① 利用数码单反相机和频闪光源拍摄高中物理实验的自由落体运动的过程方法
数码相机在物理演示实验中的巧用
叶文义(隆山高级中学 浙江瑞安 325200)
摘 要:本文以《平抛物体的运动》一课教学为例,介绍了数码相机在物理演示实验中两种巧妙的运用:一、利用数码相机并配合视频投影系统对演示实验进行现场摄像,实拍实放。二、利用数码相机的“多段”的神奇拍摄功能来拍摄、分析、研究高速运动的物体。
关键词:数码相机 平抛 摄像
随着我国教育体制改革不断深化的步伐,物理教育改革也发展迅速,其中不仅涉及教学内容、教学形式、教学艺术等方面的革新,而且教学手段的现代化、多样化也逐渐成为物理教育改革的重要方面。当前丰富多彩的社会生活中,数码相机的普遍应用已经成为人们生活、工作中不可缺少的得力助手,如何将数码相机的应用引入到物理课堂教学中来,成为一种新型的教学手段,也正是物理教育改革的重要课题之一。笔者根据自己这几年的尝试,发现在课堂教学中特别在演示实验教学中,引入数码相机(带“多段”拍摄功能、摄像功能及视频输出)则会有意想不到的教学效果。下面以《平抛物体的运动》一课教学为例谈谈具体的应用。
在《平抛物体的运动》一课的教学中,平抛运动是怎样分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的?这是教学的重点和难点,要克服这个重点和难点则必需做好相关的演示实验,在教材中设置如图1所示的演示实验和提供如图2所示的频闪照片。
图1 图2
而图1中的演示实验中物体运动太快,学生无法清楚的观察中间的运动过程,只能凭落地时的一个声音来粗略的判断竖直方向是自由落体,更加无法判断水平方向是匀速直线运动。对于这样图2所示的频闪照片,它的缺点在于在拍摄过程中对实验仪器要求较高(需要高精度、高频率的频闪闪光灯),操作过程复杂(严格地说必须在暗室中拍摄,而且有一些具体的摄影专业问题),如果是传统摄影,还需要有一个冲洗等待的过程,其制作过程复杂,不利做课堂演示。而且学生看到的只是一张事先准备好的照片,缺乏真实感和直接感。 在这样的教学方法下,这节课大部分只能是的理论宣讲,学生无法做到通过观察实验、分析实验而自主得出结论,只能凭借自身的能力水平想象该实验的过程和结果,导致学生对平抛运动的分解和规律也只能是机械接受,整节课的教学效果不会太理想。如能巧妙的在演示中引入数码相机,则对突破这一教学难点,会有意想不到的效果。下面具体介绍数码相机在演示平抛运动的两种方法。
一、利用数码相机并配合视频投影系统对平抛运动实验进行现场摄像,实拍实放。
笔者根据教材的内容,对演示实验如图3所示进行改进:把两条一模一样得较光滑得斜槽一高一低固定在竖直演示板左侧,在右上角固定一电磁铁。
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图3
演示时利用数码相机(带摄像功能、视频输出)对演示实验进行现场摄像,实拍实放,引导学生观察、分析“慢镜头”录像片段,从中得出平抛运动的规律,再从而完成该课的课堂教学,则取得较好的效果。具体操作分为以下几步:
1.准备实验仪器和摄像系统器材的选择和连接:演示实验装置如图3所示平放在水平桌面上。准备两个一模一样得铁球。选择高、中档(带摄像功能及视频输出)的数码照相机,自带监视彩屏,装有50万—300万像素、较大尺寸CCD传感器,能达到更高的清晰度。。高、中机装有3X-30X光学变焦镜头,且自动、手动功能齐全。把数码相机直接安装在蛇形管或可调照明灯支架上。将数码相机的信号输出端用屏蔽导线连接到计算机或直接连接到视频投影仪上。
2.演示、拍摄、播放“平抛运动竖直方向是自由落体运动”的实验:取两个一样的的小球,一个放在装置左上角斜槽(较光滑)的某一高度用磁铁吸住,另一个放在装置右角相同的高度用磁铁吸住。用开关自动控制:当第一个小球离开斜槽末端瞬间,另一个小球同时下落,一个做平抛运动,一个做自由落体运动,从背景方格纸可以看出他们在下落的整个过程中几乎都在同一水平线上,最后同时落地。整个实验过程用数码相机拍下,学生观察实物演示后,再让学生直接观察录像,然后对录像片的“慢放”分析,启发学生分析并让学生自己总结出平抛运动在竖直方向是自由落体运动。以下(图4——6)是录像片慢放时的几个镜头。
