淺談微小形變放大五法[行穩(wěn)書苑]

1、初中物理題目：淺談微小形變放大五法作者單位：響水灘鄉(xiāng)中心學(xué)校作者姓名： 寧 國 強(qiáng)2012年9月28日 淺談微小形變放大五法響水灘中心學(xué)校 寧國強(qiáng)聲音是由于物體振動產(chǎn)生的，但固體振動時(shí)幅度較小，較難觀察；物體受力會產(chǎn)生兩種效果，其中之一是改變物體的形狀，但是比較硬的固體受力形變很小，用肉眼很難直接觀察到；固體的熱脹冷縮形變效果很不明顯；這三種變化由于比較微小，難免會讓學(xué)生產(chǎn)生疑問，變化發(fā)生了嗎？也許大家平時(shí)都是直接告訴學(xué)生這些現(xiàn)象確實(shí)發(fā)生了，但這并不能解決學(xué)生心中的疑惑。為了解決這個(gè)問題，筆者總結(jié)出將微小形變放大的五種簡易方法（配圖），供大家參考。一、化“重”為“輕”法在探究聲音是怎么產(chǎn)生的我

2、們常用二個(gè)小實(shí)驗(yàn)：一是敲擊音叉時(shí)音叉會振動發(fā)聲，但由于振動較小，同學(xué)們很難觀察得到，我們通常采用較輕的乒乓球輔助，利用音叉振動時(shí)將輕小的乒乓球彈開（如圖1）；二是敲打鼓面時(shí)鼓面會振動放聲，但鼓面的細(xì)微振動很難觀察，通常采用較輕的紙屑或米粒輔助，利用鼓面振動時(shí)將紙屑或米粒彈起（如圖2）。這類小實(shí)驗(yàn)的思想是將一些重的物體的微小振動轉(zhuǎn)化為輕的物體的強(qiáng)烈振動，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象變得非常明顯，易于學(xué)生觀察和領(lǐng)悟，并可留下深刻的印象。乒乓球米粒 圖1圖2二、化“固”為“液”法在探究聲音產(chǎn)生的原因時(shí)，固體的振動通常很難直接觀察到，除了上述講的化“重”為“輕”法，還可以采用另一種直觀的方法。例如敲擊桌面時(shí)想觀察桌面的

3、微小振動，可以在桌面上放一盆水，敲擊桌面發(fā)聲的時(shí)候可以觀察到水面會蕩起一圈圈水紋，可以證實(shí)桌面在發(fā)出聲音時(shí)在振動（如圖3）；敲擊音叉時(shí)想觀察音叉的微小振動，可以將發(fā)聲的音叉放進(jìn)水里，這時(shí)會濺起水花，也可以證實(shí)發(fā)聲的音叉在振動（如圖4）。這類小實(shí)驗(yàn)的思想是將固體不易觀察的微小振動轉(zhuǎn)化液體的明顯振動，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象顯而易見，教學(xué)效果也不錯(cuò)。圖3圖4水珠三、化“粗”為“細(xì)”法在探究力的作用效果時(shí)，其中之一是力可以改變物體的形狀。但是玻璃瓶受力形狀發(fā)生變化時(shí)，靠肉眼是無法直接觀察到的。我們通常解決的辦法是在玻璃瓶中裝滿水，蓋上橡皮塞（保證儀器的氣密性），在橡皮塞上插上一根極細(xì)的直玻璃管，這時(shí)只要手用力捏玻

4、璃瓶（注意別用雙手握住玻璃瓶，否則別人會認(rèn)為是熱脹冷縮的效果），使玻璃瓶形狀發(fā)生細(xì)微變化，從而改變了玻璃瓶的體積，玻璃瓶體積的細(xì)小變化都會引起細(xì)玻璃管中液面的較大變化（如圖5）。這樣同學(xué)們就可以通過細(xì)玻璃管中液面的升降來體驗(yàn)玻璃瓶的形變，從而有效的說明了堅(jiān)硬的固體受力也會發(fā)生形變，只不過平時(shí)由于形變太小，觀察不到而已。這類方法的思想是將硬且粗的物體的微小形變引起的體積變化轉(zhuǎn)化為細(xì)玻璃管的體積變化，因?yàn)椴ＡЧ芎芗?xì)，所以管中的液面變化非常大，現(xiàn)象易于觀察，實(shí)驗(yàn)效果較佳。學(xué)生記憶比較深刻，易于對知識點(diǎn)的消化。圖5四、化“角”為“線”法在探究桌面受到壓力會發(fā)生形變的實(shí)驗(yàn)中，桌面發(fā)生的形變也非常微小，用

5、肉眼無法觀察到。我們可以用兩塊平面鏡（利用平面鏡可以改變光的傳播路徑）和一把刻度尺（將刻度尺離平面鏡遠(yuǎn)點(diǎn)，利用小的角距離帶動較大的線距離），用激光筆射向平面鏡，經(jīng)過平面鏡的兩次反射，可以在刻度尺上留有一個(gè)光斑（如圖6），再用力壓兩塊平面鏡的中間，使兩塊平面鏡產(chǎn)生較小的角度變化，經(jīng)過兩次反射將桌面的微小形變放大，再通過半徑較大的角距離引起更大的線距離變化，使桌面的微小形變進(jìn)一步得到放大，效果特別明顯（如圖7）。這類實(shí)驗(yàn)的思想是將固體的微小形變引起的微小角變化通過較長的半徑引起較大的線變化，從而使形變效果放大成千倍體現(xiàn)在大家面前，讓大家直觀的感受到固體受力后形狀會發(fā)生變化。圖7圖6五、化“直”為“

6、滾”法在探究物質(zhì)的熱脹冷縮性質(zhì)時(shí)，由于固體的形變程度太小，用肉眼無法直接觀察，筆者采用將鐵絲的縱向伸長量轉(zhuǎn)化為銹花針的滾動并帶動吸管的轉(zhuǎn)動，提高實(shí)驗(yàn)的可觀察性。實(shí)驗(yàn)裝置如圖8所示，實(shí)驗(yàn)步驟如下：將鐵絲一端固定在木架上，另一端擱在放置在木架上的銹花針上，并在銹花針上固定一支吸管。在鋁槽中放上衛(wèi)生紙，在上面倒些酒精，然后點(diǎn)火將紙巾點(diǎn)燃，這時(shí)鐵絲會受熱膨脹，從而帶動銹花針順時(shí)針滾動，最終帶動吸管順時(shí)針轉(zhuǎn)動，當(dāng)火熄滅時(shí)，鐵絲會慢慢冷卻收縮，從而帶動銹花針逆時(shí)針滾動，最終帶動吸管逆時(shí)針轉(zhuǎn)動。此實(shí)驗(yàn)裝置簡單，實(shí)驗(yàn)效果十分明顯（筆者曾做過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，吸管可轉(zhuǎn)動約一周），可有效說明固體的熱脹冷縮性質(zhì)。這類實(shí)驗(yàn)將固體的微小伸長量轉(zhuǎn)化為細(xì)小物體的滾動，從而帶動輕小物體轉(zhuǎn)動，使實(shí)驗(yàn)效果體現(xiàn)出來。固定鐵絲吸管銹花針鋁槽圖8以上五種方法皆采用轉(zhuǎn)換法，將不可觀察的微小形變或振動轉(zhuǎn)化為可觀察的（放大）現(xiàn)象，讓學(xué)生學(xué)習(xí)不僅僅靠死記硬背，既增強(qiáng)了學(xué)生的動手能力，又加