防疫物品在初中物理创新实验中的妙用
时间：2023-03-10 13:35:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
程文洁 管西巧
(1. 山东省淄博市张店区第四中学,山东 淄博 255000;2. 山东省淄博市张店区第六中学,山东 淄博 255000)
在全球疫情不断严峻的态势下，校园疫情防控已经常态化，学校的防疫物品也逐渐被师生所熟悉。利用消毒酒精、喷壶、医用隔离面罩等学校常见的防疫物品进行物理创新实验，能够较好地让学生体会到物理来源于生活，感受物理与科学和社会、生活的密切关系，也可以培养学生利用身边常见物品进行创新实验的意识。
学校在进入校门的通道上都装备了红外热成像测温仪，它是综合利用了红外原理、人脸识别、AI等技术，实现了远距离、多目标、非接触体温检测，能够对面部或体表温度进行精确测量，测温精度高达0.3 ℃。另外，学校还装备有相同工作原理的小型手持式红外热成像测温仪，在教学中我们可以利用它们演示改变物体内能两种方式的实验。
人站在红外热成像测温仪前测出此时的体温，用手摩擦额头约10秒钟后再次测温，会发现所测的体温明显升高，说明对额头做功增加了其内能。还可以取一段铁丝，在手持式红外热成像测温仪前反复弯折，也会观察到铁丝的温度明显升高，同样说明了对物体做功可以增加其内能。利用手持式红外热成像测温仪还可以进行热传递改变物体内能的实验，先使用测温仪测出铁丝在室温下的温度，然后将铁丝浸入热水中浸泡约10秒钟，取出后再次测温，会发现铁丝的温度明显升高。
75%浓度的酒精能杀死大部分病毒，学校防疫中多用于对学生经常触摸到的楼梯扶手、门把手、窗户开关等位置的消毒。配合小喷壶、易拉罐、长柄打火机以及桶装水空水桶等生活中常见的物品可以进行初中物理热学和力学的相关实验。
3.1 利用“易拉罐酒精炮”“矿泉水瓶酒精枪”演示热机的工作原理
在一易拉罐底部用螺丝刀开一个直径1 cm左右的小孔，并将其用尼龙扎带固定在手机支架的夹子上，再将手机支架固定在木板上，如图1所示，即制成了“易拉罐酒精炮”。在小喷壶中装入适量消毒酒精，在易拉罐罐口位置喷4—5次，将一次性纸杯轻扣在罐口位置，静置10秒钟让酒精挥发，用长柄打火机在易拉罐罐底小孔位置点火，由于酒精在罐内燃烧后将内能转化为纸杯的机械能，会观察到纸杯被打出去。本实验应该由教师进行操作，并注意安全。
同理，在一空矿泉水瓶的瓶盖中间开一直径为2厘米的圆孔，将直径1.5厘米的PVC管截取约15厘米长，套在长柄打火机上。用小喷壶往矿泉水空瓶中喷消毒酒精4-5次，将PVC管插入矿泉水瓶中即制成了“矿泉水瓶酒精枪”，点火后内能转化为机械能即可将矿泉水瓶打出去。
3.2 利用“压扁水桶实验”验证大气压存在
图2
准备一只1.8 L的桶装饮用水空水桶，用注射器抽取10毫升左右消毒酒精，注射入空水桶中，上下左右摇晃，使酒精粘在水桶内壁上，将多余的酒精倒出后静置约10秒钟，使酒精挥发。取一张纸巾折叠后用打火机点燃，迅速塞入水桶中，燃烧片刻后用手堵住桶口，由于酒精燃烧排出桶内空气，降温后使得桶内气压降低，在大气压作用下会将水桶压扁，实现了压扁水桶和不用手抓即可将水桶提起的神奇实验效果(图2)。本实验也应由教师演示，并佩戴护目镜确保安全。
3.3 蒸发吸热实验
由于酒精具有较强的挥发性，还可以用其让学生体验蒸发吸热现象。用棉签蘸取适量消毒酒精涂在手背上，观察酒精变化，会发现酒精很快蒸发掉，用另一只手触摸会明显感觉到原先涂抹酒精处温度要低一些，说明蒸发会吸热。
