程文潔 管西巧
(1. 山東省淄博市張店區第四中學,山東 淄博 255000;2. 山東省淄博市張店區第六中學,山東 淄博 255000)
在全球疫情不斷嚴峻的態勢下，校園疫情防控已經常態化，學校的防疫物品也逐漸被師生所熟悉。利用消毒酒精、噴壺、醫用隔離面罩等學校常見的防疫物品進行物理創新實驗，能夠較好地讓學生體會到物理來源于生活，感受物理與科學和社會、生活的密切關系，也可以培養學生利用身邊常見物品進行創新實驗的意識。
學校在進入校門的通道上都裝備了紅外熱成像測溫儀，它是綜合利用了紅外原理、人臉識別、AI等技術，實現了遠距離、多目標、非接觸體溫檢測，能夠對面部或體表溫度進行精確測量，測溫精度高達0.3 ℃。另外，學校還裝備有相同工作原理的小型手持式紅外熱成像測溫儀，在教學中我們可以利用它們演示改變物體內能兩種方式的實驗。
人站在紅外熱成像測溫儀前測出此時的體溫，用手摩擦額頭約10秒鐘后再次測溫，會發現所測的體溫明顯升高，說明對額頭做功增加了其內能。還可以取一段鐵絲，在手持式紅外熱成像測溫儀前反復彎折，也會觀察到鐵絲的溫度明顯升高，同樣說明了對物體做功可以增加其內能。利用手持式紅外熱成像測溫儀還可以進行熱傳遞改變物體內能的實驗，先使用測溫儀測出鐵絲在室溫下的溫度，然后將鐵絲浸入熱水中浸泡約10秒鐘，取出后再次測溫，會發現鐵絲的溫度明顯升高。
75%濃度的酒精能殺死大部分病毒，學校防疫中多用于對學生經常觸摸到的樓梯扶手、門把手、窗戶開關等位置的消毒。配合小噴壺、易拉罐、長柄打火機以及桶裝水空水桶等生活中常見的物品可以進行初中物理熱學和力學的相關實驗。
3.1 利用“易拉罐酒精炮”“礦泉水瓶酒精槍”演示熱機的工作原理
在一易拉罐底部用螺絲刀開一個直徑1 cm左右的小孔，并將其用尼龍扎帶固定在手機支架的夾子上，再將手機支架固定在木板上，如圖1所示，即制成了“易拉罐酒精炮”。在小噴壺中裝入適量消毒酒精，在易拉罐罐口位置噴4—5次，將一次性紙杯輕扣在罐口位置，靜置10秒鐘讓酒精揮發，用長柄打火機在易拉罐罐底小孔位置點火，由于酒精在罐內燃燒后將內能轉化為紙杯的機械能，會觀察到紙杯被打出去。本實驗應該由教師進行操作，并注意安全。
同理，在一空礦泉水瓶的瓶蓋中間開一直徑為2厘米的圓孔，將直徑1.5厘米的PVC管截取約15厘米長，套在長柄打火機上。用小噴壺往礦泉水空瓶中噴消毒酒精4-5次，將PVC管插入礦泉水瓶中即制成了“礦泉水瓶酒精槍”，點火后內能轉化為機械能即可將礦泉水瓶打出去。
3.2 利用“壓扁水桶實驗”驗證大氣壓存在
圖2
準備一只1.8 L的桶裝飲用水空水桶，用注射器抽取10毫升左右消毒酒精，注射入空水桶中，上下左右搖晃，使酒精粘在水桶內壁上，將多余的酒精倒出后靜置約10秒鐘，使酒精揮發。取一張紙巾折疊后用打火機點燃，迅速塞入水桶中，燃燒片刻后用手堵住桶口，由于酒精燃燒排出桶內空氣，降溫后使得桶內氣壓降低，在大氣壓作用下會將水桶壓扁，實現了壓扁水桶和不用手抓即可將水桶提起的神奇實驗效果(圖2)。本實驗也應由教師演示，并佩戴護目鏡確保安全。
3.3 蒸發吸熱實驗
由于酒精具有較強的揮發性，還可以用其讓學生體驗蒸發吸熱現象。用棉簽蘸取適量消毒酒精涂在手背上，觀察酒精變化，會發現酒精很快蒸發掉，用另一只手觸摸會明顯感覺到原先涂抹酒精處溫度要低一些，說明蒸發會吸熱。
