魔术纸在初中物理实验教学中的应用

张春超

实验教学与仪器 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (11) : 70 -72.

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实验教学与仪器 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (11) : 70 -72. DOI: 10.19935/j.cnki.1004-2326.2025.11.021
实验改进与创新

魔术纸在初中物理实验教学中的应用

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摘要

尝试利用魔术纸快速爆燃、燃点极低、燃烧迅猛等特征设计围绕初中物理大气压强、机械能与内能相互转化以及电热知识点的物理小实验,不仅能极大提升实验演示的成功率,而且实验的安全性极高,有利于学生在课堂中开展分组实验。夸张、明显的实验现象能快速说明物理原理与问题,践行了朱正元教授提出的“瓶瓶罐罐、拼拼凑凑做实验”的理念,能极大地提升可视化教学的品质和课堂教学效率。

Graphical abstract

关键词

魔术纸 / 初中物理实验 / 大气压强 / 教学

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张春超. 魔术纸在初中物理实验教学中的应用[J]. 实验教学与仪器, 2025, 42(11): 70-72 DOI:10.19935/j.cnki.1004-2326.2025.11.021

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“魔术纸”是利用纸表面涂抹桐油或其他干性油脂制成的一种油性纸,这种纸在魔术表演和电影特技中经常使用。魔术纸遇到明火会急速燃烧,使纸周围出现较大的温度差,由于纸张本身受热后急剧升温并产生上升气流,纸就会飞起来,纸升空的同时对其撒上面粉,就能制造出“爆燃”效果。利用魔术纸速燃、燃点低的特点设计出3例初中物理实验,不仅现象明显、操作方便,而且能有效提升教学效果,不无裨益。

1 在大气压强实验中的应用,气球“抓”酒杯

利用魔术纸快速燃烧且周围温度不至于过高的特点,能显示很多短时间内无法显现的实验现象。例如,在大气压强实验中,为显示大气压强的存在,教师常向塑料瓶中放入酒精棉球,当其燃烧时,迅速盖上瓶盖,能看到瓶子迅速变瘪[1],但酒精棉球的燃烧温度过高,容易出现向瓶口处喷火的现象,引发安全问题。为解决这一难题,引入魔术纸,对上述实验进行改进,使效果更具震撼力。

(1) 实验器材:魔术纸、气球、高脚酒杯、打火机、打气筒。

(2) 实验操作步骤:①用打气筒将气球充气至适当大小;②用打火机将纸片点燃,并迅速投入杯中;③将充气后的气球迅速压住杯口;④用手抓住气球,即可同时提起气球和酒杯。

(3) 实验设计亮点:当气球压在杯口后,燃烧的纸片逐渐熄灭。此时气球末端向杯内鼓出,提起气球后,杯子也一并被气球“提”起来。纸片在杯内燃烧产生高温,使得杯内空气受热膨胀,部分气体溢出杯子,遂致杯内空气密度减小。气球压在杯口后,杯子与外界空气隔绝,当氧气耗尽后,魔术纸熄灭,导致杯内空气冷却收缩,从而使杯内空气压强减小。整个实验操作简单,魔术纸燃烧迅速,实验现象震撼且明显,既可以用于演示实验也可以用于学生分组实验。同时,魔术纸燃烧时周围环境温度较低,实验操作的安全性高。

(4) 实验设计说明:①魔术纸可网购,取材方便、快捷;②魔术纸属易燃危险品,须单独低温保存,且环境要求通风良好,温度不能超过35 ℃;③魔术纸不用时,可用水洒湿保存,使用时将其晒干即可。

2 在空气压缩引火仪中的应用,空气“燃”魔纸

空气压缩引火仪,属于中学实验装备的常用器材。以往,该器材常配备硝化棉一袋,因为硝化棉属于易燃、易爆品[2],现提供的实验套装常配备干棉花两包,教师实验成功率不高。如果用火柴头替代干棉花,固然现象明显,但对下压的力度要求很高,实验成功率也不高,甚至会出现“爆鸣”现象,严重则炸裂空气压缩引火仪的底部,造成实验风险。换用“魔术纸”,可有效改善这一现状。

(1) 实验器材及实验装置:空气压缩引火仪(有机玻璃筒、活塞)、魔术纸;实验装置如图1所示。

(2) 实验操作步骤:①将魔术纸剪成边长为2~6 mm的正方形小纸片,将剪好的魔术纸片放入空气压缩引火仪的有机玻璃筒内;②将空气压缩引火仪上的活塞放置于筒内的上端部分,用手快速向下按压活塞,可以观察到有机玻璃筒内的魔术纸被点燃了,火焰闪亮耀眼。

(3) 提出问题:魔术纸被点燃,能量是如何转化的?该实验通过选择点火材料,优化了教材中的空气压缩引火仪实验,提高了实验的可操作性和成功率,有利于引导学生聚焦分析魔术纸被点燃的物理原理。