喷壶是利用初中生所熟知的流体压强原理制成，在学校防疫中主要用于喷洒消毒液进行公共区域的消毒，在教室、走廊、校门口等区域都会有装配，也是学生所熟知的防疫器材之一。利用它也可以制作相应的演示实验教具用于日常教学。
4.1 “做功改变物体内能”演示实验教具的制作
图3
需要的器材有：气压式压力喷壶、最大量程为16 kPa的膜盒压力表、迷你电子温度计、自行车内胎气门芯、PVC软管、胶枪等。首先在喷壶的壶身钻两个孔，在一个孔插入迷你电子温度计探针并用热熔胶密封；
在另一个孔装上自行车内胎气门芯，为保证良好气密性，需要垫上胶皮再拧紧固定气门芯的螺丝。取一段约20 cm的PVC软管，一端固定在喷壶壶身的气门芯上，另一端连接膜盒压力表接口，并用胶枪将压力表和电子温度计固定在壶身的合适位置，制成“做功改变物体内能”演示教具(图3)。当往喷壶里打气时，会发现压力表示数增大，温度计示数增大；
当放气时会发现压力表示数减小，温度计示数明显降低，并能降低到室温以下。上述实验说明：通过做功的方式可以改变物体内能，实验现象直观明显。
4.2 制作红外感应喷雾手消毒器
图4
如图4所示，利用手压式喷壶等材料制成了红外感应喷雾手消毒器，实现了人手靠近时自动喷洒消毒酒精对手部进行消毒，人手拿开即停止喷雾的效果，可用于八年级物理“看不见的光”一节中红外线知识的教学。需要的器材有：手压式喷壶、红外感应模块、TT双轴直流减速电机、偏心轮、电池盒、开关、导线、硬铁丝等。首先用胶枪将TT双轴直流减速电机固定在壶身背面合适位置，并用压花钢轴将偏心轮固定在减速电机一侧轴上。用硬铁丝连接偏心轮和喷壶手柄尖端，反复调节铁丝长度，使偏心轮转动时带动喷壶手柄往复运动并能正常喷雾。再用导线将电池盒、减速电机、开关、红外感应模块串联连接，调整红外感应模块至合适位置并用胶枪固定即可。本装置可以指导学生自己去动手制作，在培养学生动手、动脑能力的同时，还能加深学生对串联电路结构和红外线知识的理解。
医用隔离面罩由PET高透材质面屏、海绵、松紧带等组合制作而成，是医护人员在面对潜在传染性疾病患者时佩戴的面部防护用品。在校门口值班、采集核酸时经常会见到医务人员佩戴，在学校的防疫物资中也都有储备。我们可以利用面罩上的PET高透材质面屏制作伪3D全息投影仪，来提高初中学生学习光学知识的兴趣。首先，在坐标纸上画出一上底为1 cm、下底为5 cm、高为3.5 cm的等腰梯形，然后根据线条在面屏上裁剪出四个相同的等腰梯形，再将四个梯形用胶粘合成一个金字塔状漏斗。在较暗的环境下，将播放3D全息视频的手机或平板，倒扣在漏斗小口上方，并确保四个分屏画面在漏斗的中间位置。我们就能从塑料片的各个方向都能观察到一个立体的像(图5)。此实验装置制作简单、效果明显，学生在家完全可以选用相近透明材料独立制作完成。为了使实验现象更加明显，我们还可以将上述用隔离面罩面屏制作的金字塔状漏斗作为模具，堵住漏斗小口，往里注满环氧树脂水晶滴胶(其中A胶、B胶需要按3∶1的比例混合后搅拌均匀)，静置24小时后环氧树脂水晶滴胶会充分固化，便得到一实心、透明的伪3D全息投影装置，利用它所成的立体像会更加清晰。
图5
利用生活中常见的防疫物品进行初中物理创新实验、自制教具，不仅能够开阔学生视野，提高学生学习物理的兴趣，促进学生主动建构物理概念，还能创造有利条件培养学生的科学探究能力和创新能力，切实提高学生的物理学科核心素养。
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