資源簡介

利津縣北宋鎮(zhèn)第三中學(xué)校本課程科技活動課自編教材
序言 什么是科技小制作
一、什么是科技小制作
我們是怎樣來定義“科技小制作”的？
1、首先解釋什么是“制作”
制作就是動手去創(chuàng)造一件原來并不存在的東西，買的不算。
2、什么是“小”制作？
①體型小，蓋房子、造汽車不算；
②結(jié)構(gòu)簡單，計算CPU芯片體積夠小了，但那顯然是“大”制作，一般只要制做幾個零件，再組裝起來就做好了；
③材料好找。很多材料在家里就可以找到，如空紙盒、牙膏皮、泡沫塑料、罐頭筒、廢圓珠筆芯、壞了的玩具、鐵絲、鐵片等。
④加工容易。多數(shù)項目工藝技術(shù)要求低，不需要復(fù)雜的加工設(shè)備，一般通過家用工具就能夠完成。
⑤花錢少。有些項目甚至可以不花錢，不會增加家庭負(fù)擔(dān)。
⑥見成果快。不少項目只要一天、半天就可以做成，符合少年兒童心理，容易推廣普及。
3、如何才算“科技”小制作？
用手挖塊泥巴，捏成泥人，這個不算。因為沒利用任何工具，所以你捏得好只能算藝術(shù)品，跟科技不搭邊。只要制作過程中使用了比螺絲刀更復(fù)雜的工具，都應(yīng)該算在科技制作里面。科技分成“高”科技和“低”科技，我們只關(guān)注于低科技。
二、科技小制作的組織形式
1．單獨制作
這是課外科技小制作的主要組織形式，學(xué)會從書刊、電視、廣播、互聯(lián)網(wǎng)以及專家那里獲得信息，自主搜索、分析、加工信息，養(yǎng)成獨立學(xué)習(xí)的能力。只有這樣，在學(xué)習(xí)過程中你才能激活已有的知識，運用已有的知識儲備去探究、解決現(xiàn)實問題。
2．小組合作制作
合作是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要動力。學(xué)會共同生活，培養(yǎng)在活動中的參與和合作精神將使你終身受益。課外科技小制作也是如此，有效地開展合作學(xué)習(xí)活動，可以喚醒你沉睡的潛能，激活封存的記憶，開啟封閉的心智，可以做到個抒己見，取長補短。
3．和家長一起制作
在面對紛繁復(fù)雜的科學(xué)世界時，相信你會產(chǎn)生無比的激情。我們應(yīng)該懂得到校園、家庭、大自然中去學(xué)科學(xué)、用科學(xué)，其中家庭是科學(xué)活動中一片重要的天地，我們可以和父母一道參加科技小制作。
三、科技小制作的一般方法
科技小制作的一般方法有以下幾種，但每件科技產(chǎn)品的開發(fā)，并非只用了一種科技創(chuàng)作方法，有時，是多種方法綜合運用的結(jié)果。
1．模仿法
模仿法是中學(xué)階段主要的科技創(chuàng)作方法。例如魯班師傅模仿茅草的特征，發(fā)明了鋸子。模仿法會使人產(chǎn)生新奇的創(chuàng)意，有時會使真產(chǎn)品得以改進。
2．組合法
組合法是把幾個事物合成（絕非多事物的簡單相加）新事物的方法。組合法可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)、加強功能、取長補短。如將通電螺線管和鐵心組合，便成了電磁鐵；將支架、銜鐵、電磁鐵、彈簧的動靜接觸點組合，就成了電磁繼電器。
3．分解法
就是將一個事物分解成幾個新事物的思維方法。如從舊電視機中分離出收音機來，從舊收音機中可以分離出音箱元件來。可見，分解法是組合法的逆過程，又稱負(fù)組合法。
4．集中法
