一、引言
在高中物理教学中，家庭物理实验是一种非常有趣且有效的教学方式。它不仅能加深学生对物理知识的理解，还能极大地培养学生的观察思考和动手实践能力。像“用手机计步器测量楼梯功率”“用矿泉水瓶制作浮沉子”这样的家庭物理实验就具有很强的代表性。
二、实验原理
- “用手机计步器测量楼梯功率”
- 功率的计算公式为$P = W/t$（其中$P$是功率，$W$是功，$t$是时间）。在这个实验中，人上楼梯做的功$W = mgh$（$m$是人的质量，$g$是重力加速度，$h$是楼梯的高度）。通过手机计步器可以得到人上楼梯所走的步数，再根据每一步的大致高度算出楼梯的总高度$h$。同时，记录下上楼梯所用的时间$t$，就可以计算出功率。
- “用矿泉水瓶制作浮沉子”
- 浮沉子能在水中上浮和下潜是基于阿基米德原理$F_浮=\rho_液gV_排$和物体的重力$G = mg=\rho_物gV_物$。当浮沉子受到的浮力大于重力时，它就上浮；当浮力小于重力时，它就下沉。通过在矿泉水瓶中装入适量的水和空气，改变浮沉子的密度，从而控制它的浮沉。
三、材料工具
- “用手机计步器测量楼梯功率”
- 材料：手机（带有计步器功能）、已知质量的人。
- 工具：楼梯（最好是高度已知或者可以测量的楼梯）。
- “用矿泉水瓶制作浮沉子”
- 材料：矿泉水瓶（最好是小的）、剪刀、橡皮膜、细线、小石块或者金属块（用于调整浮沉子的重量）。
- 工具：打气筒（用于给瓶内打气改变浮沉子的浮力）。
四、步骤现象
- “用手机计步器测量楼梯功率”
- 步骤：
- 首先测量出人的质量$m$。
- 然后从楼梯底部开始，以正常的步伐上楼，同时开启手机计步器，记录下到达楼梯顶部时的步数$n$。如果已知每一步的高度$h_0$，则楼梯的总高度$h = nh_0$。
- 最后记录下上楼所用的时间$t$。
- 现象：人能够顺利地上下楼梯，手机计步器准确地记录步数。
- “用矿泉水瓶制作浮沉子”
- 步骤：
- 用剪刀把矿泉水瓶的底部剪掉，在瓶盖上扎一个小孔。
- 把橡皮膜紧紧地套在瓶口上，用细线系住小石块或者金属块，然后把系着的物体放入瓶内，再把瓶子放入水中。
- 用打气筒给瓶内打气，观察浮沉子的浮沉情况。
- 现象：当瓶内空气较少时，浮沉子下沉；随着瓶内空气增多，浮沉子上浮。
五、对学生能力的培养
- 观察思考能力
- 在这些家庭物理实验中，学生需要仔细观察实验过程中的各种现象。例如在浮沉子实验中，观察浮沉子在不同状态下（上浮、下沉、悬浮）时瓶内空气量、水面高度等的变化，从而思考浮力和重力之间的关系。
- 动手实践能力
- 学生自己动手准备材料、进行实验操作。从制作浮沉子到测量楼梯功率的每一个步骤，都需要学生亲自动手去做，在这个过程中他们会遇到各种问题，比如计步器数据的准确性、浮沉子制作过程中的密封问题等，通过解决这些问题，动手实践能力得到提高。
六、结论
家庭物理实验的创新设计为高中物理教学提供了丰富的资源。通过像“用手机计步器测量楼梯功率”“用矿泉水瓶制作浮沉子”这样的实验，让学生在熟悉的家庭环境中进行物理探究，有效地培养了他们的观察思考和动手实践能力，同时也让学生感受到物理知识就在身边，提高了他们对物理学科的学习兴趣。
喵呜刷题：让学习像火箭一样快速，快来微信扫码，体验免费刷题服务，开启你的学习加速器！
