所要钻孔的直径来选用钻头，如果所要钻 孔的直径界于两种直径钻头之间，应选用较小的钻头钻孔，再用锉刀扩 孔。所钻工件一定要夹紧，不宜用手夹持。为了保护钻头，钻件下方垫一块废木板，以防钻穿时钻头不碰硬物而损坏。待工件快钻穿时，进钻 要轻、要缓。在塑料或有机玻璃上钻孔，宜选用手摇钻。钻速不得过快，否则摩擦生热使钻屑溶化而阻碍进钻。 在金属板上钻孔，往往不容易进钻，钻头在金属表面上滑来滑去。为了便于进钻，可在钻孔的中心位置冲孔。用錾、钢钉等在孔中心敲一个凹坑，这佯，钻头上去就不会打滑了。§5.4 焊接技术这里焊接是指用加热的方法使熔化的焊锡将金属部件连接起来。一、常用焊接工具及焊料1.电烙铁 电烙铁靠电致热，按其致热方式分为内热式与外热式。内热式电烙铁一般功率较小，有 20W、25W、30W 等。外热式电烙铁则功率较大，有75W、100W 等。此外还有一种吸锡电烙铁，它能吸去焊点上的锡，以便于 取下无线电元件。　　电烙铁的烙铁头按形状可分为直头和弯头。通常功率较小的电烙铁 均为直头，功率较大的电烙铁为弯头。图 5-3 就是直头内热式电烙铁的 示意图。　　电烙铁的握持方法与手拿钢笔一样。注意暂时不用的电铬铁要放在 烙铁架上，以免随处乱放会烫坏桌子或其它物品。2.焊锡 焊锡是以金属锡作为主焊料的锡合金，熔点较低。有的焊锡内芯贮有松香，使用很方便。3.助焊剂 助焊剂的作用是去除所焊工件表面的氧化层，油污等，同时具有助焊作用。使锡与被焊工件表面形成锡合金，使焊接牢固。　　以前常使用盐酸、氯化铵、氯化锌、焊锡膏等作为助焊剂，这些助 焊剂对烙铁头和焊点的元件有腐蚀作用，不宜多用。应多采用呈中性的 松香作为助焊剂。松香对元器件没有腐蚀作用，又能清除金属表面轻度氧化物。正由于此，对电器电路，仪表工件的焊接，只允许使用松香助焊剂。 松香助焊剂可直接使用，以可以将松香制成膏状。其方法是将松香碾成粉状，放入浓度为 95％的酒精溶液中，搅拌成糊状。为防止酒精挥发，可加入少许松节油存放待用。二、上锡上锡就是将诸焊件用锡连接起来的操作过程。 上锡之前应先对焊件表面进行处理。一般是用刮、磨、锉等方法将焊件表面氧化层或锈以及污物清除掉。这样会在焊件表面留下划痕和 沟，增大锡与焊件表面的接触面积，使焊接处连接牢固。　　焊件表面处理完毕之后，应对各焊件预上锡。预上锡是让焊件表面 形成锡合金，使锡附着在焊件表面，这样既可以防止虚焊与假焊，也使 正式焊接容易，快速。　　晶体管(二极管，三极管)、集成块、集成块插座的引脚大都镀金或 镀锡焊合金，一般不必进行表面处理即可沾上助焊剂直接进行焊接。这 类半导体器件只能采用小功率的电烙铁焊接，并且在焊接时，应尽量减 少电烙铁与焊件接触时间，否则这类元件易受热烧坏或改变原有工作特　　性。这类元件上锡时可采用风冷降温。或者边上锡边用口向焊点处吹气。三、检查焊接质量　　焊接中通常说的“虚焊”多数是因为没有进行预上锡而造成的。这 种虚焊与假焊，看起来有锡在焊点上，但实际上锡与焊件并未接触良好， 日久氧化严重或受振动，就会由于接触不良而导致信号时有时无，时断 时续。　　虚焊与假焊很讨厌，一般不容易检查出来，可轻轻摇动焊件，看焊 件在焊点上是否焊牢。有时可以用万用表测量(用低电阻档)，一边摇动 焊件，一边看万用表指针是否稳定在某一读数。若不稳定就要看是否虚 焊或假焊。防止虚焊与假焊的最好方法就是在上锡前进行表面处理并预上锡。§5.5 玻璃材料加工　　玻璃材料的加工是指将玻璃板材或管材加工制作成所需形状和尺 寸。对于板材，这里仅介绍裁割与粘接；对于管材，主要介绍裁割与热 加工。一、玻璃板的裁割　　裁割玻璃的主要工具是玻璃刀。玻璃刀也称金钢钻，由刀头和刀柄 组成。玻璃刀头上装有比玻璃硬度高的钻石材料组成。玻璃刀的规格型 号很多，有可旋转刀头和固定刀头的；有带口和不带口的；有裁割厚玻 璃板和薄玻璃板的。　　裁割平板玻璃时，先在玻璃上划好标记，若裁割直线可用直尺对齐 划线。因为玻璃刀的刀尖与边缘的距离约 2mm，故下刀时应将直尺向外退出 2mm。裁割时应右手持刀(与左手持钢笔相同)，右手压尺，使玻璃刀侧 面靠在木尺上划割。　　玻璃刀在玻璃上留下的只是刻痕，并没有将玻璃割穿。因此裁割玻 璃时只要在玻璃上留下刻痕即可。应尽量避免在同一处划数刀，否则会 留下不重合的刻痕，在扳断时会使裁割线不整齐。划好刻痕后，先沿桌边对齐划痕，然后用力沿刻痕处扳断玻璃板。若刻痕太浅，不易扳断玻璃板，可以沿刻痕在玻璃板边缘和中间，用玻 璃刀刀柄或钢丝钳头部，从玻璃板反面向上轻击，至击出裂纹后再用力 扳断玻璃板。二、细玻璃管的裁割　　这里所说的细玻璃管，是指口径 30mm 以下的玻璃管。裁割时，先用 玻璃刀或三角锉(或医用小砂轮)在需要切割处刻痕。对于 13mm 以下的玻 璃管，用两只手的大拇指抵住刻痕的对面，速用力折断，如图 5-4(a)所 示。对于口径在(13～30)mm 的细玻璃管，刻痕最好划深一点，然后两手 虎口相对握住玻璃管上划痕的两边，用力来回折几下，直至折断，如图5-4(b)所示。　　初学裁割玻璃管的人，可以用废布垫在手持玻璃管处，以防玻璃划 破手。三、粗玻璃管的裁割　　对于口径在 30mm 以上的粗玻璃管以及玻璃瓶，采用电切割的方法最 为可靠。