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华丽的飘过

版主 (著名写手)

[交流] 征稿:中学物理实验设计已有12人参与

为了活跃物理版学术气氛并鼓励新老虫子参与讨论。物理版特推出中学物理实验设计征稿。

我们同时也希望能通过这次活动为我国初等教育和中等教育做出一份贡献,为此我们希望能征询一些原创性强的中学物理实验设计,这些设计最好能非常廉价并且可操作性强,这样的话可以保证教学条件最差的地方也可以做得起这些实验。一旦这个活动征集到了足够的好的实验设计方案,我们将把这些成果以物理版名义集中做成电子书,为我国物理教育做些贡献。

我们原则上更希望能征求教学大纲上不要求考试的那些实验,因为教学大纲上要求的实验是要考试的内容,改之不宜。当然,如果有更好的一些想法,即使是大纲要求的实验也是可以的。比如,验证牛顿第二定律中,如果消除加速下降中重力不恒定的问题,也希望各位能提出更巧妙的方法。

征稿格式:包括实验标题、原创者(作者)、实验目的、实验设计、实验原理、实验材料和成本。为此小虫抛砖引玉先发了一个帖子做为样板,也请各位指教。
http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=5087443

另外,也可以以交流贴的形式发帖提问“征求某某实验的设计方案”,有好想法的设计者可以在回复中把自己的想法写下来。

请在本征文前写上标题【中学物理实验设计】。征稿视原创大小和设计质量给予50至300金币和1至5个EPI的奖励

我们希望所用到的方案的原理不超过中学生的知识范围。

[ Last edited by lovibond on 2012-11-8 at 08:28 ]
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霁雪

木虫 (正式写手)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
华丽的飘过: 有些名词概念不清晰,我建议您可以以提问题的形式发帖 2012-12-27 02:48:22
斑竹的头像和道尔顿分压定律有点神似啊!

投石问路1.,如果可以请斑竹移动位置。

【中学物理实验设计】中小学科学常识实验设计
水的基本物理性质系列实验
导言:
水被认为是一种不太容易蒸发的液体。水的蒸发和凝结是水最基本的物理特性,所以在现在全世界的小学甚至幼儿园教材里都有关于如何加快水的蒸发的内容。但是这些中小学教材中的三大加快水的蒸发速度的论述却是极度错误的!
对于人类来说,不管直到现在对于水的理化性质,还有多少不解之谜,要彻底的说清楚它们,即使念完了专业大学也还差了一大段。但是我们还是没有理由因为孩子门小而给他们输送一些包含错误的常识概念!!!尽早纠正这些常识性的错误,对于开阔学生的视界,启发学生的科学观察能力,对于科学兴国,赶超西方是一项十分迫切的提高学生素质的基本建设内容。
本系列实验通过从水的最基本的日常现象充分地解释了,决定水的蒸发的快慢是取决于液体表面的饱和状态。而不是加热,也不是风。

