自制压强钉板演示仪

江 宁

摘   要：刚开始学习压强概念时，学生只对压力概念有肤浅的认识。为了帮助学生理解压强概念，文章介绍了压强钉板仪器的制作，并介绍了如何通过压强钉板的实验帮助学生来理解通过增大受力面积可以减小压强的道理。

关键词：自制教具;压强钉板;受力面积;胸口碎大石;情感交流

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2019）6-0049-2

1    传统的压强实验

压力的作用效果不仅与压力的大小有关，还与受力面积的大小有关，物理中采用单位面积上所受压力的大小即压强来表示压力的作用效果。

传统的物理教材采用的压强小桌实验来演示压强，利用控制变量法、效果对比来说明压强与压力的大小有关，也说明压强与受力面积的大小有关。所有的实验教材上都有介绍。

许多版本的教材在习题和知识拓展中还有如图1所示的压强钉板实验，教师可以通过自制教具来向学生演示如何通过增大受力面积来减小压强。

2    小型压强钉板实验仪的制作与实验

如图2所示，取一块25 cm×25 cm×2 cm左右大小的木板作为底座，接近板的四角对称等距各开一个直径为2 cm的圆孔，从木板中央起向周围以每2 cm为间隔，用电钻各打64个直径为1 mm的小孔，最中间的一个小孔可稍大一点，以便更换长钉，将64根3寸长的铁钉钉入小孔（最中间的铁钉应该是灵活的），取四根直径为2 cm、高度为30 cm的不锈钢钢管作为支架插入底座板四角的圆孔中。

再取一块25 cm×25 cm×2 cm左右大小的木板作为盖板，接近板的四角对称等距各开一个直径约为2.5 cm的圆孔，具体的尺寸以能方便套进四根不锈钢钢管支架为准。至此，小型压强钉板制成。

具体实验如图3所示，将一个小气球放在小型压強钉板的铁钉排上，盖上盖板，并在盖板上放置大质量钩码，此时气球虽然有明显形变，但不破裂。然后，将中央可抽取的一根铁钉换成长铁钉，重复上述实验过程，气球当场破裂。

此实验的悬念性非常强，观赏效果佳，既可以演示，也可以分组，实验巧妙地说明了压强不仅与压力的大小有关，还与受力面积的大小有关。

3    大型压强钉板的制作与演示

如图3所示，取一块80 cm×50 cm×2 cm左右大小的木板作为底座，在木板上以每1.5 cm为间隔，用电钻各打50×30个直径为1 mm的小孔，将1500根5寸长的铁钉钉入小孔，注意整体的钉尖面尽量平整。取一块50 cm×50 cm×2 cm左右大小的木板作为盖板，当人躺在钉板上时，可将盖板盖在身上，盖板上可以站1～2人。

具体实验演示时先将钉板立置，将一个马铃薯轻轻用力就可以钉在钉板的边缘上以显示钉的锋利。然后人平躺在钉板上，身上盖上盖板，请一名学生站立在钉板上，而受压者安然无恙。将站立学生换成多层的砖块，然后请学生用榔头使劲砸坏板上的砖块，受压者同样安全。

此实验的悬念性更强，观赏效果更佳，实验巧妙地说明了压力一定时，受力面积越大压强越小的物理原理。

注意点：为确保安全，制作此仪器前，事先最好将诸多铁钉尖稍微磨钝一点;由于用钉较多，仪器制成后的质量约为30 kg，搬运或移动时比较费力;制作时在木板上横竖以每1 cm为间隔将更安全;实验时身穿一件衬衫即可，不建议光膀子做此实验，笔者曾事先试过，虽然受压身体没有受伤的痕迹，但明显有疼痛的感觉;身上的砖块层尽量多一点，因为砖块越多，惯性越大，砖块因保持原来的静止状态而不容易向下传递力，笔者实验时身上放置4～5层砖块，砸砖块时身体有轻微被打的感觉;躺下与起立时，最好有人帮忙，否则身体如果在钉板上发生平移就容易受伤;为了防止砸出的碎砖伤害头部，实验时最好在头部与砖块层之间放一块挡板;不建议将砖块换成大石头来演示“胸口碎大石”的实验，因为大石头质量太大，虽然惯性大，但在搬移的过程中容易失手砸伤人;此实验最好教师演示，虽然危险性不大，但仍不建议学生躺在钉板上实验。

4    实验后的感想

物理学是以实验为基础的一门科学，通过演示实验和分组实验，不仅能让学生获取最直接的感性认识，而且能培养学生的观察能力，提高学生的实验技能，从而为学生开拓物理思维打下基础。

4.1    压强钉板实验培养了学生的学习兴趣，激发了学生的求知欲

自制的器材本身就有一点神秘性，学生会感叹：这么简单的器材竟然能产生这样的效果。由于此实验真实、直观、形象、生动，有很强的吸引力，极易唤起学生的直接兴趣，而且初中生天生好奇、好动，生动、有趣的实验让他们注意力高度集中，新奇的实验现象更出乎他们的意料，盎然的兴趣培养了学生学习的积极性、主动性和创造性。

4.2    压强钉板实验给学生创设了掌握知识的学习环境

物理概念和规律都是从大量的具体实例中抽象出来的，学生通过直观的压强现象获取了对压强概念最必要的感性认识，清晰的认识促使学生对压强概念产生了明确、具体的认知。学生进入了实验环境，在教师的引导下，通过观察、实验、操作甚至是游戏等亲身体验，促成了对压强概念的掌握。

4.3    压强钉板实验增强了师生之间的情感交流

陶行知先生提出“教学做合一”教育思想，朱小蔓教授提出“情感教育”理论，此实验正是在“教学做合一”的过程中促进了师生的情感交往，教师通过“做”来激发学生的学习兴趣和求知欲、促进学生积极思维和主动探究的同时，形成了积极顺畅的师生情感交流，情感价值得以正视。

参考文献：

[1]陶洪.物理实验论[M].南宁：广西教育出版社，1999：26-31.

[2]田俊恒，张长斌.中学物理教学论[M].哈尔滨：黑龙江人民出版社，1986：138.

[3]刘炳昇，李容.物理[M].南京：江苏凤凰科学技术出版社，2012：80.

[4]宣桂鑫，王明华.滚钉板的体验和解释[J].物理通报，1996（10）：30-31.

（栏目编辑    王柏庐）