取一个带 V 形槽的固定支座，在槽口中部锯一条细槽，以备电 炉丝穿绕玻璃管之用。如图 5－5 所示。裁割前先划出刻痕，然后用一段约 20cm 长的(300～500)W 的电炉丝，绕瓶一圈并拉紧，要求电炉丝准确 地接触刻痕。为了防止电炉丝在接口处碰线短路，可在电炉丝两端接口 处穿一小瓷柱。用一调压变压器，降压至 15V 以下，通电后看到，凡未与玻璃管接触的电炉丝已烧红，而与玻璃管接触的电炉丝则不见发红或暗红。有时 能听到玻璃管裂开的声音，如果未裂开，可在裁割处倒些冷水，玻璃管 就会沿痕裂开。如果没有调压变压器，使用额定电流 5A 以内的低压电源也行。四、玻璃管热加工的工具及作用通常情况下，玻璃管的热加工的工具是喷灯。 热加工玻璃管的火焰分为烟焰、粗焰和锋焰三种。烟焰是燃料过多而氧气不足形成的。它温度低，多用于预热或逐渐冷却工作。粗焰宽而 燃烧完全，温度稍高，适于给玻璃管大部分均匀加热用。锋焰是形状尖 细，温度极高的火焰，它是在氧气充足下燃料完全燃烧，只是在特别加 热工件上的某一小部分需要高温时使用。利用喷灯，可以调节出以上三 种火焰，基本上满足玻璃管热加工的要求。五、玻璃管热加工时的注意事项　　玻璃管的导热性能差，必须在加工时均匀受热。否则，往往会在刚 一开始加热，或离开火焰，甚至加热过程中离火一段时间后，玻璃管可 能会自行断裂。因此要注意以下几点：1.预热过程　　先将玻璃管需要加工的部分及其周围在烟焰或粗焰上往复扫过均匀 烘热，再停留在火焰上转动加热数秒钟后，才能放在温度高的火焰上去， 即使在工作进行中，每次离开火焰之后，要经过适当预热才可再放回高 温火焰上去。2.冷却过程　　在加工完毕后应采取与预热相反的步骤，使玻璃管各部分在火焰中 均匀加热升温，到玻璃红热而能维持定型时，再在低温火焰中降温，最 后才能移放到无风处自行冷却。3.加工时握持玻璃管的要求玻璃管在火焰上加热时，要求均匀不停地转动，而且经常要从一端吹气。如果以左掌向下，右手掌向上，并用 大拇指与食指旋转，如图 5－6 所示。可以将玻璃管较长的一端放在左边， 使左手承受大部分重量，这样右手就便于将玻璃管右端转过来吹气。　　两手匀速而同步地转动玻璃管是很重要的，但也是最困难的。初次 加工两手动作有先有后，常常不能谐调一致，而且很难始终在同一轴线 上转动。因此玻璃管一经软化，就会发生扭曲，折叠现象。为此，平时 可用废玻璃管多加练习。六、玻璃管的热加工基本技术1.拉伸 有时需要把玻璃管拉细和拉尖，先将玻璃管放在粗焰上加热，要不停地转动，等四周都均匀软化后，离开火焰慢慢向两端拉伸，如图 5－7 所示。拉伸时，仍要不停地使玻璃管均匀绕轴旋转，要求拉成的细管管径均匀。并与玻璃管原轴对称。注意两手谐调一致动作，不然软化部分 由于旋转不均匀而拧成了麻花状。　　如果要将拉细的一端再拉尖，可将这一端管口照上法加热软化，然 后离火用镊子再拉细一次，待冷却后用三角锉在需要截断的地方轻锉一 痕，即可折断。2.弯曲 仍将玻璃管放在粗焰上旋转加热，不必烧得太软，只要加热到刚开始软化，而还有相当韧性时，就可以弯曲了。管壁厚而细的玻璃管可以 放在低温上，在管壁软化进用手轻轻用力折弯，如图 5－8 所示。　　管壁薄而细的玻璃管，使另一端自行向下弯曲。在弯曲管壁薄而口 径粗的玻璃管时，由于周围温度不能始终保持均匀，因此常出现高低折 叠等现象。出现有缺陷的玻璃管，用锋焰尖对准折叠处加高热，使它充 分熔融而自行收缩，并将管壁一端堵塞从另一端吹气，反复校正，可以 恢复管壁圆滑。3.封口 给玻璃管一端封口，先要经过拉细手续，然后用锋焰在细颈适当的位置烧一圈，这样玻璃管就会自行收缩形成细颈。用锋焰再烧细颈，并 旋转使细颈完全封闭，缩成一粒红热的玻璃珠，可用镊子拈去小珠。这 时改用较宽的锋焰将管底旋转加热，使其熔融微红。再离火吹气，形成 均匀的圆形管底。如图 5－9 所示。§5.6 有机玻璃板的加工　　有机玻璃板表面光滑，透明，不易破碎，绝缘性能好，加工的成品 大方美观，也比较容易进行手工加工。一、有机玻璃板的裁切裁切有机玻璃板一般采用三种方法：1.锯割对于厚度在 4mm 以上的有机玻璃板，可以直接划线用手工钢锯裁割。2.划切　　用手工钢锯条在砂轮上磨一把带钩的划刀，如图 5－10 所示，作为 划切的工具。握住划刀沿着待加工的直线反复向一个方向划切，开始划 切时为了保证直线可使划刀靠在一直尺上划，直到有机玻璃板上划出一 道深痕。翻过来在同一直线处再划一深痕。按图 5－11 所示，将有机玻 璃的切痕处移至桌边，用手向下轻轻一扳，即可将其断开。图 5-10 图 5-113.热切 如果需要在有机玻璃板上加工比较复杂形状的孔或曲边，可以把一段电炉丝拉直并固定在弯弓上，用调压变压器调节输出电压在 10 伏以下使电炉丝微红，使电炉丝沿预先画好的待加工线移动，即可加工出所需 要的形状来。二、有机玻璃板的粘合有机玻璃板在粘合之前，首先要做好表面处理工作。 粘接表面要尽可能平整。如果在接头处确实有较大缝隙，可以填补一些有机玻璃胶(参看后面“粘接技术”中有关内容)。　　粘接的接头处必须首先设计好，按照设计要求保证粘接处牢固稳 定。有机玻璃板表面的抛光，可用绒布沾少许抛光膏反复研磨，也可用牙膏加水调合后代替抛光膏使用。