集中法是指收集信息、分析問題、思考問題都指向一個中心，指向一定的目標(biāo)或結(jié)果。如要某人出差到某地，可以乘坐多種交通工具，他最終選擇一種合適的交通工具去。又如物理教學(xué)中的一題多解正是集中法的體現(xiàn)。
5．逆向法
逆向法又稱對立法或轉(zhuǎn)化法，人們通過逆向思維的方法找出已有事物、信息對立狀態(tài)。它探索了許多新問題，創(chuàng)造了許多新事物。如牛頓第一定律描述了不受力的物體將靜止或勻速直線運動。教師可以引導(dǎo)學(xué)生逆向思維：保持靜止或勻速直線運動的物體受力情況又如何？
6．否定法
否定法是指對現(xiàn)實事物、信息、思路進行否定從而提出新事物、新信息、新思路的思維方法，教師應(yīng)常問學(xué)生：如果不是這樣？那會怎樣？如選擇做導(dǎo)線的材料，不用尼龍線繩，能否用鐵絲、鋁絲、銅絲？千里眼看不遠(yuǎn)，能否用電視、雷達？
7．移植法
是指將某個概念、原理、方法或器材運用到另一個問題上，發(fā)明新成果的創(chuàng)造方法。如將磁極間的相互作用原理“同名磁極互相排斥，異名磁極互相吸引”移植到火車上，可以制造出時速高達300km的磁懸浮列車。
8．希望法
是指對某事物提出某種希望，某種要求，然后再想辦法解決的創(chuàng)造方法。如我們希望一個定值電阻的阻值發(fā)生可大可小的變化，便創(chuàng)造了滑動變阻器。希望溫度計離開人體后溫度不再下降，便創(chuàng)造出了細(xì)小縮口的體溫計。
9．還原法
還原法是指先想到某一原理或現(xiàn)象所揭示的本質(zhì)問題，某器材或方法的原本作用，即找到問題的起點，然后從這一起點出發(fā)進行創(chuàng)造性思維的方法。如看見了雨傘，就想到它原本作用是為了遮雨。因此，遮雨是問題的起點，然后圍繞“遮雨”這個問題，找到許多新辦法，如：修建房屋可遮雨，洞穴中可以遮雨。
四、科技小制作的具體過程
科技小制作一般分為準(zhǔn)備階段、醞釀階段、豁然開朗階段、驗證階段。
1、準(zhǔn)備階段
要開展科技小制作活動，首先是針對要解決的問題收集材料、分析材料、分析自己要解決的問題。不要急于求成，沒有充分的準(zhǔn)備，將會一事無成。這就是準(zhǔn)備階段。
2、醞釀階段
醞釀階段是提出問題和解決方案的最艱苦的環(huán)節(jié)，要對各種材料進行深入細(xì)致地分析，進行消化、吸收。真創(chuàng)造往往要經(jīng)歷漫長的醞釀期，如大科學(xué)家愛因斯坦經(jīng)過“十年沉思”和“十年深思”才創(chuàng)立了廣義相對論。
3、豁然開朗階段
經(jīng)過一段時間的醞釀期后，常常會出現(xiàn)靈感，也就是“柳暗花明又一春”的新境地，這就是豁然開朗階段。
4、驗證階段
因靈感不等于邏輯思維，經(jīng)靈感獲得的結(jié)果，必須經(jīng)嚴(yán)密的邏輯推理并結(jié)合實驗進行檢驗，對不合理的地方要進行修補使其達到完美，這就是驗證階段。
電磁秋千
這種電磁秋千最早是在一位中學(xué)物理教師的博客里看到的，后來在“興華教育網(wǎng)”里又看到有視頻。它的優(yōu)點是，不使用任何電子元件，僅僅利用電磁現(xiàn)象，就能讓小秋千往復(fù)動起來，即保證了趣味性，又方便未學(xué)習(xí)電子電路的中學(xué)生理解。
使用的材料：漆包線、銅絲、干電池、電池盒、釹鐵硼小磁片、螺絲釘、木板、塑料小藥瓶、夾子、萬能膠；

