核心素养背景下利用生活物品创新实施初中物理力学实验的研究

核心素养背景下利用生活物品创新实施初中物理力学实验的研究

刘辉

（保定市第一中学分校  河北  保定   071000）  

摘要：本文是在核心素养背景下利用生活物品创新实施初中物理力学实验的研究，主要探讨了如何利用日常生活中常见的物品来设计和实施力学实验，以提高初中学生的物理学习兴趣和实际操作能力，通过实验，学生可以更直观地理解力学原理，提高学习兴趣和效果，也为初中物理教学提供了借鉴和参考。

关键词：初中物理；力学实验；生活物品；创新设计

引言：力学是初中物理学生学习的重要内容之一，但对于许多学生来说，抽象的概念和公式让他们感到困惑和无法理解。因此本研究旨在利用生活物品进行创新设计的物理力学实验，帮助学生更直观地感受和理解物理原理，提高学习兴趣和效果。

一、利用气球进行力的作用效果实验

在初中物理力学的教学中，实验教学是帮助学生理解和掌握力学基本概念和原理的重要手段。利用气球进行力的作用效果实验，不仅能够激发学生的学习兴趣，还能够通过直观的现象展示力学原理。

实验目的：以利用气球进行力的作用效果实验为例，通过观察和分析气球在受力后的形变和运动状态，理解力的作用效果，即力可以改变物体的形状和运动状态。

实验材料：气球若干、打气筒、细线、夹子、弹簧测力计、支架、白纸、铅笔。

实验步骤：

准备两个相同大小的气球，用打气筒将它们充至相同的体积，并用细线扎紧。将两个气球分别标记为A和B。

在实验台上铺上白纸，并在白纸上用铅笔画出两个相距一定距离的点，分别标记为P和Q。

将气球A、B放在标记点P、Q上，用夹子固定在支架上，使其保持静止状态。此时记录气球A、B的形状和位置。

使用弹簧测力计测量一定大小的力，例如2牛顿（N），并将其施加在气球B上。将弹簧测力计的挂钩固定在气球B的底部，使气球B受到向下的拉力。

观察气球B在受力后的形变，记录气球B的形状变化。此时气球B会因为受到向下的拉力而发生形变，形状变得更长，更细。

将气球A从支架上取下，让其自由下落。观察气球A的运动状态，并记录其下落过程中的速度变化[1]。

通过测量气球A从一定高度落到地面的时间，计算其平均速度。例如，如果气球B从0.5米的高度落下，落地时间是5秒，那么其平均速度为

比较气球A和气球B的形状变化和运动状态，分析力的作用效果。气球A未受外力作用，形状和位置保持不变；而气球B受到向下的拉力，形状发生改变，且运动状态由静止变为下落。

实验结论：通过本实验，学生可以直观地看到力的作用效果。气球B在受到外力作用后，形状发生了改变;气球下落过程中运动状态发生了变化。这一现象验证了力可以改变物体的形状和运动状态的物理原理。通过实验数据的记录和分析，学生能够更好地理解和掌握力学中的基本概念，如力的大小、方向、作用点以及力的作用效果等。

二、探究影响滑动摩擦力大小的因素

在探究影响滑动摩擦力大小的因素时，需要明确摩擦力的基本概念。滑动摩擦力是指一个物体在另一个物体表面上发生相对滑动时，在两个物体接触面之间会产生阻碍物体相对运动的力，其大小与两个因素有关：一是接触面的粗糙程度，二是作用在接触面上的压力。在初中物理力学实验中，通过创新性地使用生活物品来设计实验，从而更直观地理解和探究这一物理现象。

实验目的（一）：接触面的粗糙程度对滑动摩擦力的影响，一般来说，接触面越粗糙，摩擦力越大。

实验材料：一个木块、三种不同粗糙程度的布料（丝绸、棉布、毛巾）、一个弹簧测力计。

实验步骤：

将木块放置在丝绸上，使用弹簧测力计拉动木块，使其做匀速直线运动，并记录弹簧测力计的读数，记为F1。

将丝绸更换为棉布，重复步骤1 ，记录弹簧测力计的读数，记为F2。

将棉布更换为毛巾，再次重复步骤1，记录弹簧测力计的读数，记为F3。

实验结论：

通过实验发现，F123。这说明在相同的压力作用下，接触面越粗糙，所需的拉力越大，即摩擦力越大。这一结果与我们的预期相符，验证了接触面粗糙程度对滑动摩擦力大小的影响。