图4 图5 图6
3.演示、拍摄、播放平抛运动竖直方向是水平匀速直线运动:取两个一样的的小球,一个放在装置左上角斜槽的离水平末段端某一高度用磁铁吸住,另一个放在装置左下角相同斜槽离水平末段相同的高度用磁铁吸住。用开关控制让两个小球同时下落,一个做平抛运动,一个做近视匀速直线运动,从背景方格纸可以看出他们在运动的整个过程中几乎都在同一竖直线上,最后同时到达右边小网袋。整个实验过程用数码相机拍下,学生观察实物演示后,再让学生直接观察录像,然后对录像片的“慢放”分析,启发学生分析并让学生自己总结出平抛运动在水平方向是匀速直线运动。以下(图7——10)是录像片慢放时的几个镜头。
图7 图8
图9 图10
利用数码相机进行拍摄时要注意以下几点:
1. 拍摄时光源既为摄像配光也要有利于学生观察实验,可用日光色高频电子镇流高效节能灯或更大功率得白炽灯,特殊部位得照明有时需要小功率白炽射灯。所有光源均应配装合适得灯罩,以防光线直射数码相机镜头或学生得眼睛。
2. 用数码相机拍摄小球得运动过程,要注意背景和小球之间的反差要大,拍摄时可直接安装在蛇形管或可调照明灯支架上或用三角架,保证相机静止不动。
二、利用数码相机的“多段”的神奇拍摄功能来拍摄、分析平抛运动实验。
所谓“多段”的神奇拍摄模式,具体地说,就是能够在0.5秒内连续拍摄16幅照片,即每隔三十分之一秒拍摄一幅照片,这是极为难得的功能(中、高档的数码相机如型号为SONY-T1索尼相机就有)。只不过在这种拍摄模式下,图片的质量要有所下降,500万象素的照相机,此时每幅照片的象素仅为10万左右(这也是专业数码相机不设这一功能的原因),但对于我们中学物理实验来说,这已经足够了。如图11就是用这一拍摄模式拍摄的平抛运动的照片。而图12是利用Photoshop软件将多个影像合成为同一幅照片后得到的结果,引导学生经数据分析证明,水平方向是匀速运动,竖直方向是匀变速运动,而且可以测出其加速度约为9.7m/s2。
在具体拍摄过程中要注意以下几点。
1、拍摄时间间隔可以选择,如笔者的SONY-T1就有每秒30幅、15幅和7.5幅三种选择,但无论哪一种,每一次都只能连续拍摄16幅照片,因而每一种所能连续拍摄的时间是不一样的,其中每秒30幅能持续拍摄0.5秒,每秒15幅能持续拍摄1秒,每秒7.5幅能持续拍摄2秒,由于能持续拍摄的时间都很短,所以都必须注意拍摄时机的把握,好在数码相机不需要胶片,不行就重新拍。也有部分相机能持续拍摄很长时间,那就更好了。
3、由于拍摄对象是运动物体,所以如果快门速度太慢,拍摄得到的影像就会出现模糊现象,这时需要提高快门速度。当然很多数码相机都是傻瓜照相机,不能进行光圈快门的控制,这时解决的主要方法有:提高拍摄环境的亮度和提高感光度(ISO)设定。如果还不能解决问题,可以使用曝光补偿,以照片曝光不足为代价,来提高快门速度。
4.这种“多段”的神奇拍摄功能也可以配合视频投影系统进行实拍实放,更加具有真实感。
从《平抛物体的运动》一课教学过程的实际效果来看,引入数码相机的摄像功能和“多段”的神奇拍摄功能演示、分析实验为该课的课堂教学创造了更加形象、直观的教学效果,能够吸引学生认知物理知识的浓厚兴趣,对所学知识留有深刻的印象。
数码相机的“多段”的神奇拍摄功能除了在研究平抛运动以外,还可以研究自由落体运动、简谐运动、动量守恒等高速运动的物体. 其中研究动量守恒的实验中,如果物体碰撞后出现反向运动,就很难用频闪摄影来完成了,因为往复运动会使多个影像在同一底片上进行复杂的叠加从而难以辨认,而使用这种“多段”的神奇拍摄功能模式拍摄的照片就不存在这一问题,因为它是连续拍摄多幅照片的。
而数码相机的视频拍摄除了拍摄高速运动物体之外,也用它来拍摄暗环境下干涉、衍射条纹以及示波器波形摄像甚至进行显微镜视场摄像,如在 “布朗运动”演示实验中,将带有摄像功能的数码照相机调试完后与光学通道对接插入立体显微镜摄影接口上,或拔除一个观察目镜插入目镜筒内,将数码相机的信号输出端用屏蔽导线连接到一台大屏幕电视机上,或者连接到视频投影仪上。这样,在大屏幕电视或投影银幕上就可以看到“布朗运动”的大幅画面——大量的黄广告色悬浮颗粒一直做无规律运动。课堂上,同学们在老师指导下,认真观察、分析这些画面,记录某一颗粒在不同时刻的运动轨迹,进行热烈的讨论,加深对布朗运动实质的理解,所有这一切仅用几分钟就完成了,既节省了时间,亦取得了很好的教学效果。