实验一,水的蒸发现象和环境温度的关系
原创者:霁雪
实验目的:
1.        解释什么是蒸发,什么是凝结,使学生了解到蒸发和凝结是水的相变的两个相反的过程。水蒸气和水都是相同的物质,水可以通过蒸发变为蒸汽,蒸汽可以通过凝结变为水。
2.        解释水蒸气是无色透明的气体,由水蒸气凝结成的雾是由一些微小水珠组成的,雾是看得到的所以雾不是水蒸气。解释天上的云就是在高空的雾,所以天上的云不是水蒸气是悬浮在高空的小水珠。
3.        解释水的蒸发速度的快慢,主要地取决于液体的温度和环境温度的差别。
4.        解释在同一环境中蒸发速度和凝结速度相等,在同样的条件下,系统的蒸发总量和凝结总量相等。
实验设计:
1.        水的蒸发现象:用毛笔沾清水,在草纸上写一个大大的“气”字,过了不久草纸上的字没有了,水干掉了。水为什么会干掉,蒸发了。蒸发就是液体在空间消失的过程。消失就是看不见了,水变成水蒸气只能从水的减少来观察到,水蒸气是看不到的。也可以用抹布在黑板上写。
2.        口述讲解:冬天的时候,可以利用人呼出的雾气,解释在人呼出雾气中包含有较多的水分,这些水分在夏天是看不到的,但是到了冬天就看得到。用一块冷玻璃放在嘴边上呼一口气,就看到玻璃上留下的水迹。说明雾气是由看得到的小水珠组成的,雾气不是水蒸气。夏天的时候雾气不会形成,但是在玻璃上上同样可以有水迹,水蒸气在遇冷的时候可以凝结成雾或露,雾或露都是相同的水组成的。
说明要点:用冷的玻璃片是检验空中水蒸气的简单方法之一
3.        准备三组平口烧杯和三组玻璃(共十二个,可以分次进行那就是三个了),各装半杯温度为室温,室温加20度,室温加40度的水,三组玻璃并保持玻璃和杯子的温度分别相同。另外一个金属杯四周包裹绝热材料底部不包,里面盛有冰块。
4.        先用三个不同温度杯子,分别盖上室温的玻璃,观察玻璃上结露的情况,
现象:高温的杯子上的玻璃水珠最大。
说明:
a.        盖在高温水上的玻璃水珠最大,说明加热过的水蒸发得多一点;
b.        室温的那块上面没有水珠;为什么?
c.        水在蒸发以后的变成的水蒸气,遇到“温差”还会凝结回水。
5.        再用三个不同温度杯子,分别盖上对应的不同温度的玻璃,观察玻璃上结露的情况,
现象:三块玻璃上都没有水珠,
说明:
a.        蒸发不仅和温度有关,还和环境的温度有关。不管水的温度高低,如果水温、蒸汽温度和环境温度相同,那么水蒸气就不会凝结;
b.        没有水蒸气凝结出来,说明温度相同的时候不会更多的蒸发,这种“水”的、不能继续更多蒸发的现象叫做水蒸气的饱和;
6.        再用三个杯子全部装有中温的水,分别盖上不同温度的玻璃,观察玻璃上结露的情况,
现象:中温和高温的玻璃上没有水珠,
说明:
a.        提高环境温度并不能加快水的蒸发
b.        降低环境温度同样可以加快水的蒸发
7.        再用三个杯子全部装有高温的水,分别盖上不同温度的玻璃,观察玻璃上结露的情况,
现象:高温玻璃板上没有结露,室温的玻璃上水珠最多,
说明:
a.        进一步说明,蒸发和凝结都需要在有温差的条件下进行。
b.        温差越大,蒸发的速度也大。
8.        再用三个个杯子两个装有室温的水一个装中温水,分别盖上室温的玻璃,然后在其中 的一杯室温水的玻璃上方压上装有冰块的金属杯,观察玻璃上结露的情况。
现象:温水加室温玻璃结露,室温水加室温玻璃不结露,室温水加冷冻玻璃结露
说明:
除了加热水本身可以加快蒸发之外,通过降低环境温度同样可以加快水的蒸发速度;
9.        总结:
a.        蒸发的产生和继续必须要在水温和气温之间有差异才可能发生,而且气温必须比水温低才会发生蒸发过程
b.        凝结是蒸发的反过程,没有凝结发生,蒸发就不能继续进行,
c.        发生凝结的条件刚好和蒸发相反,当玻璃板的温度高于气温的时候凝结不会发生,
实验的原理:
        水的蒸发条件是由水面上方的空气中的水汽分压e和水温相对应的饱和蒸汽压E之间的差值(E-e)引起的。当 E>e时是蒸发状态,当 E=e时是饱和,当 E 由于在实际上地球的大气是处处处于几近饱和的状态,所以关于e的值我们可以简单的直接考虑用空气或玻璃板的温度来确定。因而通过改变水温和玻璃温度的搭配组合,就可以揭示,水的蒸发过程的原理。
这一套实验反过来也可以粗略的证明,地球大气到底饱和不饱和。
实验的要点:
水蒸汽有很高的潜热,所以在玻璃板上的结露,可以明显的改变玻璃的温度,也就是蒸发的环境温度。实验的过程时间不能太长,否则玻璃和水的温度平衡了之后,实验的效果就会降低。可以用额外的金属杯装入不同温度的水压在实验时的玻璃片上作为一种保持恒温的手段效果就会明显。
扩展思考:
1.        水蒸气的产生和凝结,只能从水的量上面观察出来。如果我们分别给两个不锈钢的夹层杯注满90度的开水和0度的冰水。会发生什么现象?为什么?
2.        冬天北方室内开了暖气,很干燥,现在有好多加湿产品,利用超声波使水变成雾气。给室内加湿,也有简单的办法,在地上放一盆水或者直接给地面上泼水。这样的方法能给房间里增加湿度吗?为什么?
3.        台风天,风好大,雨也大,风减小了雨也停了,但是地上还是湿湿的两天都不肯干,为什么?
4.        冬至前后总要下一场雨,只要西北风一吹,地面上不到半天就干了,为什么?