抛光后可以使有机玻璃表面光洁，透 明度提高。§5.7 粘接技术　　在加工制作过程中，能掌握好粘接技术，一定可以使你的工作提高 效率，提高质量。　　什么是胶粘剂呢？胶粘剂就是可以把各种材料紧密粘合在一起的物 质。自然，采用胶粘剂来进行连接的技术就是粘接技术。　　粘接技术是一项新工艺，新技术。它能部分代替焊接、铆接和螺栓 连接。将各种金属和非金属构件牢固地连接在一起，且可达到较高的强 度要求。并具有工艺设备简单、操作方便、成本低廉、适用范围广、密 封防腐性能好、耐疲劳强度高等优点。它的不足之处是：粘接层的抗剥 离强度较低，耐热性不高(一般 150℃，最高 300℃)等。一、正确选择胶粘剂　　根据粘接的具体情况，要正确选择胶粘剂。胶粘剂选择得好，一次 粘接就可以成功，若选择的胶粘剂不适当，很可能反反复复失败多次， 有时甚至于毁坏了工件。选择胶粘剂，通常根据以下四点：1.根据被粘材料化学性质选择胶粘剂 粘接钢、铝、陶瓷等极性材料时，应选用极性强的粘胶。如环氧树脂胶，聚氨脂胶，丙烯酸脂胶，无机胶等。　　粘接聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等弱极性或非极性材料，应选择丙 烯酸脂胶或能溶解被粘材料的溶剂。如三氯甲烷、二氯乙烷等。2.根据被粘材料的物理性质选择胶粘剂　　粘接陶瓷、水泥等脆性或刚性材料，应选用强度高、硬度大的不易 变形的热固性树脂粘胶剂。如环氧树脂胶、酚醛树脂胶。粘接橡胶、皮革、塑料薄膜等弹性或硬性材料，应选择弹性好、有一定韧性的胶粘剂。如氯丁胶、聚氨酯胶。 粘接多孔性材料，例如泡沫塑料、海绵、织物等，应选择粘度较大的胶粘剂。如环氧树脂胶、聚氨脂胶、聚醋酸乙烯胶、橡胶型胶粘剂。3.根据被粘件使用条件选择胶粘剂 被粘件受剥离力与不均匀扯离力作用时，可选用韧性好的粘胶。如橡胶胶粘剂、聚氨酯胶等。　　在受均匀扯离力、切力作用时，可选用比较硬、脆的胶。如环氧树 脂胶，丙烯酸脂胶等。被粘件要求耐水性好的胶，有环氧树脂胶、聚氨 酯胶等。耐油性好的粘胶有酚醛——丁腈胶、环氧树脂胶等。4.根据被粘件的使用温度选择粘胶 不同的粘胶，使用环境的温度有差异。如环氧树脂胶适宜在 120℃以下使用；橡胶胶粘剂适宜在 80℃以下使用；有机硅胶适宜在 200℃以下 使用；无机胶适宜在 500℃以下或高达 1000℃以上使用。二、影响粘按质量的因素究竟有哪些因素影响粘接强度？我们在粘接前应该从下面几个因素考虑。　　①粘接件表面粗糙比表面光滑粘接效果要好。这是因为表面粗糙实 际上是增大了粘接面积，粘接剂较易保留在表面细孔中，提高了粘接强 度。表面粗糙的工件经粘接后，能承受的剥离力比表面光滑的粘接工件 要大得多。但要注意，粘接件不允许有太大的凸凹不平。　　②粘接件表面不应该有较多水分，从而导致在粘接过程中凝集于粘 接表面，使粘接强度降低。　　③胶粘层的厚度过厚与太薄都会使粘接强度下降。不同类型的胶粘 剂，要求胶层厚度不同。大多数合成胶粘剂以(0.05～0.10)mm 为宜，无 机胶粘剂以(0.1～0.2)mm 为宜。　　④固化温度影响粘接质量。对于一般室温下固化的胶粘剂，适当升 高温度可以加速粘接反应，有利于提高粘接强度。但是高于固化温度太 多，却使胶层变得过薄甚至缺胶，导致粘接强度下降。　　⑤粘接时的压力大小对粘接质量影响较大。通常在一定范围内，压 力不足或者加压不均匀，会使胶层出现疏松孔洞，从而影响粘接强度。 对于固态胶粘剂，增大粘接压力有利于提高粘接强度。⑥粘接的材料性质不同，同种胶粘剂的粘接强度不一样。三、粘接工序及表面处理粘接工艺一般按以下程序进行：①制定粘接方案；②胶；③清洗被粘材料；④设计和加工粘接接头；⑤表面处理；⑥被粘面的漂洗和干燥；⑦配胶和涂胶；⑧粘合装配；⑨固化；⑩粘接质量检验。 由于要求被粘件有最佳表面状态，使胶粘剂形成的粘接力超过胶层的内聚力，所以必须重视被粘件的表面处理。　　例如玻璃、陶瓷在表面处理时，可用水和金刚砂磨蚀，再用乙醇溶 剂清洗。　　例如被粘件是普通橡胶，应先用砂布打磨，以木锉粗化，刷去砂粒， 用溶剂涂抹。　　例如对于有机玻璃、聚苯乙烯等，在表面处先用 100 号砂布打磨， 再用甲醇或异丙醇等溶剂清洗。例如铜、铁金属被粘件，应先用硫酸(100～150)g/ml，在(20～30)℃下浸泡(0.5～l)分钟(用盐酸亦可)。　　例如铝合金，应先在 10％氢氧化钠溶液中浸泡 1 分钟，再在硝酸中 浸蚀约(0.1～0.2)分钟。　　四、粘接接头的设计所有复杂的粘接接头，都可以简化为四种基本形式，参看图 5－12。1.对接接头 对接的粘接面积小，除拉力外任何方向的力都容易形成不均匀扯离而造成应力集中。所以粘接强度很低，一般不采用。如果需要时，对接 接头可采用改进形式，如图 5－13 所示。2.角接接头 这种粘接面积小，并且所受的力是不均匀扯离力，所以粘接强度低，应避免采用。必须采用时应采取一些组合的改进形式，如图 5－14 所示。3.T 型接头 这种接头粘接强度更低，一般不采用。实在需要粘接时，最好按图 5－15 改进形式为宜。4.平面粘接 这种粘接面积大，强度高。只要按正确方法粘接，一般粘接强度都能达到要求。五、几种常用的粘胶剂的使用1.环氧树脂胶 可以用来粘接不易被有机溶剂溶解的材料。如金属、玻璃、胶木等，通常称它为“万能胶”。环氧树脂胶具有粘接强度高、耐化学介质性好、耐温性能好、胶层收缩率小、可在室温下固化、施工工艺简单等优点。 环氧树脂的品种有多种，使用时参看产品说明书。这里介绍一种自然干燥的配方。粘接料