数码相机的摄像功能和“多段”的神奇拍摄功能除了实拍实放外,还可以将拍摄的内容通过视频采集卡采集到计算机中,利用非线性编辑软件Premeiere 6.0编辑成视频文件,再用投影仪投放到银幕上,适合做课堂演示,效果非常好。
总之,在课堂教学演示实验中引入数码相机,使课堂演示实验更加丰富多彩,有效弥补了物理课堂教学中在某些实验方面的缺陷,比用计算机直接模拟的方法更具有真实、直观的特点。因此数码相机的引入是物理课堂教学改革中教学手段的一项创新,将对教育改革和发展起到积极的推动作用。
参考文献:
1. 钱汝兰 物理教学演示的视频拍摄 物理教学探讨 2004,第8期
2. 张 杰 牟其善 多媒体技术在频闪照像法实验中的应用 物理实验 2004,第12期
② 某同学设计一个测定平抛运动初速度的实验装置,设计示意图如图所示,O点是小球抛出点,在O点有一个频闪的
第一空:由于相机的曝光时间时一样的,所以若两个小球的投影的实际距离是相等专的,则可以知道小属球的投影是匀速直线运动. 第二空:对球的第一个位置和其与水平位移x和竖直方向的位移y构成的三角形与投影三角形OBN是相似三角形ON=L,NB=Y, . ![]() |
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③ 考研考央美实验艺术系的话,考专业考些什么内容是油画么难道是装置影像
造型专业
实验艺术目前是油画系下属的但是招研是独立的,你可以去看一下美院官网上的研究生招生目录,考试内容还是比较基础的那些
④ 谁推荐一两个简单又有点有趣的化学小实验(适合高中小朋友做的)
高中书上都是呀,还有“高中小朋友”听上去怪怪的
这些是除了书上另外的:
(一)鸣炮庆祝
用品:研钵、玻璃片、滴管、玻棒、纸。
氯酸钾、红磷、酒精、浆糊。
原理:氯酸钾为强氧化剂,红磷为易燃物,两者之间很容易发生化学反应。用药匙将它们相混时会发生燃烧。将混和物撞击时会发生猛烈的爆炸。
5KClO3+6P=5KCl+3P2O5
操作:将2克氯酸钾晶体放在研钵里研成粉末,倒在玻璃片上。取0.6克红磷放在氯酸钾粉末旁。用滴管吸取酒精滴到两种药品上,使药品潮湿,然后用玻棒将它们混和均匀调成糊状,分成三等分。等它们干燥后分别用纸包紧粘牢。
庆祝开始时,把三个纸包先后用力朝水泥地或砖头上掼,就会发出三声炮响。
(二)玻棒点火
用品:玻棒、玻璃片、酒精灯。98%浓硫酸、高锰酸钾。
原理:高锰酸钾和浓硫酸反应产生氧化能力极强的棕色油状液体七氧化二锰。它一碰到酒精立即发生强烈的氧化-还原反应,放出的热量使酒精达到着火点而燃烧。
2KMnO4+H2SO4=K2SO4+Mn2O7+H2O
2Mn2O7=4MnO2+3O2↑
C2H5OH+3O2→2CO2+3H2O
操作:用药匙的小端取少许研细的高锰酸钾粉末,放在玻璃片上并堆成小堆。将玻棒先蘸一下浓硫酸,再粘一些高锰酸钾粉末。跟着接触一下酒精灯的灯芯,灯芯就立即燃烧起来,一次可点燃四、五盏酒精灯。
注意事项:七氧化二锰很不稳定,在0℃时就可分解为二氧化锰和氧气。因此玻棒蘸浓硫酸和高锰酸钾后,要立即点燃酒精灯。否则时间一长,七氧化二锰分解完,就点不着酒精灯了。
(三)钢丝点火
用品:钢丝、瓶盖、蜡烛、硫粉。
原理:利用铁丝上硫燃烧时火焰很淡,白天在远处看不出来,好象真的是钢丝把蜡烛点着的。
操作:事先把自行车钢丝一端锤扁成凹槽,在槽里放一些硫粉,加热熔化着火,备用。将一支蜡烛点燃后放在桌上。这时用瓶盖将烛焰盖灭,再用钢丝接触烛芯上升的白烟,烛火便复燃。可再盖灭,再点燃。这样一亮一灭,令人暗暗叫奇。
(四)手指点火
用品:研钵、小木板。
蜡烛、氯酸钾、硫。
原理:蜡烛的余烬使硫燃烧。硫燃烧时放出的热量使氯酸钾分解产生氧气,因而硫燃烧得更旺,余烬便着火了。
操作:取1克氯酸钾和0.5克硫,分别放在研钵里研成很细的粉末,然后把它们混和均匀。或者用十根火柴,把头药刮下研细也行。