进阶实验:
        进阶实验可以放到中学或大学里讨论
进阶实验A
实验目的:
蒸发和凝结过程中的质量守恒。
10.        重复以上的操作4的实验,在玻璃盖上之前用天平称量烧杯里的水量使各个烧杯的水量相等,挑选重量相等的玻璃板做实验或者事先通过打磨把各片玻璃都校成是相同的质量。然后称量三个样本,在玻璃盖上的条件下,不管玻璃上有无结水出来的重量变化。
现象:三个杯子加玻璃,在实验的前后质量都没有变化;
说明:
a.        蒸发的过程在没有直接接通大气的条件下,凝结的水是从杯子内部的水蒸发而来的,水蒸气既没有逸出,也没有渗入;
b.        不同的温度条件蒸发的时候,质量不会发生变化。
11.        重复以上的实验操作7,而只盖上高温和低温的两块玻璃,另一个杯子任其敞开。最后称量三个杯子及玻璃板的重量变化,
现象:盖了玻璃板的两个杯子重量没有变化,没有盖玻璃板的杯子轻了。将盖上低温玻璃的那杯除去玻璃,再行称量,可以发现取除盖子以后的重量和未曾加盖的那个杯子的重量相等。
说明:
a.        蒸发的过程除非有结成的露水或雾的出现,否则蒸汽是看不到的。
b.        高温的水在敞开室温条件下的蒸发快慢和封闭条件下的蒸发快慢相等。
c.        蒸发的过程产生的水蒸气和凝结过程消耗的水蒸气,在温差相同的时候也相同。
进阶A小结:
蒸发和凝结永远是同时发生的两个相反的过程,只要初始温度相同,温差相同不管是在开放还是封闭的环境,蒸发的量还是相同。
进阶A实验要点
相对来说,采用复杂的恒温系统不如使用导热性比较差的塑料烧杯或不锈钢的夹层保温杯相对简易,实验中采用广口的容器以扩大水面面积可以缩短实验所需要的时间。
精密秤的精度感量0.1毫克的电子秤不是很贵。称量超出的时候可以减少水量。

进阶实验B
实验目的:
在饱和概念上初步建立动态饱和的概念。(地球的大气循环就是处于动态的饱和过程中。)为以后大学里的物理化学课里的双膜理论改为四膜理论做准备。
1.        将实验用的烧杯改成烧瓶,
2.        在一个烧瓶里加入高温的水,并保持恒稳。
3.        在另一个烧瓶里加入室温的水。
4.        用玻璃管将两个烧瓶上部连通,玻璃管的外部加热保温。
现象:装有热水的烧瓶水量慢慢的减少,装有室温的水的烧瓶水量慢慢增加
说明:
a.        对于装有高温水的烧瓶,现在是处于非闭环境(尽管整个系统是封闭的);
b.        非封闭环境里的水可以发生蒸发
c.        非封闭环境里蒸发的水分可以在其他的非封闭环境中凝结出来;
d.        对于一个总体上是封闭的环境,系统的总凝结量等于总蒸发量;
e.        对于一个总体上是封闭的环境,总体是饱和的,没有凝结没有继续的蒸发。
f.             思考,玻璃连通管里水蒸气是什么状态?
进阶实验C
将实验的烧杯增加到3个、4个并重复进阶B的实验……
……
……
暂时先写这些开个头,试试这淌“水”是太浅了还是太深了。
斑竹这里先看看能不能通过。急就章,少许结论性的文字,还没有仔细的推敲过,但是实验的方式,可以就这样确定着来。欢迎斧正!!!

[ Last edited by 霁雪 on 2012-12-26 at 05:01 ]
黑暗是光明的缺乏,但是在纯粹的光明中也和黑暗中一样,什么也看不到!
8楼2012-12-25 22:38:55
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狗屁狗

铜虫 (正式写手)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
华丽的飘过: 我也想当一个评论者,但是总该有人当实践者吧?否则评论者能拿什么来评论呢? 2012-11-08 16:54:21
为我国初等教育和中等教育做出一份贡献?
其实,编入中学物理教程的实验已经足够用了.
只不过是因为教学目的是考试,没有能够让实验的精髓得以体现罢了.
任凭你设计的天花乱坠,也改变不了教育制度的不幸.
所以,这个活动不会有太多响应的.
接受这个悲剧吧.
2楼2012-11-08 10:24:28
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13278830580

银虫 (著名写手)

身在百乐中,不见千里马


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
楼主的想法是对的,只不过我也认为目前的确有不少观点是错误的,包括大学及以上的专业物理在内。我更倾向于支持锻炼学生的创新能力和独立思考能力!就目前的学术界而言,存在很大的漏洞空间和可发展空间!如果本论坛能够本着发展中国(物理)科学出发,支持虫虫们发表具有前沿科研水平的论文,公开发表,并且同时在国内刊物上转载(必须注明是何人为原创作者)。也许,本人考虑投几篇独具见解的能代表最前沿的代表作!只有这样,我才觉得有必要抽出一点时间,给出一些结果,并给出严格的证明。刚好本人也业余研究了一种独特的物理理论!只有了解这些,物理才算看到了一丝曙光。
16楼2013-09-23 21:26:53
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韶光流年

金虫 (小有名气)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
华丽的飘过: 此贴只要我在版主一职,永久有效,愿君投稿:) 2012-12-21 09:53:00
教过一年高三物理,见君此帖,顿觉一年来去之急促;如若此帖长期有效,我就可以慢慢找到灵感,做好这实验设计出来的。每天都在跟导师搞项目,只能慢慢捣鼓这实验设计了!!支持!!