环氧树脂
100 份
填充料
与粘件性质相近的粉料
100 份
增塑剂
磷苯二甲酸二丁酯
20 份
硬化剂
乙二胺
8 份
　　配制时先将环氧树脂加热到(70～80)℃，放入填充料和增塑剂调 匀。待冷却到 50℃左右放入硬化剂，不停地搅拌(用一根小棒沿一个方向) 并驱赶气泡。待十几到二十几小时后即可硬化粘牢。2.有机玻璃制品粘接剂配方一：有机玻璃粉末 10 份～15 份 二氯乙烷 70 份 四氯化碳 (15～20)份 配方二：有机玻璃碎片 5 份 氯仿 95 份这两种配方在粘接时工艺如下：①清洗：用无水乙醇清洗被粘接面，晾干；②配胶：按配方规定量混合调匀；③涂胶：将配好的胶粘剂涂于有机玻璃制品双面粘接面，然后装配施以接触压力；④固化：70℃下放置(6～10)小时或室温下放置 24 小时。3.通用双管胶 市场上销售的这种胶粘剂，适用于金属、塑料、胶木、木材、玻璃、陶瓷等制件的本身与相互间的胶接。该粘胶工作温度(20～130)℃，它耐 油，耐水及其它介质。使用方法是：①首先将涂胶面上揩净，用丙酮或无水乙醇清除去表面油脂；②把双管胶盖打开，挤出等量粘胶料，混合均匀；③涂胶在粘接面上，室温下加压固化。4.“502”胶 这是一种市场上有售的有机胶粘剂。用它涂于待粘接面上时，遇空气微量水或弱碱的催化作用，在室温下立即发生催化反应，把物体粘牢。 此胶适合于粘合铝、铜、钢铁、铬镁合金等金属，以及橡胶、硬塑 料、聚苯乙烯、酚醛塑料、玻璃、陶瓷、骨骼、尼龙丝、有机玻璃等非 金属材料。但不适用于多孔性材料(如纸、皮革、软木料)和未经表面活化处理的聚乙烯、聚丙烯、聚四氟化乙烯塑料。 在使用前必须对待粘接件表面处理。金属材料先用砂布除掉锈污，再用乙醇、丙酮或醋酸乙酯洗擦去油污；非金属材料需将表面脱膜剂层打磨掉，再用三氟乙烯或其他溶剂擦洗干净。 经过表面处理之后，再将胶液涂在表面上。立即定准位置，稍施压，几秒钟或几分钟内即可粘牢。使用这种胶时，需要注意以下事项：　　①用胶不宜多，胶层厚度若大于 0.1mm，强度反而下降。②用此胶粘 合的物体不宜放在水中或碱液中使用，温度也不可超过 150℃。③不可用手直接接触胶液。若不慎将胶液滴到手上，切不可强行撕裂。应以大量的水冲洗，再用丙酮擦洗。若将胶液溅入眼中，应先用水 冲洗，用涂油脂眼药膏，以加速脆落。5.尼龙胶粘剂配方：环氧树脂 100 份 聚酰胺树脂胶 (60～80)份 环氧氯丙烷 (5～10)份　　用途：适用于尼龙与尼龙，尼龙与铁粉芯，聚乙烯与聚乙烯，聚乙 烯与金属间的粘接。6.橡胶制品胶粘剂 配方：纯苯 93 份 丙酮 0.53 份 四氯化碳 1.22 份 松香 0.36 份 酒精 0.53 份 虫胶 0.28 份 生橡胶(或生胶废鞋底) 3.5 份用途：适用于雨鞋、胶鞋、自行车内胎等各种橡胶制品的粘接。7.快干赛璐珞胶　　取约 10 份香蕉水(或者丙酮)溶解 1 份赛璐珞片(废乒乓球碎片或赛 璐珞胶片)，即可制成胶水，适用于木制品和赛璐珞制品的粘合，粘要制 品比乳胶干得快，而且比较轻，但牢度不及乳胶。　　第六章 初中物理实验教具制作　　初中物理教学中，实验教学是一个重要环节。这里有代表性地选择 了部分教具制作，按声现象、光的反射与折射、压强、浮力、电学、磁 现象、电子元件、能量转换八个内容编辑。制作的教具从工艺上来看比 较简单，可以作为开发学生课外活动的教具或学具。　　§6.1 研究声现象的教具制作一、声音靠物质传播【实验原理】 在教室里，教师摇动铃铛，学生都可以听见。这时由于铃铛在摇动的过程中，使邻近的空气振动起来。铃铛压缩推动空气，使邻近的空气 一密一疏地振动，邻近空气的振动又使得较远的空气一密一疏地振动起 来。这种空气的振动传到我们耳膜，使耳膜受到振动起来，我们就听到 了声音。　　如果传播振动的空气越来越少，我们听到的声音将会越来越小。如 果没有了传播振动的空气，我们就不会听到声音了。　　我们把振动的物体放入一只密闭的玻璃瓶中，逐渐抽出里面的空 气，我们所能听见的声音将会越来越弱小。【制作方法】 材料：一只小铃铛、一只较大口径的铁盖玻璃瓶(铁盖内层必须有胶垫，使得盖紧后密闭性好)、胶管、粘胶。 把小铃铛上端固定在瓶盖内盖上。固定的方法可以用粘胶粘接，或者在盖中央用铁钉钻一小孔，用细铁丝固定，再用强力胶密封小孔。　　在瓶盖二分之一半径处钻一大孔，把胶管穿过孔，然后用强力胶把 胶管固定在瓶盖上。粘胶的作用不仅是固定胶管，而且起着密封作用。 如图 6－1 所示。图 6-1　　由于胶管的外端要与抽气机相接，所以要考虑到接口处对接管的口 径与之吻合。【实验方法】1.手持瓶盖，摇动铃铛，可以听见清脆悦耳的铃声。2.盖紧瓶盖，摇动瓶子，仍能听见较弱的铃声。3.胶管接抽气机，一边抽气，一边摇动瓶子，铃声会越来越二、土电话【实验原理】 一切气体、液体、固体都能传播声音。“土电话”能说明液体与固体都可以传播声音。