实验目的（二）：探究滑动摩擦力的大小与作用在接触面上压力的关系

实验材料：一个木块、一块光滑的木板、两盒相同的牛奶（220g）、一个弹簧测力计。

实验步骤：将木块放置在光滑的木板上，不施加任何物体，使用弹簧测力计拉动木块，使其做匀速直线运动，记录弹簧测力计的读数，记为F’1。

在木块上放置一盒牛奶，增加木块对木板的压力，再次使用弹簧测力计拉动木块，使其做匀速直线运动,记录弹簧测力计的读数，记为F’2。

在木块上放置两盒牛奶，重复步骤2，并记录弹簧测力计的读数，记为F’3。

实验结论：

通过实验发现，F’1’2’3。这说明在接触面材质相同的情况下，作用在接触面的压力越大，滑动摩擦力越大；这一结果与我们的预期相符，验证了压力大小对滑动摩擦力的影响。

三、利用饮料瓶设计力学实验

1.探究力的作用效果

用力捏饮料瓶，饮料瓶凹陷变形，说明力可以改变物体的形状。

2.探究惯性和质量有关

在饮料瓶内装满水，瓶内留一个小气泡，拧紧瓶盖。将饮料瓶水平放置，小气泡至于前端。让饮料瓶向前加速，会发现小气泡向后运动。

3.探究压力的作用效果

将空饮料瓶竖放在海绵上，观察海绵的凹陷情况；再将饮料瓶注满水，重新竖放在海绵上，观察海绵的凹陷情况；海绵的形变显示了压力的作用效果，比较两次海绵的凹陷情况不同，说明在受力面积相同时，压力的作用效果与压力的大小有关；

4.探究液体压强

在饮料瓶的瓶口包扎橡皮膜，将瓶口压入水中，橡皮膜发生凹陷，说明液体内部存在压强；在饮料瓶的侧壁不同高度处沿竖直方向扎多个小孔，再往瓶内注水，观察水从小孔中喷出的远近，最终证明液体压强跟深度有关，深度越大，压强越大。

5.探究大气压的存在

在饮料瓶内装满水，拧紧瓶盖，在瓶底钻个小孔，水不流出；慢慢的把瓶盖拧松，水又流出来了，证明大气压的存在。

6.探究浮力产生的原因

将饮料瓶的瓶底剪掉，瓶口朝下，把乒乓球放入其中，向瓶内注水，直到水满后乒乓球也不会浮起来，而只有用手从下面堵住瓶口时，乒乓球瞬间就会浮起来。说明浮力就是液体对浸在其中的物体向上与向下的压力差。

结束语

通过以上实验的设计和实施，学生能够在实践中感受和理解物理力学的基本原理，培养观察、实验和分析问题的能力。同时利用生活物品进行实验也让物理教学更具趣味性和实用性，激发学生学习的兴趣，提高学习效果。希望这些创新设计的物理实验能够为初中物理教育带来一些启发和帮助。

此论文为保定市教育科学研究“十四五”规划课题“核心素养背景下利用生活物品创新实施初中物理力学实验的研究”（编号232025）研究成果之一

参考文献

[1]张军.利用生活物品创新初中物理力学实验的应用研究[J].课程教育研究,2021(38):183184.

[2]陈娟.生活物品在初中物理力学实验中的应用研究[J].科普童话,2022(7):33.

[3]刘思恩，黄晓梦，郑晓杰.初中物理力学实验中生活物品的应用研究[J].实验技术与管理,2023,37(4):1215.

[4]王宇，张宁.初中物理力学实验中的生活物品应用及教学效果分析[J].科技与教育,2022,14(3):5659.