在小木板上固定好一支蜡烛,并将它点燃。事先用手指头蘸些混和好的药粉。表演时,将烛火吹灭,趁着尚有余烬,把蘸有药粉的手指头,轻轻地向烛芯碰一下,蜡烛便可复燃。可以再吹灭,再点燃。
注意事项:蜡烛的烛芯长约1.5厘米。这样在吹熄后才有余烬。如果用研细的火柴头药,只能在手指头上粘上薄薄的一层。多了,手指上的头药也会着火,可能灼伤手指。
(五)氯气点火
用品:250毫升广口瓶、分液漏斗、导管、玻璃水槽、集气瓶、毛玻片、试管、滴管。
电石、水、浓盐酸、高锰酸钾。
原理:电石和水反应产生乙炔。高锰酸钾和盐酸反应产生氯气。氯气和乙炔反应放出的热使乙炔着火,然后乙炔在空气中继续燃烧。
CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑
2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
C2H2+Cl2→2C+2HCl
2C2H2+5O2→4CO2+2H2O
操作:实验装置如图15-1所示。在广口瓶里放入10克小块电图15-1制取乙炔石。轻轻旋开分液漏斗的活栓,使水慢慢地滴下。等广口瓶内的空气排净后,用排水法收集一瓶乙炔。瓶口用毛玻片盖住,直立放在桌上。另取一支试管放入0.5克高锰酸钾晶体滴入2滴浓盐酸就有氯气产生并充满试管。这时,左手拿开乙炔瓶上的毛玻片,右手把试管里的氯气倒入乙炔瓶里。当乙炔和氯气相遇,便立即着火发出光亮而带浓烟的火焰。
(六)杯中大火
用品:600毫升烧杯、蒸发皿、坩埚、镊子。
乙醚、钾、细砂。
原理:钾和乙醚在常温时不发生反应。当把它们倒入水时,钾和水相遇立即产生氢气并着火,从而引起剧烈的燃烧现象。
2K+2H2O=2KOH+H2↑
2H2+O2 2H2O
C2H5OC2H5+6O2 4CO2+5H2O
操作:在烧杯底部放一厚层细砂,砂上放盛有5毫升水的蒸发皿。向坩埚里注入2毫升乙醚,再放入绿豆大的一块钾。将乙醚和钾的混和物倒入蒸发皿时,杯内立即发生大火。
(七)滴水生火
用品:600毫升烧杯、蒸发皿、镊子、滴管。
滤纸、细砂、过氧化钠、白磷。
原理:过氧化钠和水反应产生氧气并放出大量的热,使白磷着火生成大量的五氧化二磷白烟。
操作:在600毫升烧杯的底部铺一层细砂,砂上放一个蒸发皿。取2克过氧化钠放在蒸发皿内,再用镊子夹取2块黄豆大小的白磷,用滤纸吸去水分后放在过氧化钠上。用滴管向过氧化钠滴1~2滴水,白磷便立即燃烧起来,产生浓浓的白烟.
(八)液中星火
用品:大试管、铁架台、铁夹。
98%浓硫酸、酒精、高锰酸钾。
原理:高锰酸钾和浓硫酸接触会产生氧化性很强的七氧化二锰,同时放出热量。七氧化二锰分解出氧气,使液中的酒精燃烧。但由于氧气的量较少,只能发出点点火花,而不能使酒精连续燃烧。
操作:取一个大试管,向试管里注入5毫升酒精,再沿着试管壁慢慢地加入5毫升浓硫酸,不要振荡试管。把试管垂直固定在铁架台上。这时,试管里的液体分为两层,上层为酒精,下层为浓硫酸。用药匙取一些高锰酸钾晶体,慢慢撒入试管,晶体渐渐落到两液交界处。不久,在交界处就会发出闪闪的火花。如果在黑暗的地方进行,火花就显得格外明亮。
注意事项:高锰酸钾的用量不可过多,否则,反应太剧烈,试管里的液体会冲出来。
(九)冰块着火
用品:大瓷盘、滴管。
电石、钾、冰块。
原理:水和钾反应剧烈,使生成的氢气燃烧。氢气的燃烧使电石和水反应生成的乙炔着火。燃烧所产生的热进一步使冰熔化成水,水和电石作用不断地产生乙炔,因此火焰就越烧越旺,直到电石消耗完,火焰才渐渐熄灭。
操作:取一大块冰放在大瓷盘里,在冰上挖一个浅坑,放入一小块电石和一小块钾。然后向浅坑里滴几滴水,立即冒出一团烈火和浓烟,好象冰块着火似的。
(十)星光飞舞
用品:20毫升塑料瓶、针、酒精灯。
胆矾粉末、镁粉、还原铁粉。
原理:当胆矾粉末、镁粉和还原铁粉落在火焰上时,胆矾的铜离子使火焰呈现绿色,镁粉和铁粉因体积很小,与空气的接触面很大,容易被火焰灼热,所以能和空气中的氧气化合生成氧化镁和四氧化三铁。
2Mg+O2 2MgO
3Fe+2O2 Fe3O4反应所产生的热使四氧化三铁发红,使氧化镁达到白炽状态,于是便出现细小的红光和耀眼的白光。因为金属粉末不是同一时间落在火焰上燃烧的,加上在氧化时被热气流冲开,所以红光和白光四射,一闪一闪好象星光在飞舞。