【制作方法】 图 6-2　　材料：废易拉罐两只、高橙饮料瓶商标薄膜两张、10m 长细线一根、 透明胶带。　　将两只废易拉罐两端剪去，留有长 8cm 左右的圆筒。在两张薄膜上 各画一个半径为 5cm 的圆，圆心用针扎一小孔，把细线穿过孔去，用透 明胶布把线粘在薄膜上如图 6－2 所示。再把两张薄膜绷紧后用透明胶布 在易拉罐筒上，就构成了两个土电话话筒。如果没有易拉罐，用两个粗竹筒或两个圆纸盒也可以代替。若无高橙饮料瓶商标薄膜，用大张玻璃糖纸或蜡纸均可。【实验方法】 两人各持“土电话”话筒一只，相距数米绷紧细线(切不可用力太大，以免拉坏话筒膜！)。一人说话一人听，交换进行。表明固体可以传声。 将“土电话”话筒膜向下，开口向上浸入水塘中(注意：不可使水进 入筒内)。用耳聆听，可以清楚地听到水塘另一侧用手拍击水面的声音，表明液体可以传声。三、研究弦的音调【实验原理】 二胡、琵琶、提琴、吉它都靠张紧的弦振动发声。　　用橡皮筋、尼龙弦、钢丝弦等不同材料做实验，在弦的长度相同时， 拨动弦发出的声音音调不同。　　用粗细不同的钢丝弦做实验，当弦的长度相同时，拨动弦发出的声 音音调不同。用同一根弦做实验。改变弦的长度，拨动弦发出的声音音调不同。 以上均说明弦的音调与弦的材料，弦的粗细，弦的长度等因素有关。【制作方法】　　材料：长橡皮筋一根、尼龙弦一根、粗细不同的钢丝弦各一根、木 板一块(长 30cm，宽 6cm，厚 2cm)、小木块两块、25cm 长的木螺钉 8 颗。 如图 6－3 所示，把木螺钉每排 4 颗各拧紧在大木板两端，先把橡皮 筋、尼龙弦，钢丝弦两根分别绷紧在木螺钉上(可以通过拧紧木螺钉来拧紧弦)，再将两个小木块削成“△”状的码子，然后垫在张紧的弦下。【实验方法】　　1.两个码子并排放置，用塑料尺作弹片拨动四根弦，听一听音调的 高低。2.再拨动两根钢丝弦听一听音调的高低。3.不断移动码子，弹同一根弦听一听音调高低。 经过反复练习，你就以在这把简易的“琴”上弹出美妙的乐曲。§6.2 研究光的反射与光的折射现象一、小孔照相机【实验原理】　　由于光在同一种均匀媒质中是沿直线传播的，因此光源 A 发出的光 经小孔照射在 A′处，光源 B 发出的光经小孔照射在 B′处。所以针孔所 成的像是上下倒置，左右对凋。如图 6－4 所示。　　由于针孔小，透过针孔的光比较少，所成的像也很暗淡模糊，必须 借助于暗筒的移动，再透过暗筒观察像，找到最清晰大小透当的像。【制作方法】 材料：羽毛球筒一个、直径略小于羽毛球筒的硬纸筒一个、薄膜一张、黑纸一张、透明胶布少许。 先将羽毛球筒底部去掉，再把羽毛球筒盖中央剪一个半径约 1cm 的洞。把黑纸剪成一个略小于筒盖的一个圆，用胶水贴牢在筒盖上。最后 在筒盖正中央开一个直径约 1mm 的小孔。　　直径略小于羽毛球筒和硬纸筒应该比羽毛球筒略长一点为好，在筒 的一端将薄膜绷紧并固定，然后把绷膜的一端插入羽毛球筒中，盖好筒 盖。【实验方法】如图 6－5 所示： 将小孔对着室外明亮的物体，前后拉动内筒，像的大小和清晰程度就随着变化。　　如果有感光度高的相纸，可以拿着针孔照相机去室外拍摄风景或静 物。只是注意：①针孔照相机最好固定起来；②曝光前后必须挡住小孔；③内筒的后端必须封住不能透光。二、潜望镜【实验原理】 由于光线在同一均匀媒质中沿直线传播，人们的视野不能拐弯。为了帮助人们观察到不易观察的事物，人们制造了潜望镜。 平面镜可以使光线反射，潜望镜就是用两块以上的平面镜制成。如图 6－6 所示。　　物体发出的光线经平面镜 1 反射至平面镜 2，再经平面镜 2 反射进入 人的眼中。　　人们通过潜望镜观察到的像是一个虚像，但虚像与实物并不发生左 右，上下倒置的现象。　　做一个潜望镜，它不仅可以使你体会到战场上的潜望观察，还可以 帮助你在人群众多的集会上看到大人们踮着脚也看不到的美景！【制作方法】材料：两块 10×15(cm2)的平面镜、5 个同样规格的长方框纸盒(例如装酒瓶的纸盒等等)、透明胶。 把一个纸盒子去掉盖和底，另外四个在靠近底边的地方开一个方孔。取出其中两个，如图 6－7 所示：　　在筒内成 45℃角放置两块平面镜，然后用透明胶将两个边固定粘 好。最后把 5 个纸盒按图 6－7 拼装起来。注意把拼装之后的盒子与盒子之间粘牢。一个潜望镜就制成了。(张启平提供)三、自制简易日食月食仪【实验原理】　　日食和月食观察是因为阳光的直线传播所形成的。如图 6－8(a)所 示：　　当月球运转到太阳与地球之间时，月球将挡住照射到地球的一部分 光线，把月球的轮廓投影在地球上，形成日食。地球上处在月球本影区 域里的人，看到的是日全食(太阳全部被遮住)；地球上处在月球半影区 域里的人，看到的则是日偏食(太阳部分被遮住)。如图 6－8(b)所示。当月球运转到地球反面，太阳、地球、月球处在同一直线上，地球将挡住太阳射向月球的光线，形成月食。整个月球进 入地球的本影里叫月全食；如果月球只有一部分被地球的本影遮蔽，就 叫做月偏食。【制作方法】　　材料：竖直安装灯泡的台灯一个、乒乓球一只(作为“地球”)、小 塑料球一只(体积小于乒乓球，作为“月球”)、医用注射废针头两只、 铁皮一小块、铁丝等。台灯插座上都有一个限门螺圈，根据螺圈的内径，剪一个铁皮圆环，环内径与螺圈内径相同，环宽 1cm 左右。