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谁曾记一朝负气成今日,只道是四海无人对夕阳!
5楼2012-12-21 09:38:36
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普通回帖

孙彧730

至尊木虫 (知名作家)

优秀版主


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
是否有 中学物理实验教学大纲 做参考
一不小心 就会把大学的东西带进去的
读者的定位也要考虑 是大众化的 还是竞赛化的
当然 竞赛加分可能要取消了
不知道是否还有高中生会参与这些东西
sunyu730_emuch@126.com
3楼2012-11-24 20:33:53
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windyswust

木虫 (正式写手)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
最好实验简单,给更多孩子 一个舒适的高中的生活吧,大学里面淘金吧,想想当时那桌上的书本堆积的比自己坐那都高,哎往事不堪回首
一步一个脚印
4楼2012-12-19 17:24:39
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韶光流年

金虫 (小有名气)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
引用回帖:
2楼: Originally posted by 狗屁狗 at 2012-11-08 10:24:28
为我国初等教育和中等教育做出一份贡献?
其实,编入中学物理教程的实验已经足够用了.
只不过是因为教学目的是考试,没有能够让实验的精髓得以体现罢了.
任凭你设计的天花乱坠,也改变不了教育制度的不幸.
所以,这个 ...

此言差矣!君言其悲催,实则实矣,然亦须力挽之当今新锐当为先行者!

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谁曾记一朝负气成今日,只道是四海无人对夕阳!
6楼2012-12-21 09:42:03
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霁雪

木虫 (正式写手)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
华丽的飘过: 您只要能证明得了就行 2012-12-24 20:41:04
小学的实验可不可以?不过是证明非主流观点的。也就是证明教材是错误的!
错误的纠正也要从娃娃抓起呵!等上了大学怎么也理不清了。
当然,我的那些都和水有关。
黑暗是光明的缺乏,但是在纯粹的光明中也和黑暗中一样,什么也看不到!
7楼2012-12-24 09:52:38
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霁雪

木虫 (正式写手)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
扩展思考参考答案
1. 热水水面会很快降低,冷水水面会溢出杯外。因为热水蒸发了,冷水有水蒸气凝结进去了。
2. 湿度是一个保守量,外界的环境再冷仍然是饱和的,室内的温度高,导致相对湿度降低。用水或喷雾的办法给房间加湿,需要保持水的温度至少高于外界的温度并保持房间密封,在这样的条件下房间可以增湿,增湿的效果不能超过,以水温的饱和气压值所推算得到的相对湿度。水的温度越低增湿的效果越差。如果在玻璃窗等上面有水珠存在,那么不管是用冷水或热水加湿,整个房间的加湿不能超过以玻璃窗的温度下的饱和气压所推算得到的相对湿度值。
3. 台风以后的风,温度往往高于地面温度,所以这时大气中的水蒸气会向地面直接凝结,所以台风以后地面干得慢因为不断有水分在添加进去。
4. 西北风温度低与地面温度。导致地面水分加速蒸发。所以西北风一吹,地面就干。
黑暗是光明的缺乏,但是在纯粹的光明中也和黑暗中一样,什么也看不到!
9楼2012-12-26 09:00:30
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霁雪

木虫 (正式写手)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
引用回帖:
华丽的飘过: 有些名词概念不清晰,我建议您可以以提问题的形式发帖 2012-12-27 02:48:22

斑竹可以明言是哪些“概念不清”吗?
是实验的序言部分的内容吗?实验本身的安排和证明有问题吗?我等着回音!不妨在前面的方案里Highlight出来,我再修改

我们念中学的时候,化学实验里有制备化学常用玻璃仪器的实验,现在的不知还有没有,动手能力对于学生的智力“深层”开发非常重要,因为动手的时候你需要掌握的是必须怎样,而不是仅仅一个了解就够了。
我想,下一个实验的设计,来一个玻璃仪器的烧制的实验你看可以吗,学生的简单一点,老师可以动手做一个玻璃的文丘里管。啊,跟斑竹的实验衔接上了。我不是已经说过要跟伯努利的吗?
再接下去我们就可以用文丘里管给我的一系列“水”的实验提供一些“低真空”的实验条件。
啊哈,真的实验的时候当然可以去买回一个现成的文丘里管来用。弘扬的是一种动手精神呵!

[ Last edited by 霁雪 on 2012-12-27 at 18:45 ]
黑暗是光明的缺乏,但是在纯粹的光明中也和黑暗中一样,什么也看不到!
10楼2012-12-27 05:24:04
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