使用的工具：螺絲刀、尖嘴鉗

我用的是直徑大約2mm的粗銅絲，家用電源入戶線就是這么粗。首先帶上手套，把銅絲捋直。

用鉗子剪下大約15厘米長的2段銅絲，彎成如下圖的形狀，分別用螺絲釘固定在木板上，做成秋千的支架。有個小技巧，把2根銅絲并在一塊加工，就能使支架的左右兩個部分一模一樣，看起來美觀。

我用的是直徑大約0.5毫米的漆包線2米多長，密實地纏在小藥瓶的一頭，繞成一個線圈。當(dāng)然你有專門的繞線車更好，不過不能有鐵磁性。最后把線頭打結(jié)，防止散開。

將漆包線的兩端絕緣漆去掉，一端纏繞在右側(cè)的支架上，要求接觸良好，能夠?qū)щ姟Ａ硪欢丝粘觥?br/>
再截一段大約是支架寬度2倍長的銅絲。

這段銅絲做成秋千的擺動部分。如下圖，我用了6片比紐扣電池略小的釹鐵硼小磁片，要求秋千擺的下端略高于藥瓶加磁片的高度。

用萬能膠或少許502膠把磁盤粘在擺的下端，要求擺動的過程中小磁片底部盡量接近但不能接觸藥瓶的頂端。

用夾子固定一根兩端剝開的導(dǎo)線，要求是多股銅導(dǎo)線，這段導(dǎo)線裸露部分看起來是銀色的，但不表示那不是銅絲，只是表面鍍了鋅而已。加上這段導(dǎo)線才能構(gòu)成整個電路的通路，而且與秋千擺接觸的那一端尤其重要，我們管它叫“電刷”，正是它代替了某些電子元件的作用，使電磁擺能往復(fù)擺動起來。

最終結(jié)構(gòu)是這樣的。擺的兩端向下彎折，是為了讓它在擺動的過程中不發(fā)生側(cè)滑。接好電路，當(dāng)電刷的尖端輕輕接觸擺的右側(cè)下端時，電流從電池組正極出發(fā)，經(jīng)過漆包線圈、右側(cè)支架、擺的右端，通過電刷回到電池負(fù)極。

電流通過漆包線圈時產(chǎn)生磁場，如果磁極方向與擺上的磁片相反的話，擺就會被推開，反之需要對調(diào)電池組的極性。保證電刷的尖端微微接觸擺的右側(cè)銅絲，就會看到：擺被磁力向后推開，與電刷分離——擺在重力的作用下回復(fù)到中間位置，與電刷接觸——擺越過中心位置，被磁力推向前，與電刷分離——擺在重力作用下回復(fù)中間位置，與電刷接觸，再次又越過中心位置……如此往返擺動。
如果你自己動手來做這樣的一個電磁秋千，但是不能成功，可能有以下原因：
1、使用了鐵絲，或秋千擺上的磁鐵與螺絲釘、夾子、電池組距離太近。因為這里的電磁鐵產(chǎn)生的磁性十分微弱，所以要防止其它鐵磁性物質(zhì)對磁場的干擾；
2、電路未導(dǎo)通，電路導(dǎo)通時會看到電刷尖端與構(gòu)成擺的銅絲之間打出的火花。請檢查電池組是否有輸出，或擺的活動部件之間是否接觸良好，如銅絲表面不清潔應(yīng)用砂紙打磨，還有漆包線的漆是否去干凈；
3、電刷太硬，與擺動部分的銅絲接觸部分太大，以至于阻礙了擺動。只要幾根軟銅絲，尖端一點點接觸就足夠了！
4、擺動阻力太大。檢查擺動部分與支架的接觸點。
跟市場上出售的商品，比如胳膊來回擺動的招財貓什么的電路相比，這個電磁秋千由于未使用任何電子元件，因此效率是十分低的，只需一會兒兩節(jié)干電池的電就差不多費完了。以后我們會推出電子電路的電磁擺，其實也不怎么復(fù)雜。
第2課 制作簡易日晷
一、古代的時鐘——日晷
在機械鐘表發(fā)明之前，人們通過觀察太陽來判斷時間，比方太陽升到頭頂最高的位置，時間就是正午了。其實時間的概念就是來自太陽，例如我們把兩次太陽升起之間的時間分成24小時，稱為“一日”。
在一天當(dāng)中不同的時間段，陽光下地面上物體投射的影子的長度和角度都不同，通過測量同一物體影子的變化，就能確定太陽的運行情況，從而得到精確的時間。這種測量時間的儀器被稱作“太陽鐘”，我國古代則稱其為“日晷”。
下圖1就是一種中國古代的日晷：
人類使用日晷的時間非常久遠(yuǎn)，古巴比倫在6000多年前就開始使用了，中國有明確記載的是在3000多年前的周朝。這種古代的時鐘精度一點不比后來的機械式鐘表差，而且不但能顯示一天之內(nèi)的時刻，還能顯示節(jié)氣和月份。當(dāng)然它的缺點也是顯而易見的，笨重而且看不到陽光的時候不能用，比方陰天或晚上。
二、簡易日晷的制作
我們首先制作一個簡易的日晷，來感受一下這種儀器的工作原理。
1、使用的材料
方便面的紙桶、橡皮泥、竹簽和筆。