圆环所起的作用主要是限定地 球铁丝轨道所用。铁丝轨道一端用钳子接插座螺圈外径大小拧成一个圆 圈，安装在插座上并被限位圆环限定，不能上下移动，但可以绕台灯插 座中心轴线转动。地球轨道铁丝在长 45cm 处向上弯曲，最上端用砂轮磨出长 1cm 的细颈，以便能固定月球的轨道铁丝和套入注射针头(针头穿入乒乓球作为 “地球”)。月球轨道铁丝一端先砸扁，然后在扁平处钻一个大小合适的 孔，使其能恰好套入细颈处。如图 6－9 所示：　　月球轨道在长 10cm 处向上弯曲，作为月球的轴心。在端头插入注射 针头，针头上穿入小塑料球作为“月球”。图 6-9 这样，地球和月球系统可以围绕太阳(台灯)运转，地球(乒乓球)可以自转，月球(小塑料球)又可以围绕地球(乒乓球)转动。【实验方法】 打开台灯开关，用手拨动地球公转轨道与月球公转轨道，观察：1.太阳、月球、地球在同一直线上时的日食现象；2.太阳、地球、月球在 同一直线上时的月食现象。四、平行光源【实验原理】 在光学实验中，如光的直线传播，光的反射，光的折射等，都需要用到平行光源。 图 6-10简易平行光源是根据凸透镜的特点制成的。如图 6－10 所示。 从焦点射向凸透镜的光，通过凸透镜后可以变成平行光。【制作方法】　　找一个直径为十几 mm 的玻璃小药瓶尽量选瓶壁略薄，透明度较好 的，把瓶子放在清水里，装满水后盖严拿出水面，以防瓶中有气泡。再 找一个(2.2～6)V 的小灯泡，灯泡可固定在薄木板上。点亮灯泡后放在亮 水药瓶一侧，就有一束扁平光束射出。调节小灯泡的位置和灯丝的方向， 可将光路调成很窄细的一条。测量出时灯泡与药瓶的距离，按此长度用 薄木板做一个小盒子，小盒子一侧开 3 条细缝，以便于平行光线射出。 如图 6-11 所示：图 6-11【实验方法】 点亮灯泡，可做如下实验：1.找一块平面镜，观察光的反射；2.用一透明圆形玻璃杯装满清水，作为水凸透镜，使平行光会聚。　　3.找一张香烟锡箔纸与一汤勺。把锡箔纸垫在勺内，作为凹镜，观 察会聚作用；把锡箔纸包在勺外，作为凸镜，观察发散作用。五、自制凸凹透镜【制作方法】 方法一：找一个“220V、40W”白炽灯泡，把插口端固定，用废布包着灯　　泡轻轻两边来回转动，一旦松香粘接处脱落之后，加大转动幅度， 直至拧断铜丝，取下灯泡头。用小起子从内轻轻敲碎玻璃柱，逐渐扩大口子取出碎玻璃和灯丝。将玻璃泡洗干净，放入水中浸满清水取出，用橡皮泥密封灯泡口，再用 强力胶将插口端与灯泡头粘接起来，待胶干固后即可使用。　　把插座固定在木板上，再把水凸透镜插入插座，既稳定，又可随处 移动，十分方便。方法二： 找一个透明的，圆柱形的药瓶，洗净后装上水，注意不要把水装满，盖上盖后就留有一个小气泡。如图 6-12 所示： 图 6-12　　把药瓶水平放置，通过水柱看书上的字，字是放大的；通过气泡看 字，字是缩小的，这是只简易凸、凹两用透镜。方法三：在寒冷的冬天，可以自制冰凸透镜与冰凹透镜。 将洁净的水放在球形容器中结冰后取出，稍加整形成了凸透镜。还可以用天然冰块加工，把一方形冰块削成凸透镜。把冰块放在球形金属 容器中稍加热，待其熔化后取出，冰块的一面已成球面状，再翻动冰块， 给另一面整形，直至成为凸透镜形状。　　制作冰凹透镜的方法是：把一方形冰块放在旧棉絮上，用一圆形金 属汤勺在炉上加热，然后将凸起的一面放在冰块上，待汤勺冷却后再次 加热，重复上述过程，数次之后就可成一凹球面，翻过来用同样的方法 加工另一面，注意制作过程中不要把最薄处弄穿，整形后就成了一块冰 凹透镜。六、自制简易显微镜【实验原理】 显微镜成像原理是：被观察的物体放在物镜的焦点外距焦点不远处，经过物镜形成一个放大的实像，这个实像在目镜的焦点之内，经过 目镜的再次放大成为虚像。如图 6-13 所示。由于从显微镜中看到的像是经过物镜与目镜两次放大后形成的，所以显微镜的放大倍数是物镜和目镜放大倍数的乘积。【制作方法】　　材料：废旧 2.2V 聚光灯泡一个、放大镜一只、小平面镜一块、薄玻 璃一块、铁丝若干、木板两块、纸盒一个、医用青霉素瓶一只、玻璃球 一颗、医用螺旋夹一个、铁皮若干、小木螺钉若干、强力胶等。1.做显微镜筒　　显微镜的物镜与目镜是关键部件，物镜必须焦距短，目镜必须焦距 长，这样才能保证物镜所成的实像在目镜的焦点之内，目镜可以选用放 大倍数(5～20)倍的放大镜，物镜最好由自己制作。物镜可由报废的 2.2V 聚光灯泡前面的聚光透镜(即凸透镜)制成。将小灯泡灯丝附近的玻璃砸碎，小心取下聚光透镜。透镜旁边不必要的玻 璃可用钳子捏碎(注意不可弄坏了透镜)，用一厚纸片把它夹住，使其不 易脱落。用一张硬纸盒做一个活动镜筒。具体做法是：先卷一个小纸筒，一端不封口，一端将物镜(聚光灯泡透镜)所附的厚纸封口，封口时将透镜 粘在小筒轴心处。另卷一个大纸筒，大纸筒比小纸筒略粗一点，能在小 纸筒上恰好抽动，大纸筒一端不封口，另一端用厚纸片夹住目镜(放大镜) 封口，同样目镜也要固定在筒中央。　　镜筒的长度由物镜和目镜决定，一般说来，当物镜确定之后，目镜 焦距越长则镜筒越长，反之则越短。2.载物台的制作　　用铁丝弯曲成如图 6-14 所示的形状。夹住薄玻璃板(作为载玻片)并 固定在支架上。