(4) 实验设计亮点:用魔术纸替代棉花,优化了实验效果,提高了实验成功率。

(5) 实验设计说明:剪取的魔术纸应大小适中。魔术纸片过大,会使其燃烧瞬间对活塞产生较大的冲击力,导致活塞反弹,存在安全问题;魔术纸过小,会使得燃烧产生的火焰不明显,达不到实验效果。

3 “电流过大的危害(短路)”,电流过大“烧”纸

魔术纸在电学实验中也有辅助作用,可以替代钢丝棉或泡沫,利用其速燃特性将电流过大产生的危害显示出来,起到警示作用。

(1) 实验器材、电热实验装置及实验电路图:自制熔断装置、铅酸蓄电池(DC 12 V,9 Ah)、电流表(DC 10 A)、滑动变阻器(5 A,10 Ω)、开关、魔术纸。电热实验装置如图2所示,实验电路图如图3所示。

(2) 实验操作步骤:①将自制熔断装置与电流表、滑动变阻器和开关串联到铅酸电池上,形成“演示电流过大”电路装置,并将滑动变阻器阻值置于最大值,如图4-a所示;②闭合开关,调节滑动变阻器的滑片P,使电流表示数为2.5 A,稍后可以观察到小蜡环逐渐熔化直至掉落,然后会看到魔术纸燃烧,如图4-b所示;③继续调节滑动变阻器,使电流表示数为4.0 A,这时细铜丝先发生松弛,随后可观察到铜丝发红,当电流增大到5.0 A时,细铜丝会烧断,如图4-c所示。

(3) 提出问题:在电流通过铜丝并改变电流值的过程中,观察到蜡环熔化、魔术纸燃烧,以及细铜丝烧断等现象,其原因是什么?通过自制熔断装置,以细铜丝模拟传统的保险丝,呈现因电流热效应引起的温度变化;通过蜡环的熔化、魔术纸的燃烧和细铜丝自身熔断的现象,形成视觉冲击,直观显示不同电流引起线路发热程度不同的变化过程,从而认识到电流过大的危害。

(4) 实验设计亮点:目前家庭电路几乎不适用保险丝(熔丝),取代其功能的是空气开关,在教学中,如仍介绍保险丝(熔丝)是家庭电路电流过大时自动熔断的保护装置,显然不符合实际。该实验设计克服了现有实验资源与技术的困难,为教学提供一种器材可取、操作方便、可视化效果理想的演示实验装置。其实验优越性主要体现在熔断装置上,它能直观反映电路中电流大小不同时产生的不同程度的危害,现象明显。

(5) 实验活动说明:①熔断装置及蜡环需自制,魔术纸只需要3 cm×3 cm大小即可,细铜丝直径约为0.3 mm,可从单根多股软导线中剥取;②铅酸蓄电池(DC 12 V,9 Ah)、电流表(DC 10 A)、滑动变阻器(5 A,10 Ω)等器材按规格要求配置;③利用魔术纸替代钢丝棉或者铝箔条,可演示短路实验产生的危害。

4 结语

以上实验较好地体现了著名物理教育家朱正元教授所倡导的“瓶瓶罐罐当仪器,拼拼凑凑做实验”的理念。因此,只要充分发挥师生的想象力,创造性地利用身边物品做更多简单生动的小实验,为物理教学服务,就能真正实现“从生活走向物理,从物理走向社会”的教学目标[3]。

际上相当于各自发生了转动,其根源是观察者面对光源和面对不透明光屏时要转动身体所导致的。

显然,要准确描述观察到的凸透镜成实像时光屏上的像的特点,必须说清楚观察方向才能得出准确的答案。如本题所问,其实两个答案都是合理的。这个问题促使笔者进一步思考,怎样才是观察凸透镜成像的正确方式?其实,所谓观察凸透镜成像,是指用眼睛透过凸透镜直接观察物体,看到的是什么现象,成像就具有什么特点。

之所以在实验中要用到光屏,是为了在教学中便于更多的学生观察光屏,从而看到清晰的物理现象。图5就是不用光屏而改用眼睛透过凸透镜直接观察发光体所看到的现象,由图可以清晰地看到——成的像确实是上下左右都颠倒的实像。因此,笔者建议教材应明确指出观察凸透镜成像的正确方式是透过光屏往光源方向观察到的现象,且此处光屏应该以透光的磨砂玻璃为宜。

3 结语

学生在实验操作中,只有采取正确的观察方式,才能将实验现象与已掌握的理论知识联系起来。实践证明,实验观察的正确方式能够帮助学生明晰并深入理解物理概念或规律,启发其思维,提高其物理学习的质量,强化其实验探究能力和质疑创新能力,从而达到提高其学科核心素养的教学目标。

参考文献

[1]

江苏凤凰科学技术出版社.义务教育教科书物理八年级下册[M].南京:江苏凤凰科学技术出版社,2013.

[2]

江苏凤凰科学技术出版社.义务教育教科书物理九年级上册[M].南京:江苏凤凰科学技术出版社,2013.

[3]

余建刚,沈艳文.低成本自制教具在课堂教学中的妙用:以“废弃塑料瓶在高中热学教学中应用”为例[J].物理教师,2023,44(11):54-56. (上接第69页)

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