铅笔在物理小实验中的妙用

摘要

将铅笔与其他物品结合，可以演示许多物理小实验，包括用于力学中测直径、研究摩擦力大小等实验，光学中用于探究光的折射等实验，电学中用于测电阻等实验。从效果看，取材便捷，操作简单，颇具趣味性。

关键词

铅笔 / 物理小实验 / 力学实验 / 光学实验 / 电学实验

为拓展物理实验，提高学生的动手能力和实验技能，将学生常用的铅笔引入物理学习中，结合其他物品可以演示许多物理小实验，如力学中测直径、研究摩擦力大小等实验，光学中探究光的折射等实验，电学中测电阻等实验，受到了学生的欢迎。

1 力学实验

1.1 测细铁丝的直径

【器材】细铁丝、铅笔、毫米刻度尺。

【过程】把细铁丝缠绕在铅笔杆上，并使相邻的匝与匝之间保持紧密接触；用毫米尺测出n匝铁丝的长度L。

【分析】细铁丝直径比较小，不能直接用毫米尺测出其直径，但可用“累积法”测出n匝细铁丝长度L，则细铁丝直径为：D=L/n。

1.2 滚动摩擦与滑动摩擦的大小比较

【器材】几支圆杆铅笔、课本、水平桌面。

【过程】把几支圆杆铅笔相隔一小段距离平行地放在水平桌面上，再把课本平放在铅笔的上面；第一次沿着平行于铅笔的方向拉动课本，感受此时摩擦力的大小；第二次沿着垂直于铅笔的方向拉动课本，感受此时摩擦力的大小。

【分析】沿着平行于铅笔方向拉动课本时的摩擦力为滑动摩擦力，沿着垂直于铅笔方向拉动课本时的摩擦力为滚动摩擦力；感觉第二次摩擦力（滚动摩擦）小于第一次摩擦力（滑动摩擦）。

1.3 压强大小与受力面积、压力大小有关

【器材】铅笔一支。

【过程】双手食指抵住铅笔两端，感觉铅笔尖端食指的疼痛感比铅笔尾端食指的疼痛感明显些；再用较大的力抵住铅笔两端，感觉铅笔尖端食指的疼痛感更加明显。

【分析】第一次感觉铅笔尖端食指的疼痛感比铅笔尾端食指的疼痛感明显，是因铅笔尖端受力面积小，说明压强大小与受力面积有关：当压力大小一定时，受力面积小则压强大；第二次铅笔尖端食指疼痛感更明显，是因压力大，说明压强大小还与压力大小有关：受力面积一定时，压力大则压强大。

1.4 惯性的验证

【器材】铅笔、纸张、桌面。

【过程】用力水平掷出铅笔，铅笔离手后还能在空中运动一段距离；把纸张放在桌面上，再把铅笔放在纸张上，快速抽去纸张，铅笔仍在原处。

【分析】铅笔离手后，水平方向上不受力，但仍运动一段距离，说明运动的物体具有保持原来运动状态的特性；快速抽去纸张，铅笔仍在原处，说明静止的物体具有保持原来静止状态的特性。这两个实验说明，一切物体都具有惯性。

1.5 物体浮沉条件的探究

【器材】铅笔、细铁丝、水、杯子。

【过程】在铅笔杆上缠绕一定圈数的铁丝，再把铅笔放进装有2/3体积水的杯子中；改变铁丝的圈数，观察铅笔杆在有水的杯子中的浮沉情况。

【分析】此实验可以用来研究物体的浮沉条件：浸没在液体里的物体，所受浮力大于重力，物体上浮；浸没在液体里的物体，所受浮力等于重力，物体悬浮；浸没在液体里的物体，所受浮力小于重力，物体下沉。

1.6 力可改变物体的运动状态，也可使物体发生形变

【器材】铅笔。

【过程】松开拿在手里的铅笔，铅笔在重力作用下由静止变为向下运动；用力折断铅笔，铅笔变为两截。

【分析】这两个实验说明，力可以改变物体的运动状态，也可以使物体发生形变。

1.7 重力存在及方向

【器材】铅笔、细线。

【过程】用细线系住一支铅笔，让铅笔自然下垂，发现铅笔在重力作用下拉着细线，细线呈竖直方向且被拉直。

【分析】说明重力的存在及重力方向是竖直向下的。

2 光学实验

2.1 光的折射

【器材】铅笔、水、杯子。

【过程】把铅笔斜插进装满水的杯中，可以看到水中的铅笔部分向上弯折了。

【分析】水中的铅笔向上弯折，是因为光从水中的铅笔部分出发，由水中斜射入空气中使传播方向发生了改变，这是光的折射现象。

2.2 光的直线传播

【器材】铅笔、手电筒、白色墙壁。

【过程】用手电筒隔着竖直放置的铅笔照射墙壁，可以看到白色墙壁上出现铅笔的影子。

【分析】说明光在同一种均匀介质中是沿直线传播的。

3 电学实验

3.1 铅笔芯的导电性

【器材】干电池、导线若干、小电键、铅笔芯、小电珠。

【过程】把上述器材连接成串联电路，闭合电键，发现小电珠发光了。

【分析】此现象说明铅笔芯能导电，是导体。

3.2 用铅笔芯制作滑动变阻器

【器材】铅笔芯、铜丝若干根、干电池、小电键、电流表。

【过程】用两根铜丝分别缠绕在铅笔芯两端，并与其他器材连接成串联电路，闭合电键，改变缠绕在铅笔芯一端的铜丝位置，从而改变连接在电路中的铅笔芯长度，观察电流表示数变化。

【分析】在此实验中，两端缠绕着铜丝的铅笔芯就相当于一只滑动变阻器，利用它能改变电路中的电流大小。

3.3 测量铅笔芯电阻

【器材】铅笔芯、导线若干、小电键、电压表、电流表、干电池。

【过程】先把干电池、铅笔芯、小电键、电流表用导线连成串联电路，再把电压表并联在铅笔芯两端，闭合电键，读出电压表和电流表的示数。

【分析】演示此实验，即可根据电压表和电流表的示数计算出铅笔芯的电阻。

在物理教学中，践行新课标的最新理念之一就是实验。使用身边的物品进行实验探究，一方面，可以拉近物理学科与学生生活的距离，让学生真切地体会到“从生活走向物理，从物理走向社会”^［1］的理念；另一方面，既为学生发展创新思维提供阵地，又为学生今后学以致用打下坚实基础。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 义务教育物理课程标准（2022年版） ［S］.北京：北京师范大学出版社，2022. （上接第67页）

[2] 产生而影响到观察效果；凝固后的不均匀皂基（固体），要存放在阴凉环境中。

[3] 2.4　实验创新点

[4] 该实验用生活中常见易得的材料制作不均匀皂基（固体），便于存放和携带；可重复多次演示实验；该实验适合学生动手操作。

[5] 结语

[6] 创新后的实验效果明显，操作更加简单，在课堂教学中取得了不错的效果。

[7] 学生对不均匀皂基（固体）的制作很感兴趣，部分学生在课后用家里的电磁炉、碗和杯子代替实验室中的水浴加热装置制作不均匀皂基（固体），从中充分感受到了动手操作的乐趣。