2、制作過程
（1）用橡皮泥把竹簽固定在桶的中央，保證豎直向上。
（2）然后把它放在陽光能直接照射到的地方，竹簽會在桶壁上投射一個影子。這個影子的位置是隨時間變化的，手里拿一塊表，每到正點的時候就用筆在桶壁上作一個標(biāo)記。比方這時候手表顯示的是上午“9”點，那么你就在影子的位置畫個標(biāo)記，寫上“9”。注意紙桶的位置不能再變了，那么明天上午竹簽的影子再到你做的標(biāo)記“9”上的時候，此時的時間就是9點。
誰也不能整個白天守在這東西旁邊做標(biāo)記，所以你大概要花上幾天的時間來做完所有的標(biāo)記，以后就可以用它來代替手表計時了。
通過上面簡易日晷的制作，我們對日晷的工作原理有了一個大概的認(rèn)識，當(dāng)然真正的日晷要比這個復(fù)雜得多。要制作一個真正的日晷，還必須先了解一些天文學(xué)的知識。

地球繞地軸自轉(zhuǎn)，同時繞太陽公轉(zhuǎn)。一天之內(nèi)時間的變化是自轉(zhuǎn)造成的，由于相對太陽來說地球是“斜著身子”旋轉(zhuǎn)的，所以陽光的投影的變化也比較復(fù)雜。上面介紹的簡易日晷之所以選用方便面的紙筒，是因為紙筒壁有一定的傾斜角度，陽光也是傾斜著照過來的，這樣竹簽在紙筒壁上的影子就相對均勻一些。請注意觀察你自己根據(jù)手表的時間作出的標(biāo)記，這些標(biāo)記之間的間距也不是絕對均勻的，能說明太陽運行的復(fù)雜性。
真正的日晷主要有三種類型：赤道式、水平式（地平式）和垂直式。

這是一種赤道式日晷，我們在博物館和古建筑群里看到的都是這種形式。之所以管它叫“赤道式”，是因為它的晷盤，就是那個有刻度的圓盤是與地球赤道面平行的，貫穿晷盤的指針與地軸平行并且指向正北。這樣就消除了因為地球斜著身子造成的，指針的投影運動的不均勻性，所以它的刻度盤跟現(xiàn)代鐘表盤一樣，刻度是均勻的。另外請注意晷盤兩面都有刻度，春分到秋分，即3月21日到9月22日期間從正面讀數(shù)，秋分到春分半年從背面讀數(shù)。

這是一種地平式日晷，圖上右面的部分是經(jīng)過藝術(shù)處理的，既是城市雕塑又是一座巨大的日晷，刻度刻在地面。這種日晷的刻度就是不均勻的，而且隨緯度而變化，即不同緯度地區(qū)的地平式日晷不能通用。

這墻壁上的是一種垂直式日晷，可以看出它的刻度也是不均勻的，而且日晷的表面朝向不同，刻度就要發(fā)生相應(yīng)的變化。這種日晷在不同緯度地區(qū)之間也是不能通用的。
自己動手制作一個能夠精確計時的日晷難嗎？知道了原理之后就不難！下面我們分別制作這三種不同的日晷。
首先制作赤道式日晷。使用的材料：一個鞋盒和一些白紙，一根竹簽（烤肉串上的打磨一下），另外需要一些膠水或雙面膠帶。

需要的工具：剪刀、壁紙刀、圓規(guī)、指南針、水平儀、帶量角器的三角尺和一支筆。

首先把鞋盒的外表面粘上白紙，無他，為了美觀。盒蓋邊沿剪去，變成一張紙板，外面也用白紙糊起來。

沿鞋盒的長邊畫一條中心線，距邊沿1/3的位置畫一條垂直線，注意垂直線要延長到兩個側(cè)面。

在鞋盒蓋子——現(xiàn)在已經(jīng)成為一張白紙板了——上面如此作圖。就是找圓心，用圓規(guī)畫2個同心圓，通過圓心畫水平線和垂直線。大圓下面的弧線是用三角板上的弧線工具畫的，弧線以外的部分將來要剪掉。

下面是完整的日晷晷盤圖樣，首先在通過圓心的水平線和垂直線上找出標(biāo)志性的刻度，最右面是6點，最左面是18點，最下面是12點，最上面是0點，其它時刻用圓規(guī)均分得來。

注意這是晷盤的正面，時間刻度沿順時針方向由小到大，且間距均勻，與機械時鐘表盤唯一的區(qū)別是，這是24小時刻度的，當(dāng)然夜晚的時間不必標(biāo)記，因為晚上是看不到太陽的！
下面是晷盤的反面圖樣，與正面的區(qū)別就是時間刻度沿逆時針方向由小到大。

