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1、“空杯来酒”魔术教具的制作及教学启示作者：何佳娜/曹峻/侯雨晴/方伟作者简介：何佳娜，曹峻，侯雨晴，上海师范大学数理学院（上海200234）；方伟，上海师范大学数理学院，上海市星际和宇宙学半解析研究重点实验室（上海200234）o原文出处：《中学物理》（哈尔滨）2018年第20188期第21-23页内容提要：利用3D打印技术自制“空杯來酒（水）”魔术教具，可一具两用，用来演示“大气压强的存在”以及对连通器原理的解释。该教具可操作性强，简单易做，趣味性强，可极大激发学生的学习积极性，对于培养学生的科学素养，提升教师的实验设计和创新能力具有一定的作用。
2、期刊名称：《中学物理教与学》复印期号：2018年07期关键词:空杯来酒（水）/3D打卬/自制教具/魔术一、"空杯来酒"的制作背景在"大气的压强"一节教学中,验证〃大气压强的存在〃是一个很重要的教学内容。新课标教材有关验证"大气压强的存在"的实验很多。比如：覆杯实验、吸饮料、瓶中取袋、吸盘、马德堡半球实验等。而浙教版教材《科学》八年级上和上教版《物理》九年级上均采用了覆杯实验。如图1所示，该实验方案为：在一个玻璃杯里盛满水”杯□覆盖一张硬纸片。用手托住纸片”把杯子倒转过来。把托纸片的手移开后,观察水是否会流出来,并解释观察到的现象。该实验简单有趣,对
3、没见过的学生来说新奇且具有"震撼性"，有利于大气压的知识引入,因而老师常作为课堂演示实验，但该实验也存在不足。一是尽管学生观察到了杯中水与硬纸片在倒置后并没有下落的现象，但关于现象的解释时[1],有的学生会回答：〃因为纸和杯子黏住了"或〃分子有吸引力"等，如果老师直接解释这是由于大气压的作用，尽管能自圆其说并引出大气压概念，但不能令学生信服。二是若使用玻璃杯进行演示容易掉落,具有一定的危险性。三是若选取的纸片不够硬或具有吸水性,则该演示实验有失败的可能。四是有时教师还会演示装满半杯水的实验，这时纸片可能掉落，也有可能不掉落，对于这种情况，教师不一定
4、能很好地解释其中的原因,也会增加学生理解的难度。基于以上问题,我们设计了一款新的魔术型实验教具，同样能很好地展示大气压，同时还能用作连通器时的教学教具。该教具来源于笔者在指导2017年第五届〃华夏杯"全国物理教学创新大赛时的灵感，最终参赛同学也成功获得教学技能二等奖。下面将从该教具的制作方法、操作过程、实验原理以及该教具的优缺点等方面来介绍。二、〃空杯来酒"魔术教具的制作方法如图2所示，魔术杯为双层空心塑料杯,其中有L丄I丄h个肉眼不易觉察的小孔，「位于魔术杯的内壁底部，J位于魔术杯的外壁上侧部。整个魔术杯制作是通过微软的3DBuilder应用程序
5、进行建模设计，应用3D打印技术对3D模型进行制作，制作过程使用的是FDM（热熔沉积型）3D打印机，完整打印出此杯需要几个小时的时间，制作岀的实物教具如下页图3所示,其中LB经标出。三、〃空杯来酒"魔术的课程设计与实验步骤在课堂引入环节,可以〃魔术“形式呈现如下:老师："同学们，老师今天在上课之前给大家表演一项’特异功能’，就是'空杯来酒’，也就是我能将倒出去杯中酒变回来！大家看好了。"接着老师演示:（1）把教具置于桌面上，向杯中缓缓倒入适量酒水，酒水不要超―点的水位。（注意:巧妙地将―L置于教师内侧，不要让细心的学生看见—）（2）教师较为自然的扌恩
6、住魔术杯侧边的,然后在全班同学面前将教具中的水完全倒出。（3）同时将倒置的空魔术杯展示给学生看（展示的同时教师须继续扌恩住孔厂此时尽管杯内酒水已经完全倒出，但由于大气压的作用,魔术杯空心层内的酒水并不会从―L流出。（注意:在向同学展示魔术杯的时候，要巧妙的不要让学生看到底部）（4）教师将魔术杯正放于桌面上，此时扌恩住―血手指已松开。教师将准备好的绸缎盖住魔术杯。（5）根据物理知识，空心层中的水已开始从杯—k缓缓灌入杯中，教师此时向同学说，"接下来是见证奇迹的时刻"，并果断地喊道“变"。•4矢亠^anrari（6）教师开始掀开绸缎，扌恩诂—k，倒置魔
7、术杯，发现刚已被置空的魔术杯竟能倒出大半杯的水；在学生的惊叹声中，老师发问：〃同学们真的相信老师有特异功能吗？""当然不是！我们要相信科学，不要相信神秘主义。同学们在认真学习了接下来的知识后，你们就会明了其中的原因，并能自己制作一个这样的教具回家演示给你们的家人,充分展示科学的魔力。"注意：（1）由于空心层中的水在倒出后由于大气压的原因仍有留存，该魔术可在不继续加水的情况下进行第二次演示，但倒出的水量会有所减少。（2）此教学设计可同时适用于大气压及连通器等相关章节的课堂教学。四、〃空杯来酒"实验原理的解释由于教具底部和侧―B设计了小孔。当在进行步骤
8、（1）时，由于连通器的原理，水会穿过底部小孔流入空心层，使杯内与空心层内的水面同高（水面最高可吐―L的高度）,当在进行步骤