操作:取胆矾粉末、镁粉和还原铁粉各1克。把它们混和均匀后,放入小塑料瓶里。瓶底用针打一些小孔。然后在酒精灯火焰的上方,轻轻拍打塑料瓶。瓶里的粉末落在火焰上时,火焰呈绿色。在绿色火焰的上方,飞舞着红色和白色的星光,景色十分美丽。
(十一)水中燃烧
用品:研钵、玻璃水槽、直径约4厘米的塑料瓶,铁棒,引火线。
硝酸钾、硫粉、木炭粉、细砂。
原理:黑火药在水中燃烧时,所喷出的大量烟尘和气体足以把水冲开而不影响其反应的继续进行。黑火药燃烧的主要化学反应是:
S+2KNO3+3C 点燃K2S+N2↑+3CO2↑
操作:取硝酸钾5份、硫粉1份、木炭粉1份、分别研细后放在纸上反复拌匀,配成黑火药,备用。
取一直径约4厘米的塑料瓶,把它截成高约6厘米、有底的圆筒。向筒内先装入约2厘米厚的细砂,再填入黑火药。每装入少许,用铁棒捣结实,填满到筒口后,插入引火线(它是用棉绳浸透30%硝酸钾溶液晒干而成的。)再把黑火药压紧。把装好火药的塑料筒,轻轻放入盛有水的玻璃水槽,筒口要高出水面约1厘米。
点燃引火线,不久有大量烟尘和火焰从塑料筒里喷出来。燃烧逐渐蔓延到水下,直到黑火药烧完为止。由于有少量没有烧完的炭粉分散在水中,使水变成棕黑色。
(十二)水中火光
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用品:200毫升烧杯、2毫升移液管、镊子、药匙。
水、98%浓硫酸、氯酸钾、白磷。
原理:氯酸钾和浓硫酸作用,生成易分解的氯酸,产生二氧化氯。二氧化氯很容易分解生成氯气和氧气,同时放热使白磷达到着火点在氧气中燃烧,生成五氧化二磷。五氧化二磷和水反应生成磷酸。
KClO3+H2SO4=HClO3+KHSO4
4HClO3=4ClO2↑+O2↑+2H2O
2ClO2=Cl2+2O2
4P+5O2=2P2O5
P2O5+3H2O=2H3PO4
操作:在烧杯中放入10克氯酸钾晶体,慢慢注入100毫升水,再用镊子夹取2~3块绿豆大的白磷放在氯酸钾晶体中间。然后用移液管吸取浓硫酸2毫升注到氯酸钾和白磷的交界处。这时白磷燃烧,发出火光。
用品:400毫升烧杯、镊子、铁架台、铁夹、试管、带导管的橡皮塞。
氯酸钾、二氧化锰、白磷、40℃的热水。
原理:水的温度达到了白磷的着火点又有氧气存在,所以白磷在水中燃烧。
操作:把5小块绿豆大的白磷投入一个盛有半杯40℃热水的烧杯里。
把6克氯酸钾和2克二氧化锰混和均匀后放在试管里。用带有导管的塞子紧塞管口。给试管加热。将放出氧气的管口靠近白磷时,白磷便立即燃烧,发出闪烁的火光。
(十三)木炭化妆跳舞
用品:铁架台、铁夹、酒精灯、大试管、镊子。
木炭、硝酸钾。
原理:硝酸钾受热先熔化而后分解为亚硝酸钾和氧气。熔化的硝酸钾和木炭接触,反应所放出的热将木炭灼红,生成的二氧化碳把木炭推上去。木炭和硝酸钾脱离接触后,由于重力的作用而落下。木炭就是这样上下跳跃不停,直到它作用完为止。
2KNO3 2KNO2+O2↑
C+O2=CO2
操作:取5克硝酸钾放入大试管里。把试管垂直固定在铁架台上。用酒精灯外焰加热试管底部,使硝酸钾熔化。等有气体放出时,投入黄豆大的木炭并继续加热。一会儿,木炭由黑变红在试管里不断上下跳动,发出明亮的火光。移去酒精灯,木炭还可以跳跃片刻。
(十四)化学灯
用品:铁架台、铁夹、镊子、硬质大试管、酒精灯。
硝酸钾、硫块。
原理:硫和熔化的硝酸钾反应非常剧烈,放出大量的热,使反应中生成的亚硝酸钾被炽热发出耀眼的白光。
2KNO3 2KNO2+O2↑
S+O2=SO2
操作:把装有5克硝酸钾的大试管垂直固定在铁架台上加热试管底部,使硝酸钾熔化。这时拿开酒精灯,向试管里每隔半分钟投入黄豆大的硫块,试管便持续地发出耀眼的白光。
(十五)焰火
用品:研钵、纸筒、引火线(用棉绳浸透30%硝酸钾溶液,晒干而成)。
氯酸钾、硫、木炭粉、硝酸钾、硝酸钠、硝酸钡、硝酸锶、蔗糖、镁粉、三硫化二锑。
原理:焰火呈现红、绿、紫、蓝、黄各种颜色是药品中某些金属元素的焰色反应。
焰色:K,K+(紫色),Na,Na+(黄色),Sr,Sr2+(深红色),Ba,Ba2+(黄绿色)。