噴壺是利用初中生所熟知的流體壓強原理制成，在學校防疫中主要用于噴灑消毒液進行公共區域的消毒，在教室、走廊、校門口等區域都會有裝配，也是學生所熟知的防疫器材之一。利用它也可以制作相應的演示實驗教具用于日常教學。
4.1 “做功改變物體內能”演示實驗教具的制作
圖3
需要的器材有：氣壓式壓力噴壺、最大量程為16 kPa的膜盒壓力表、迷你電子溫度計、自行車內胎氣門芯、PVC軟管、膠槍等。首先在噴壺的壺身鉆兩個孔，在一個孔插入迷你電子溫度計探針并用熱熔膠密封；
在另一個孔裝上自行車內胎氣門芯，為保證良好氣密性，需要墊上膠皮再擰緊固定氣門芯的螺絲。取一段約20 cm的PVC軟管，一端固定在噴壺壺身的氣門芯上，另一端連接膜盒壓力表接口，并用膠槍將壓力表和電子溫度計固定在壺身的合適位置，制成“做功改變物體內能”演示教具(圖3)。當往噴壺里打氣時，會發現壓力表示數增大，溫度計示數增大；
當放氣時會發現壓力表示數減小，溫度計示數明顯降低，并能降低到室溫以下。上述實驗說明：通過做功的方式可以改變物體內能，實驗現象直觀明顯。
4.2 制作紅外感應噴霧手消毒器
圖4
如圖4所示，利用手壓式噴壺等材料制成了紅外感應噴霧手消毒器，實現了人手靠近時自動噴灑消毒酒精對手部進行消毒，人手拿開即停止噴霧的效果，可用于八年級物理“看不見的光”一節中紅外線知識的教學。需要的器材有：手壓式噴壺、紅外感應模塊、TT雙軸直流減速電機、偏心輪、電池盒、開關、導線、硬鐵絲等。首先用膠槍將TT雙軸直流減速電機固定在壺身背面合適位置，并用壓花鋼軸將偏心輪固定在減速電機一側軸上。用硬鐵絲連接偏心輪和噴壺手柄尖端，反復調節鐵絲長度，使偏心輪轉動時帶動噴壺手柄往復運動并能正常噴霧。再用導線將電池盒、減速電機、開關、紅外感應模塊串聯連接，調整紅外感應模塊至合適位置并用膠槍固定即可。本裝置可以指導學生自己去動手制作，在培養學生動手、動腦能力的同時，還能加深學生對串聯電路結構和紅外線知識的理解。
醫用隔離面罩由PET高透材質面屏、海綿、松緊帶等組合制作而成，是醫護人員在面對潛在傳染性疾病患者時佩戴的面部防護用品。在校門口值班、采集核酸時經常會見到醫務人員佩戴，在學校的防疫物資中也都有儲備。我們可以利用面罩上的PET高透材質面屏制作偽3D全息投影儀，來提高初中學生學習光學知識的興趣。首先，在坐標紙上畫出一上底為1 cm、下底為5 cm、高為3.5 cm的等腰梯形，然后根據線條在面屏上裁剪出四個相同的等腰梯形，再將四個梯形用膠粘合成一個金字塔狀漏斗。在較暗的環境下，將播放3D全息視頻的手機或平板，倒扣在漏斗小口上方，并確保四個分屏畫面在漏斗的中間位置。我們就能從塑料片的各個方向都能觀察到一個立體的像(圖5)。此實驗裝置制作簡單、效果明顯，學生在家完全可以選用相近透明材料獨立制作完成。為了使實驗現象更加明顯，我們還可以將上述用隔離面罩面屏制作的金字塔狀漏斗作為模具，堵住漏斗小口，往里注滿環氧樹脂水晶滴膠(其中A膠、B膠需要按3∶1的比例混合后攪拌均勻)，靜置24小時后環氧樹脂水晶滴膠會充分固化，便得到一實心、透明的偽3D全息投影裝置，利用它所成的立體像會更加清晰。
圖5
利用生活中常見的防疫物品進行初中物理創新實驗、自制教具，不僅能夠開闊學生視野，提高學生學習物理的興趣，促進學生主動建構物理概念，還能創造有利條件培養學生的科學探究能力和創新能力，切實提高學生的物理學科核心素養。
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