壹、原理物化背景
壹天，美國雷聲公司的電工技師帕西?斯潘塞在做雷達起振的實驗時，偶然發現放在上衣口袋裏的巧克力糖融化了。帕西是壹個喜歡思考的人，他沒有放過這件偶然的事情，他在想：“好端端的，巧克力為什麽融化了呢？”但是，隨後又有壹次，他剛剛爬上雷達的塔臺，攜帶的巧克力又開始熔化了。看看四周，沒有爐子，只有雷達正在發出強大的電磁波,他猜想電磁波具有加熱食物的功能。經過壹系列實驗研究，他證實了這壹猜測，發現了微波能引起食物內部分子運動並產生熱量的原理。於是，世界上第壹只微波爐於1947年在帕西手中誕生了，他實現了無需用火就能將食物“烹”熟的創舉。
從1864年英國科學家麥克斯韋發現電磁波到微波爐的發明，前後不過80余年，人們就將壹種物理原理轉化成為壹項實用技術，使無數家庭從中受益。這種原理物化的例子不勝枚舉，所以說，物理原理來源於生活，還要服務於生活，更重要的是創造生活。而物理教學的目標就是要將物理原理與創新實踐結合起來，鼓勵學生靈活運用物理知識和科學原理，結合日常學習和生活中遇到的問題進行發明創造和技術革新，不斷提高自己的創新能力。
原理物化1：壓強原理的應用――恒定液位墨水瓶
如圖1所示，該墨水瓶中的鋼筆蘸水處的墨水液位保持恒定，使鋼筆蘸水或吸水時墨汁不汙筆。它所利用的就是物理知識中有關壓強的原理：當使用鋼筆吸水使蘸水處的液位降低後（低於導氣管口），空氣會進入墨水瓶中，此時瓶中壓強增大，將水壓了出來，直到瓶內的壓強與蘸水口液面處的壓強相等。而此時，瓶內的壓強是由進入瓶內的空氣產生的壓強與墨水水柱（墨水液位差）產生的壓強之和，而蘸水口液面處的壓強是大氣壓。以此循環。
二、原理物化步驟
原理物化就是從某種科學原理出發，經過創造性思維設計，將抽象原理固化到某種新產品或新方法的創意和技術方案上，因此它是壹種創造性的實踐活動。首先，創造者需要運用所學科學原理和知識創作壹個產品或壹項新技術，這是創新精神的體現；其次，創造者為了發明新產品，還需要學習和掌握許多實用制作技術，其動手能力也會得到加強；第三，創造者通過創造性思維和動手制作，成功地將科學原理轉化為實物，這將大大激發他們的學習興趣和創造力。
通常，原理物化的創造模式如圖2所示。
1.物理原理探究
物理原理都是由某種特定規律構建的，學習物理原理要做到知其然，還要知其所以然，決不能只滿足於對內容的死記硬背。即不但要知道物理規律的內容，還必須了解它們產生的背景，以及它們是通過對哪些物理現象的分析歸納總結出來的；同時，要重視對物理原理、規律內涵的探究，尤其要重視實驗探究，實驗要盡可能自己動手做，自己發現或得到的規律（即使是重復別人的）更容易理解。
2.創造課題選擇
引導學生用創造的眼光在日常學習、生活和社會活動中尋找不方便、不順手的問題或者不滿意的事物，然後結合所學過的物理知識和原理，進行有目的的發明創造或革新。
原理物化2：虹吸原理的應用――永不漏水的水槽
（1）生活問題：水槽的底部都接有壹個排水裝置，時間壹長由於部件材料的老化導致縫隙加大而滲水，給生活帶來麻煩。
（2）物理原理：虹吸原理
（3）發明創造：設計壹個底部無出口的水槽，然後采用虹吸的辦法向外排水，如圖3所示。將活塞推桿下推到底，水被壓入排水管，根據虹吸原理，水槽中的水源源不斷地自動向外排出直到流光。向上拉活塞推桿到原位即可重復使用。由於該水槽的底部沒有出水口，因此達到了永遠不漏水的目的。
3.相關資料查詢
為了不侵犯他人的知識產權，有必要對自己的創造目標進行調查，即市場調研、網上查詢和專利檢索。如果別人已經制作了相同或相似的產品，那麽妳就不能再繼續研制了，否則就是白費功夫，不能獲得知識產權。
4.物化模型設計