操作:按下面的配方(质量比)来配制各色焰火。
红色:氯酸钾4,硫粉11,木炭粉2,硝酸锶33。
绿色:氯酸钾9,硫粉10,硝酸钡31。
白色:硫粉3,硝酸钾12,镁粉1,木炭粉2。
紫色:氯酸钾7,硫粉5,硝酸钾7,蔗糖2。
黄色:硫粉12,木炭粉2,硝酸钾30,硝酸钠5。
蓝色:硝酸钾9,硫粉2,三硫化二锑2。
将所需药品按数量称好,分别研细再混和均匀,装入纸筒,边装边压紧,装好后插入引火线。点燃引火线,火药便燃烧(或用滴入浓H2SO4引燃),发出各色火焰,非常好看。
注意事项:配制火药时,各个成分必须分别研细千万不能混研,以防燃烧或爆炸。反应时将会有较多的烟生成,因此该实验适合在室外进行。
(十六)蜡烛自明
用品:6×6平方厘米木板、30毫升试剂瓶、镊子、滴管。
二硫化碳、白磷、蜡烛。
原理:将白磷的二硫化碳溶液滴在烛芯上,二硫化碳很快挥发掉,剩下细小的白磷颗粒。白磷与空气接触,激烈地氧化放热,使白磷燃烧起来。白磷燃烧时就把烛芯点着了。
操作:取一支点燃过的蜡烛固定在木板上。烛芯要长而松散。在试剂瓶中注入5毫升二硫化碳,再用镊子夹取一块蚕豆大小的白磷放入二硫化碳中,塞上瓶盖,轻轻摇晃,使白磷溶解成溶液。用滴管吸取少量白磷的二硫化碳溶液,滴到烛芯上。不久,烛芯就自燃起来。
(十七)火山爆发
用品:滴管。
烧石膏、高锰酸钾、重铬酸铵、甘油。
原理:高锰酸钾和甘油发生激烈的氧化还原反应,放出的热使甘油着火。重铬酸铵受热迅速分解产生氮气,使三氧化二铬粉末向上飞,迸发出火星。
操作:将烧石膏加水捏成小山,山顶留一坩埚大小的坑,晾干备用。
在石膏山顶的坑中间,堆放高锰酸钾粉末,顶上压一小槽。在高锰酸钾的周围,堆放研细的重铬酸铵粉末。用滴管吸取甘油,滴1~2滴于高锰酸钾的小槽里。一会儿,就可看到有紫红色火焰喷出,跟着又喷出许多绿色的“火山灰”,布满在小山坡上,景象逼真,婉如火山爆发。
(十八)海底火山爆发
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用品:玻璃水槽、20毫升广口药瓶、塑料薄膜、牛皮筋、滴管。
烧石膏,蔗糖、氯酸钾、98%浓硫酸。
原理:浓硫酸和氯酸钾反应生成奇臭的二氧化氯。二氧化氯氧化力极强,能使蔗糖猛烈燃烧。
操作:用烧石膏加水捏成小山,山顶上嵌入广口药瓶,晾干备用。
将10克氯酸钾和10克蔗糖混和均匀,装入石膏山顶的小瓶内。用塑料薄膜封瓶口,牛皮筋扎紧,然后将小山没入水槽的水里。用滴管吸取浓硫酸,刺破塑料薄膜,滴入几滴浓硫酸。火山立即在水中爆发,十分壮观。
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用品:玻璃水槽、墨水瓶。
沸水、红墨水。
原理:沸水和冷水发生对流,沸水上升,冷水下降。
操作:在空墨水瓶里滴入10滴红墨水,再注入沸水,扭紧瓶盖,把它放入水槽里。向水槽里倒入冷水,浸过瓶口约5厘米。然后轻轻地旋开瓶盖,瓶内的红水慢慢上升喷向水面,好象海底火山爆发一样。
(十九)节奏的爆炸
用品:研钵、60毫升锥形瓶、玻棒。
碘片、30%浓氨水。
原理:碘和浓氨水反应生成六氨合三碘化氮。它不溶于水,干燥后,性质极不稳定,轻微的触动,即引起爆炸。
3I2+7NH3=NI3•6NH3+3HI
2NI3•6NH3=N2↑+3I2+12NH3↑
分布均匀细小的六氨合三碘化氮爆炸时没有危险。
操作:取1克碘片放在研钵里,加入5毫升浓氨水。小心研磨3分钟,便得到黑色六氨合三碘化氮的细小固体。加水50毫升,经搅动后倒入锥形瓶中。振荡锥形瓶,使黑色粉末均匀地分布在水中,然后洒在舞台上,让它干燥。干燥后,这时在上面跳舞,随着舞步可发出有节奏的爆炸。
(二十)一触就炸
用品:试管2个、带导管的橡皮塞、漏斗、滤纸、药匙、石棉网、三角铁架、酒精灯。
棉花、2%硝酸银溶液、2%稀氨水、电石。
原理:电石和水反应产生乙炔。乙炔和银氨溶液作用生成乙炔银。
CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑
C2H2+2Ag(NH3)2OH→C2Ag2↓+4NH3+2H2O乙炔银受撞击或受热即发生爆炸分解出银和碳。