3.万向采光镜的制作　　将小平面镜(2.5×2.5(cm)2)镜面向下放置，用强力胶把玻璃球粘在 其背面，待胶干后，把玻璃球放在青霉素药瓶的瓶口上。由于这种采光　　镜既简单，又灵活方便，很容易调节它将各个方向的来光反射后照亮载 物台，故可称为万向采光镜。4.支架制作并组装　　按图 6-14 所示把木板钉成支架。载物台的铁丝和铁皮用小木螺钉固 定在支架上，固定显微镜筒的铁丝也用铁皮和木螺钉限位，使其能上下 移动又不致太松垮。用一只医用螺旋夹把一根固定不动的铁丝与显微镜 筒的铁丝夹在一起，使显微镜筒一旦调节到某一高度后即可定位。制作 完毕后，显微镜筒能上下移动，调节镜筒与载物台的距离；抽动目镜筒， 可以调节物镜与目镜的距离；万向采光镜可以向各个方向采光，整个装 置十分灵活方便。【实验方法】 把一根头发放在载物台上，用采光镜照亮它，上下移动镜筒，使物镜靠近头发，再调节目镜，你会看到这根头发非常粗，因为你只能观察 到这根头发的一部分。　　同样的方法来观察水滴，你将会看到水中的微光变得十分明亮，十 分清楚。七、自制水三棱镜【制作方法】　　材料：5×16(cm2)的透明的薄玻璃三块、边长 5cm 的等边三角形玻 璃两块、强力胶等。在砂轮上把每块大玻璃边缘打磨，如图 6-15(a)所示，将每个角磨成30℃。 打磨时用布包住玻璃手持处，以免划伤手。把打磨后的三块玻璃合起来进行粘接，注意粘接时不要把胶水涂在平面玻璃上，以免影响三棱镜的透明度。粘接后用橡皮筋捆好加固，使 用粘胶把一端用三角玻璃封口，封口后把三棱镜竖直放置，使其粘胶干 固。胶干后，把三棱镜内清洗干净，然后浸入洁净的清水中装满水，另一块边缘涂了粘胶的三角玻璃放入水中封口盖严后，再拿出水面，擦净 粘接处周围的水，加压在三角玻璃上使其干涸。【实验方法】　　用水三棱镜迎着射进室内的阳光，可以在室内观察到多彩的色光， 这就是光的色散现象。　　§6.3 研究压强的教具制作一、模拟帕斯卡“桶裂”实验【实验原理】1648 年，著名法国物理学家帕斯卡在巴黎用水和葡萄酒做实验。在12m 长的管中盛水之后把结实的新木桶胀破了。这就是历史上有名的帕斯 卡桶裂实验。　　一个容器里的液体，对容器底部(或侧壁产生的压力远大于液体自身 的重量，这对许多人来说是不可思议的。模拟帕斯卡桶裂实验，可以加 深对液体压强的认识。【制作方法】材料：可密封的空麦乳精罐头盒一个、橡皮塞一只、1m 长玻璃管(内径 5mm)一根、能套在玻璃管上的橡皮管一小节(4cm 长即可)、铁丝一段。 把罐头盒底部开一小圆洞，洞的大小由橡皮塞塞进小洞之后应不漏 水。在橡皮塞中央按玻璃管的外径钻一小洞，将 3cm 长一根小玻璃管插入，再在玻璃管上套上橡皮管。 用铁丝在罐头盒上绕两圈后拧紧，铁丝要能在物理支架上固定。【实验方法】　　1.先将罐头盒橡皮管用夹子夹紧，把罐头盒装满水后盖紧，然后盖 子方向向下固定在物理支架上。罐头盒下放一空盆盛水。2.把橡皮管上的夹子去掉，用大漏斗与罐头盒上的橡皮管相连，把水注满漏斗，这时水的压力还不能使底盖压开。　　3.取下大漏斗，把大漏斗中的水倒入一只杯子里，再用长玻璃管与 橡皮管相连，玻璃管中插入一根细漆包线，以便于把水注入玻璃管内。 将杯子里的水缓缓倒入玻璃管，当液面高度达到一定值时，罐头盒的底 盖即被水压开，罐中的水全部倾泻而下。如图 6-16 所示。注意，当长玻璃管内径小于 4mm 时，从上向玻璃管中注水可能注不进去(玻璃中会有空气柱支持水柱)，这时可以将长玻璃管水平装水之后 与橡皮管相连，再把玻璃管逐渐向上竖起，同样能产生桶裂效果。二、液压机模型【实验原理】 液压机是工业上常用的机械，它是利用帕斯卡定律的原理来工作的。帕斯卡定律说明：加在密闭液体上的压强能够按照原来的大小由液 体向各个方向传递。如图 6-17 所示：　　用两只内径不同的注射器相当于两只容器，用一根塑料管连接，把 里面装上水，在小注射器上加压力时，小注射器会把对水的压强传递给 大注射器，从而将大注射器推筒顶上来。根据帕斯卡定律P大 = P小 ，S 大 F大F大 F小= ,S 大 S 小 ∴ = 。S 小 F小　　大注射器内筒面积是小注射器内筒面积的 n 倍，在大注射器推筒上 得到的力，就是在小注射器推筒上施加力的 n 倍。【制作方法】　　材料：18cm×35cm 木板一块、一次性塑料 5ml 注射器一只、玻璃 50ml 注射器一只、30cm 长一次性注射胶管一根、有绝缘外套的单芯铝丝若干。 如图 6-18 所示，在木板上钻 8 个小孔，每个小孔间距要略小于筒外 径(左边固定大注射器)。然后从小孔里将芯线穿过，把两只注射器紧紧 固牢在木板上。先把两只注射器推到底，把胶管套在大注射器上，抽 20ml 水(可把水染成红色以便观察)，从胶管头把空气排走，再把胶管头套在一次性塑料针头上。【实验方法】1.把大注射器中的水推 5ml 在小注射器里；2.在小注射器上放一千克磅秤砣，同时在大注射器上放 3kg 磅秤砣；　　3.两边同时放手，小注射器上的磅秤砣向下，推动大注射器上的秤 砣向上，这样用一个较小的力就可以得到一个较大的力。三、研究液体的压强【实验原理】 在液体中深度不同，液体的压强大小也不同。