根據基本的科學原理，發揮自己的直覺和創意，設計出選題對象的形態、結構、方法與實施方案，設計方案以取材簡單、結構巧妙、容易實現為佳。
原理物化3：法拉第電磁感應原理的應用――免電池遙控器
（1）生活問題：家用電器普遍都用上了遙控器，造成大量電池消耗，隨之而來的是環境汙染問題嚴重，因此需發明壹種不用電池的遙控器。
（2）物理原理：法拉第電磁感應原理
（3）資料查詢：①經專利查詢，自發電手電筒已經存在，但免電池遙控器還沒有，所以該項目可以研制；②研制時可參照自發電手電筒的原理，這樣做符合發明創造的技法――移植發明法。或者，直接根據電磁感應原理進行制作。
5.其他技能輔助
順理成章指的是寫文章或做事情順著條理就能做好，發明創造亦如此。在創造過程中，所有的科學原理、方法、技巧、經驗和技術都是“理”，只有武裝了這些“理”，妳才能在“創造”的疆場上馳騁，到達成功的彼岸。所以，除了教會學生物理知識和原理外，還要向他們滲透壹些創造方法和技巧，甚至培訓壹些實用制作技術，如組合發明法、機械加工技術等。只有這樣，才有可能化虛為實，將無形的物理原理轉化為有形的發明作品。
6.發明創造成果
按照事先設計的方案，制作壹個模型進行測試，看看該設計方案是不是有效。然後，不斷修改、完善，直至完成作品。
原理物化4：浮力原理的應用――水龍頭停水未關保護器
（1）創造課題：有時候遇到停水情況，而水龍頭又忘記了關閉，當突然來水時容易造成水的外溢，既浪費水資源，又會發生水滲漏而造成其他損失。創造壹個來水即可關閉水路的裝置。
（2）資料查詢：《水龍頭停水未關報警器》已經存在，其他未見相關報道。
（3）物理原理：浮力定義――物體在流體（包括液體和氣體）中，上下表面所受的壓力差。許多教師在驗證該原理時曾做過壹個重要實驗――浮力消失了，如圖4所示。
器材：大小適當的玻璃漏鬥壹個、乒乓球壹只、紅水壹杯。
步驟：①將乒乓球有意撳入水中，松手後乒乓球很快浮起。②用手托住漏鬥，將乒乓球放入其中，以大拇指按住乒乓球，將水倒入漏鬥中，松開拇指，可見乒乓球不浮起，（這時漏鬥柄下口有水流出，這是因為乒乓球與漏鬥間不太密合）。③用手指堵住出水口，可見漏鬥柄中水面逐漸上升，當水面升至乒乓球時，乒乓球迅即上浮。
（4）物化設計與實驗：受到“浮力消失了”實驗的啟發，有個學生發明了《水龍頭停水未關保護器》，其結構原理如圖5所示。
材料：主體均選用PVC管材，大小自定；浮球應選橡膠材質的空心球。
驗證：①將浮球從置球口置入；②將保護器進水管與自來水管道、出水管與水龍頭分別連接好；③關閉自來水進水閥門，打開水龍頭，讓水流光；④打開自來水進水閥門，水龍頭中的確無水流出，說明浮球下沈堵住了水的出口；⑤關閉水龍頭後等壹會，根據浮力原理，浮球應該上浮，再開水龍頭，水應該流出，但沒有水出來。實驗失敗，為什麽呢？
探索：①水未流出，說明浮球沒有上浮，即浮球沒有浮力。什麽原因呢？②事實上，驗證的第④步就已經預示了問題的所在，由於浮球與光滑的管道壁之間無縫隙，導致無水流出，造成浮球下面永遠無水（即使關閉水龍頭也無用），所以浮球得不到浮力，浮不起來也就不足為怪了。③將浮球與出水口之間的管道壁處理得粗糙壹些，使出水口有少量水漏出。④再重復驗證壹次，成功。
（5）創造成果：①選擇合適的材料和壹定尺寸制作出成品；②該保護器有壹個缺陷，即浮球絕不能完全封閉出口，必須讓少量的水流出，這樣也會造成小部分水的浪費。因此，還要進行後續的研究，以完善該創造成果。
綜上所述，物理教學不僅僅是為了提高學生的科學素養，而是要讓學生學會創新、勇於創造，不斷增強自己的技能。原理物化是壹個非常有效的手段。
（責任編輯郭振玲）
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