C2Ag2→2Ag+2C
操作:
在图15-4左面的试管里加入3毫升水,再放入2小块电石,试管口放些棉花,再把连着导管的塞子塞好。让生成的乙炔不断通入银氨溶液中,即有灰白色的乙炔银沉淀产生。等反应停止后,用滤纸过滤,冲洗,取出沉淀物,放在干净的石棉网上并分成若干绿豆大的小堆。俟其干燥后,一触即可爆炸。也可以把石棉网放在三脚铁架上,下面放一盏燃着的酒精灯。片刻,水分蒸发后乙炔银就发出猛烈的爆炸,同时有火光出现。
(二十一)烧不坏的手帕
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用品:手帕、100毫升烧杯、酒精灯、竹夹子。
酒精。
原理:酒精遇火燃烧,放出热量,使酒精和水大量挥发,带走部分热量。左右摇晃手帕时可散去大量热。这样火焰的温度被降低,不能达到手帕的着火点。
操作:在烧杯中倒入20毫升酒精和10毫升水,充分摇匀,将手帕放入溶液中浸透。用竹夹子夹出手帕,轻轻地把酒精挤掉,然后放在燃着的酒精灯上点燃。手帕着火后,火焰很大。这时要左右摇晃手帕,直到熄灭。火熄灭后,手帕完好无损。
用品:手帕、玻棒、酒精灯。
酒精、磷酸钠饱和溶液、明矾饱和溶液。
原理:浸过磷酸钠和明矾溶液的手帕在晾干后,磷酸钠和明矾所形成的氢氧化铝会把布和空气隔开。因此酒精燃烧产生的热,不能使手帕达到燃点。
2KAl(SO4)2+3Na3PO4+6H2O=3NaH2PO4+3Na2SO4+K2SO4+2Al(OH)3↓
操作:把手帕放在磷酸钠饱和溶液中浸透,取出晾干。再把这块手帕在明矾饱和溶液中浸几分钟,取出晾干。
表演时,把酒精倒一些在手帕上,再用一根玻棒把手帕挑起,在燃着的酒精灯上点燃。手帕着火发出淡蓝色的火焰。火焰熄灭后,手帕一点没有烧坏。
(二十二)烈火中的花布
用品:花布、细铁丝、镊子、酒精灯。
樟脑丸
原理:樟脑丸的化学成分为萘,很容易燃烧。在燃烧时所产生的热量一部分用于使萘升华,所以和樟脑丸紧贴的花布温度被降低,不能达到布的着火点,布就不会燃烧。
操作:用一块小花布紧紧地包住一颗樟脑丸,再用细铁丝扎紧,然后用镊子夹住,放在酒精灯火焰上点燃,转眼功夫,小花布被熊熊烈火包围,烈火中还散发出浓浓的黑烟。将火吹灭后,打开布包一看,樟脑丸变小了,但花布却和原来一样一点没有烧坏。
(二十三)奇异的脱脂棉
用品:脱脂棉、100毫升烧杯、玻棒、铁丝、铁夹四个。
磷酸钠饱和溶液、明矾饱和溶液、30%硝酸钾溶液、浓硝酸(密度1.4克/毫升)、浓硫酸(密度1.84克/毫升)。
原理:用磷酸钠和明矾溶液浸过的脱脂棉,由于在棉纤维上有一层不能燃烧的保护膜,所以不易燃烧。
用硝酸钾溶液浸过的脱脂棉,由于硝酸钾受热分解出氧气的助燃,所以很容易燃烧。
2KNO3 2KNO2+O2↑
用1体积浓硝酸和2体积浓硫酸的混和液浸泡15分钟的脱脂棉,由于棉纤维和硝酸发生酯化反应生成了极易燃烧的纤维素三硝酸酯,取出,洗净、晾干后,火药棉在外表上跟原脱脂棉相似,但遇火即迅速燃烧。
操作:将脱脂棉分为四等份:第一份是原来的脱脂棉;第二份是先放入磷酸钠溶液中浸透,取出,干后再浸入明矾溶液,取出,晾干后的脱脂棉;第三份是浸入硝酸钾溶液,取出,干燥后的脱脂棉;第四份是浸入10毫升浓硝酸和20毫升浓硫酸的冷混和液中,约10分钟后取出,洗净,晾干后的脱脂棉。
将上面四份脱脂棉夹在铁丝上,彼此留5厘米的距离,然后依次点燃。第一份可以燃烧,但速度不快;第二份不易燃烧;第三份容易燃烧;第四份极易燃烧。
(二十四)口吐“仙气”
用品:尖嘴玻璃管、酒精灯、有色塑料管、药棉。
汽油、肥皂液、甘油。
原理:汽油蒸气可以点燃。当汽油和空气混和后遇火会发生剧烈的燃烧并发出爆炸声。
操作:在长20厘米尖嘴玻璃管外套一层有色的塑料管,管内放一段吸饱汽油的棉花球。把尖嘴管对着酒精灯火焰,向玻管的另一端吹气。当气从尖嘴管出来,遇火便燃烧起来。离开火焰继续燃烧。如果向玻管吹气力量稍大时,火焰可以离开尖嘴4~5厘米远,并呈现明亮的蓝色的火焰,十分好看。
这时把玻管尖端浸入滴有少量甘油的肥皂液。取出后,向玻管另一端吹气。当肥皂泡连串出现在空中时,用燃着的酒精棉球去点一个个的肥皂泡,便发出一连串轻微的爆炸声和火球,非常有趣。
(二十五)火灭画现