在盛满水的容器中，水对容器壁有压力的作用，如果在容器壁不同高处开两个同样大小的孔，由从孔中喷出的水柱中可以看出，液体在不 同深度的压强不同。压强大处，水柱喷得急，水的冲量大(注意两孔的大 小相同)；压强小处，水柱喷得缓，水的冲量小。如果两孔在液体内同一 深度，喷出的水柱应该同样急(或同样缓)，冲量同样大。【制作方法】　　材料：高橙饮料瓶一个、矿泉水瓶一个、废圆珠笔芯两只、眼药水 瓶塞 4 只、粘胶等。把矿泉水瓶去底，待用。　　将高橙饮料瓶在同一竖直线上钻三个同样大小的孔。量出最低处小 孔的高度，在瓶的对面壁上也钻一个同样大小的孔。　　在废圆珠笔芯上剪下 4 段 2cm 长的小管芯，将笔芯内壁清洗干净， 然后插入 4 个小孔。笔芯一定要插紧，不得漏水。如果漏水，可用粘胶 涂在接口处以防漏。　　将去底的矿泉水瓶口向下与高橙饮料瓶口相接，高橙瓶口略大一 点，矿泉水瓶正好可以插紧。为防止漏水，在接口处涂上粘胶。【实验方法】　　1.将眼药水瓶塞套在 4 个小孔上，从矿泉水瓶底向里装水，直至装 满。2.同时抽去同一竖直线上 3 个小孔的塞子，如图 6-19(a)所示，观察各孔的水柱喷射情况。如果要检查冲量情况，可在抽去瓶塞同时，用 3 个小杯接各孔喷出的水，经过同一时间之后，同时退出接水，用量筒测 量各杯中的水，做好记录，以便分析。3.重复步骤 1，将瓶中灌满水，同时抽去同一高度小孔上的塞子，如图 6-19(b)所示，观察液体同一深度的压强情况，也可以仿步骤 2，同时 接水定量分析。图 6-19四、大气压强的实验【实验原理】 我们生活的空间，充满了空气，空气虽然看不见，但它和液体一样有重量。如同物体浸入在液体中会受到液体压强的作用一样，物体在空 气的大气层中也受到大气压强的作用。水总是从高处流向低处，如果我 们借助于大气压强的作用，可以使水由低处流向高处。【制作方法】 材料：两个医用盐水瓶(其中一个瓶子上要有橡皮塞)、一段一次性注射软管。　　在盐水瓶上用圆锥之类物体钻一个小孔，把软管穿过去(瓶内部分要 能恰好接触瓶底)。用粘胶将软管与橡皮塞交接处密封。参看图 6-20，制作完成后，也是先用酒精灯烘烤盐水瓶底半分钟，然后将瓶子与杯子并排放在一起，软管插入杯子的水中，红色的水会在 大气压强作用下被抽入盐水瓶中。这个实验的盐水瓶可以使用 250ml 的中号瓶。(吴继生提供)五、低压沸腾【实验原理】　　在纬度 45°的海平面上，水的沸点是 100℃。而我们平时烧水，水 的沸点在 97℃～99℃，这是因为水的沸点与大气压强有关。我们可以使气体压力降低，从而观察到水的沸点下降。【制作方法】　　材料：废“220V，60W”灯泡一只、50ml 注射器一支、胶管一根。 用钳子捏碎灯泡尾部，去掉整个插口部分，玻璃泡前面是密封的必 须用小铁钉将灯丝柱旁边插一小孔，将胶管通过小孔穿入玻璃泡内，用粘胶密封住连接处。　　先向灯泡内灌 1/2 左右的水。如果灌水时有空气柱堵住胶管，可以 用细漆包线插入管内，边上下抽动漆包线边灌水以便排出气泡。【实验方法】　　如图 6-21 所示，把灯泡安放在支架上，用酒精加热灯泡中的水，等 水加热到 90℃时，撤去酒精灯，用注射器抽灯泡内的气体，立即可以观 察到水在 90℃左右就沸腾起来。　　　　需要补充说明，用烧瓶做这个实验时，有时加热时间长，抽气时水 沸腾的效果不明显，影响成功的原因很多。用灯泡做，玻璃壁薄，水少， 加热快，抽气时效果明显，成功率就高。(张智提供)§6.4 研究浮力的教具制作一、浮沉子【实验原理】 根据物体在液体中的浮沉条件，物体的浮沉取决于物体所受重力与浮力的比较。　　如图 6-22 所示，浮沉子可以浮在液体表面上，是因为此时它所受浮 力大于重力。如果我们用手捏这个可塑的瓶子，液面上气体体积减小， 压强增大。根据帕斯卡定律，这个增大的压强传递给液体，液体将压缩 浮沉子内的空气柱，浮沉子排开液体的体积将减小。当浮沉子所受浮力 小于重力时，浮沉子将下沉到液体中。如果我们使浮沉子所受浮力等于 重力，浮沉子将悬浮在液体内。【制作方法】　　材料：可密封的空高橙饮料瓶一个、 10ml 的口服液小瓶一个(小瓶 的口应小于大瓶口径)。　　空高橙饮料瓶必须有盖，并且盖严之后密封良好，不得漏气。没有 太阳神口服液小瓶，其它类似的小瓶均可代替，但小瓶直径应小于高橙 瓶口径，这样才能放入高橙饮料瓶中。先将高橙饮料瓶灌满清水待用。另准备一只杯子，装半杯清水，然后把作为浮沉子的小瓶装水。水瓶先装一半水后，用手堵着瓶口，口向 下放入杯中。如果瓶底露出水面太多，必须堵住瓶口，拿出瓶子，增加 里面的水；如果瓶子下沉，则将瓶口堵住，拿出瓶子，减少里面的水。 总之，一定要调节到瓶底刚好露出水面又不下沉为止。这时堵住瓶口， 将瓶口浸没在高橙饮料瓶的水中才放手。最后，将高橙饮料瓶微微倾斜，倒出少量的水，把瓶盖拧紧。浮沉子就做成了。【实验方法】 浮沉子平时浮在水面上。如果你用手捏瓶壁，稍加用力，浮沉子将下沉；如果你用力适当，浮沉子就会悬浮在水中。　　浮沉子做成之后，你可以随心所欲操纵浮沉子，要它上升就上升， 要它下沉就下沉，要它悬浮就悬浮，非常有趣！
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