钢针扎气球

1.钢针扎气球

引入背景：

在小时候大家可能都经常玩气球，都知道气球碰到尖硬的东西一下子就破裂了。针可能是我们知道的最尖的硬东西了，如果我们用它来扎吹胀的气球，气球一定会破裂吗？

实验器材：

气球一只、穿有线的缝衣针一根（穿线的目的是拿针时方便），细线一小段。

实验步骤：

（1）将气球吹到五六成胀，然后将吹口捏紧。（2）用细线将气球扎紧。（3）将针慢慢从气球吹口的对面（常常把这个位置说成是肚脐眼）扎入气球，使其扎入的深度为针长的三分之二左右（让针扎在气球中保持一段时间，让学生一一观察，针的确是扎进了气球），同时让学生观察气球有何变化，如图1所示。（4）将针拔出（慢慢拔和快速拔均可），再让学生观察气球有何变化。

图1

实验现象：

（1）针扎进了气球，但气球没有破裂，也没有漏气。（2）将针拔出后，气球也没破裂，甚至也看不到明显的漏气。

原理剖析：

吹胀的气球各个部位橡胶皮的张紧度是不一样的，两端（吹口和肚脐眼部位）的张紧度最小，中间的张紧度最大。这一点也可以从吹胀的气球的透明度来判断，中间的透明度最大，说明中间的橡胶皮被张得更紧，即中间的橡胶皮现在最薄，这部分橡皮承受的张力最大。如果再用针扎这些部位，橡皮的拉申形变就更大，当橡皮受到的拉申力超过其所能承受的最大限度时气球就会破裂。而肚脐部位，橡皮的透明度很小，即橡皮的厚度相对其他地方较厚，说明这部分橡皮受到的拉伸形变很小，受到的张力也很小的。如果我们用针去扎这些部位，在针扎入的过程中，如果橡皮的形变还没有超过它的最大限度的话，橡皮就不会发生破裂。如果针尖很尖的话，通常都不会超过其限度，所以气球一般都不会破裂，实验几乎一做就成功。

说明：

（1）此实验能很好地检验学生的观察能力，所以老师演示之后可以先不要揭秘，让学生去亲自动手实验和认真观察之后，自己找出合理的解释方法。（2）此实验可以在初中升高中衔接班上课的时候演示，也可以在新高一第一节课上演示。