用品:100毫升烧杯、毛笔、刷子、玻棒、玻璃板、彩色画片。
硼砂浓溶液、明矾饱和溶液、火药棉、丙酮、铝粉。
原理:画片经过硼砂和明矾溶液先后处理过后,在画面上就有一层不易燃烧的保护层。火药棉燃烧迅速,所以画片不会烧坏。
操作:取一张彩色画片,用毛笔在画片上涂一层硼砂溶液,晾干后涂一层明矾溶液,再晾干后备用。
将火药棉放在小烧杯里加入丙酮和铝粉,调匀。然后把火药棉的丙酮浓稠的液体,刷在玻璃板上,刷的面积比画片略大一些。重复刷3~4遍,干后揭下贴在画片上。这时用火柴点燃火药棉。当火药棉迅速烧完时,美丽的画面就出现在眼前。
(二十六)烧不着纸的火
用品:蒸发皿、玻棒、镊子、纸。
二硫化碳、四氯化碳。
原理:二硫化碳是容易燃烧的液体,但四氯化碳却不能燃烧。二硫化碳燃烧生成二氧化碳和二氧化硫,同时放热。
因有四氯化碳在里面,四氯化碳大量挥发时带走了不少热量,因此火焰的温度被降低而达不到纸的着火点。
操作:在蒸发皿中倒入6毫升二硫化碳和16毫升四氯化碳,搅拌均匀。用火点燃后,可以看到淡蓝色的火焰。这时用镊子夹一张普通的纸放在火焰上,纸却烧不着。
(二十七)火能写字作画
用品:白纸两张、毛笔、大头针、香、酒精灯。
30%硝酸钾溶液、3摩/升硫酸。
原理:硝酸钾受热时分解出氧气,使纸燃烧。但由于燃烧时产生的热量不大,所以没有涂硝酸钾的纸不会烧着。
3摩/升稀硫酸在烘烤时由于水分蒸发而变成浓硫酸。浓硫酸有脱水性,使纸碳化,现出画来。
操作:
1.用毛笔蘸30%硝酸钾溶液在白纸上写字,字要大,笔画要简单些,笔迹要连结在一起,在起笔处用大头针戳个小孔作记号,然后晾干。
表演时,用香火在每个字的针孔处点燃,于是火就顺着笔画写出空心字来。
2.用洗净的毛笔蘸硫酸在白纸上作画,阴干后看不出画迹。表演时,把白纸小心地放在火上烘烤,于是逐渐现出墨笔画来。
(二十八)滴水生烟
用品:研钵、坩埚、滴管。
碘片、铝粉。
原理:碘和铝在常温下不发生反应。加水催化剂后,反应便立即发生。反应放出的热使水变为水蒸气,它和碘蒸气和白色的碘化铝在一起形成大量的橙色烟雾。烟雾中混杂着碘升华美丽的紫色蒸气。
操作:取3克碘片放在干燥的研钵内研细,再加入0.2克铝粉。把它们混和均匀后,移入坩埚并堆成小丘,在丘顶上压一小坑。用滴管往小坑内滴1~2滴水。碘和铝立即发生剧烈反应,发光发热,同时产生浓厚的棕色烟雾,烟雾中夹杂着美丽的紫色碘蒸气。
(二十九)杯中烈烟
用品:600毫升烧杯、小量筒、滴管、蒸发皿。
砂、浓硫酸(密度1.84克/毫升)、浓硝酸(密度1.4克/毫升)、松节油。
原理:浓硝酸和浓硫酸的混和液具有强烈的氧化作用。松节油为易燃物,跟混和酸一接触就被氧化放出大量的热,使松节油燃烧,但燃烧不完全析出大量的碳形成黑烟。
操作:在600毫升烧杯底部放1厘米厚细砂。取一个蒸发皿,向蒸发皿内注入5毫升浓硝酸和5毫升浓硫酸,轻摇使混和均匀,然后把蒸发皿放在烧杯里的砂上。用滴管吸取少量松节油逐滴滴入混和酸中,一滴一蓬火,一股烈烟。
⑤ 科技小发明怎样制作一个取暖的东西
如图所示来:
电热丝制热源利用凹镜面反源射型的取暖器。不管台式、立式都可以像电扇一样摇头;有些具有远红外功能,没有噪音。制热速度较快。缺点是电热丝较为脆弱,开启状态下较大的震动可能会对电热丝造成损坏。
电热丝的直径厚度是与最高使用温度相关的参数,直径越大的电热丝,越容易克服高温下的变形问题,延长自身的使用寿命。
电热丝在最高使用温度以下运行,应当保持直径不低于3mm,扁带厚度不小于2mm。电热丝的使用寿命很大程度上也与电热丝的直径和厚度相关。
电热丝在高温环境中使用,表面会形成保护性氧化膜,氧化膜存在一段时间后又会发生老化,形成不断生成和被破坏的循环过程,这个过程也就是电炉丝内部元素不断消耗的过程,直径和厚度较大的电炉丝元素含量更多,使用寿命也就较长。
(5)实验装置影像扩展阅读:
蓄热式取暖器的工作原理是:用耐高温的电发热元件通电发热,加热特制的蓄热材料——高比热容、高比重的磁性蓄热砖,低导热的保温材料将贮存的热量保存住,按照取暖人的意愿调节释放速度,慢慢地将贮存的热量释放出来。
贮存热量的多少可根据室外温度的高低人为加以调节。钢制喷塑的外壳则对整个设备起到保护和美化作用。