活用气球 妙趣横生

雷韫铫 雷庆 何宪文

摘   要：利用气球可以设计许多初中物理实验。通过丰富多彩的气球实验，可以更好地理解物理概念、探究物理规律，培养学生的实践和动手能力，激发学生的学习兴趣。

关键词：气球;低成本物理实验;压强;实验探究

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2022）2-0058-3

气球承载了我们儿时的天真烂漫， 五颜六色的气球像一根线可以串联起我们多彩绚丽的童年。气球在物理教学中也有许多妙用，利用气球可以实现许多低成本物理实验，并激发学生的学习兴趣。

1    利用气球探究压强的决定因素

实验器材：气球，图钉，双面胶。

实验步骤：（1）将一个气球装满水，然后将气球放在一个图钉上，气球被图钉扎破了，水花四溅（图1）;（2）将多个图钉摆成矩形状，并用双面胶将图钉粘在塑料板上，将一个气球装满水，然后将气球放在图钉床上，气球居然完好无损（图2）。同样的一个水气球，怎么会出现两种不同的命运呢？

实验原理：压强等于物体单位面积上的压力，在压力一定的情况下，受力面积越小，压力的作用效果即压强越大，所以一根图钉扎破了水气球，而多个图钉组成的图钉床受力面积较大，压强较小，所以没有扎破水气球。

生活中的“磨刀不误砍柴工”，是为了减小受力面积增大压强。相反，铁轨的枕木、坦克的履带则是增大受力面积，从而减小压强。

2    利用气球探究液体内部的压强

实验器材：气球，透明塑料瓶，橡皮筋。

实验步骤：（1）将透明塑料瓶装满水;（2）用橡皮筋将气球膜绑在塑料瓶开口端;（3）将塑料瓶倒置，发现气球膜向外发生了较大的形变;（4）将透明塑料瓶缓慢倾斜，发现气球膜的形变逐渐减小（图3）;（5）最后，用针沿四面八方将气球刺几个小孔，将气球套在水龙头上，我们发现水从气球的各个小孔四面八方冒出（图4）。

实验原理：液体受到重力作用，且具有流动性，所以液体内部存在压强，液体内部的压强与液体的密度和深度均有关。对于同种液体，深度越深，压强越大;同一深度处，液体向各个方向的压强相等。将塑料瓶倾斜，减小了塑料桶底部液体的深度，压强减小，气球膜的形变逐渐减小。图4实验中，液体内部各个方向均有压强，所以水四面八方从小孔冒出。

生活中水坝建成上窄下宽，因为深度越深处，水的压强越大。 测量血压的水银血压计，就是用水银柱的高度来测量血压的大小。

3    利用气球可以探究气体的压强

实验器材：两个气球，两根细线。

实验步骤：（1）将一个气球吹满气，用细线系上，向气球吹气，气球跑了（图5）;（2）将另一个气球吹满气，用细线系上，将两个气球平行挂在一起（图6），往两只系着细线的气球中间吹气时，气球很轻，它们应该也会被吹走吧？奇怪的事情发生了，两个气球居然相互靠近而不是远离（图7）。

实验原理：这是因为流体流速越大，流体压强越小，向两气球中间吹气，两气球间的空气流速大于两气球之外的气体流速，两气球间的气体压强小于两气球之外的气体压强，两气球在气体压力差的作用下相互靠近;气体流速大的位置压强小。

生活中，将一枚硬币放在桌面上，往硬币上方吹气，我们发现硬币会往上“跳”起来，表明硬币上方的气流越大时压强越小，而硬币下方的气流小压强大，形成向上的压强差把硬币“托”起。飞机要飞上天，需要一个向上的升力，因此机翼有一定的仰角，当空气经过的时候，少部分空气往上走，大部分空气则往下走，上面空气较少，流速很快，而流速快的地方压力很小，因此機翼上方向下的压力就小于机翼下方向上的升力，升力往上推，飞机自然就飞起来啦（图8）。其实抽油烟机也是利用这个道理。

吹气球也有学问，我们发现吹气球时开始比较费力，需要一鼓作气猛力地将它吹开。可是，吹开以后，就感觉不那么费力了。这是为什么呢？

实验器材：两个气球，吸管，夹子。

实验步骤：（1）取两个规格相同的不同颜色的气球，将它们分别吹成一大一小的形状，用橡皮筋扎紧（图9）;（2）将一个夹子压在一个吸管中间，做成一个开关阀，将吸管两部分隔开;（3）把大小两个气球的预留口部分用橡皮筋分别捆扎在开关阀两侧;（4）将开关阀打开，你会发现一个有趣的现象：小气球越来越小，大气球越来越大（图10）。

实验原理：气球内的气压与气球的球面半径有关，球面半径越大，气压越小。小气球内的气压比大气球内的气压大，小气球把大气球吹起来了，气体不断从小气球流入大气球内，一直到两边气压平衡为止。原来气体的压强宏观上与气体的体积和温度有关，一定质量的气体，体积越小，单位时间气体与容器壁撞击的次数增加，压强就增大。气体体积一定时，温度升高，分子运动加快，同样气体与容器壁撞击次数增加，压强也增大。

我们观察水中金鱼吐出的气泡，气泡上升过程中体积会逐渐变大。原来，一定的水深时，气泡内气体压强等于气泡外水的压强，当气泡上升时，气泡外水的压强会变小，由于气泡内气体压强的作用，气泡的体积就会变大，从而内部压强变小，跟气泡外水的压强相平衡。

4    利用气球可以探究小车的动力

用于冲洗地面的软水管，当水从管口射出时，水管会旋转起来。那么，我们可否用气球让小车运动呢？

实验器材：小车，吸管，胶带，橡皮筋。

实验步骤：（1）用橡皮筋把气球和吸管绑好，用胶带把它们固定在车子的底盘上;（2）将气球吹满气，然后放到路面上测试;（3）调整吸管的方向，使得小车跑得既平又稳，把吸管的方向固定住，如图11所示。

实验原理：根据动量守恒定律，物体的质量与速度的乘积称为动量，在一定条件下，物体系统的动量守恒。气球中的气流向后冲，给小车一个反作用，小车就会向前运动，所以，气球吹出的气流充当了小车前进的动力。

生活中的烟花为什么可以升空呢？点燃烟花后其产生的火焰热气向下排出，产生的反作用力将筒体反向弹起，从而让烟花升空。火箭升空也与之类似。

生活中物理无处不在，只要我们留意观察生活中各种各样的物理现象，认真思考，就会发现其中的物理规律，对生活的感知由表象而转为内在，从生活走进物理。同时，我们可将学到的物理知识和物理规律运用到日常生活中去，大胆实践，努力解决实际问题，学以致用。

参考文献：

[1]张伟，郭玉英，刘炳升.非常规物理实验：有待深入开发的重要物理课程资源[J].物理教师，2005，26（09）：47-50.

[2]罗星凯.低成本、高智慧的物理实验欣赏[J].物理教学探讨，2000，18（09）：1-3.

[3]廖伯琴.物理八年级[M].上海：上海科学技术出版社，2017.（栏目编辑    蒋小平）

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