晷盤的兩面都畫好后，沿邊緣剪掉多余的部分，再把竹簽從圓心處穿過，如此日晷的主要部分——晷盤就制作完畢了。

下面我們來制作日晷的基座。在紙盒子側(cè)面事先畫好的垂線那里用量角器量出一個42.4度的角，這是沈陽市的緯度。您家的緯度是多少，這個角就畫成多少。緯度可以在地圖上查，在網(wǎng)絡(luò)上搜索，也可以用手機或汽車上的GPS導(dǎo)航儀測量。

下面是一些城市的緯度：
上海，北緯31度11分；南京，32度4分；杭州，30度15分；長沙，28度12分；重慶29度12分；成都，30度40分；福州26度5分；廣州23度15分；昆明25度4分；北京39度55分；天津39度8分；青島36度4分；西安34度15分；烏魯木齊44度46分；拉薩28度40分；
沿著紙盒表面的線切一刀，再沿著側(cè)面剛畫好的斜線下切2厘米左右，總體效果相當(dāng)于斜著在紙盒上“切”了一刀。

把晷盤下端插進基座的切口，這樣晷盤跟垂直面的夾角就是42.4度，也就是沈陽的緯度，跟水平面的夾角是（90-42.4）度。

將竹簽插進晷盤的圓心，上端和下端留出同樣的長度，用三角板校正，使竹簽與晷盤面垂直。這根竹簽正式的稱呼叫“晷針”。

到這里一臺赤道式日晷就算完工了！當(dāng)然要想讓它正確地指示時間，還需要再費點周折。日晷的方向要沖正北，如圖指南針的磁針與日晷基座上的中心線平行，指向正北。

需要指出的是，指南針并不是指向正南正北，指南針的方向與正南正北的方向之間有個夾角，叫磁偏角，例如沈陽的磁偏角為7度44分。而且不同地區(qū)的磁偏角大小也不盡相同，在精度要求高的場合，磁偏角要考慮進去。因為我們做的這個東西精度并不是很高，因此磁偏角的影響可以忽略不計。
用水平儀使基座水平。

經(jīng)過方向與水平的調(diào)整，我們親手制作的赤道式日晷終于可以工作了！現(xiàn)在它的晷盤與地球赤道平行，晷針與地軸平行且指向正北。這樣一來，一天當(dāng)中晷針在陽光下投射的影子，可以看做是在晷盤上勻速轉(zhuǎn)動， 從而方便我們計時。
下面的日晷顯示的時間為13點多一點。

需要說明的是，日晷上得到的時間是當(dāng)?shù)貢r間，準(zhǔn)確點說是當(dāng)?shù)靥枙r間，與我們普遍使用的北京時間有些差距（假如您不在北京居住）。而且太陽和地球的運動也不是嚴(yán)格按照幾何學(xué)的描述，因此好一點的日晷上面都有一個時間修正表格，用來參照得出更加準(zhǔn)確的時間。對于我們一般人來說，不必對這個問題深究。有一個簡便的修正時間的法子，就是在保證晷針指向和晷盤傾斜角度都不變的情況下，轉(zhuǎn)動晷盤，使日晷的指示時間與您的手表顯示的時間相同，這樣您就擁有一個真正可以當(dāng)成鐘表用的日晷了！
我們第二個要制作的是水平式日晷，或者叫地平式日晷。這種日晷制作過程相對簡單，但是需要一些稍微復(fù)雜的計算。第一步是畫出晷盤圖樣。因為這種日晷的晷盤是水平的，不像赤道式那樣與赤道平行，因此不同時刻的間距是不同的。如下圖：

先用圓規(guī)畫一個大圓，通過圓心作水平線和垂直線。標(biāo)志性的時間刻度為，最左側(cè)18點，右側(cè)6點，最下方12點。假設(shè)某一時間刻度，比方說13點，與12點之間的夾角為 α ，太陽時角為t，當(dāng)?shù)鼐暥冉菫? Φ 。太陽時角是這樣定義的，太陽一天24小時運行360度，因此每一小時運行15度。設(shè)定正午12點的時候太陽時角為0度，因此13點的時角則是15度，14點30度，15點45度，以此類推。
這三個角度之間有個三角函數(shù)關(guān)系： tan α =tan t *sin Φ ，我們將t=15度，30度，45度……帶入，通過求反正切函數(shù)，就能得到13點，14點，15點……時刻所對應(yīng)的角度 α 。12點另一側(cè)的11點，10點，9點……與12點之間的角度也符合上面公式，只是角度方向相反。
沈陽的緯度Φ =42.4度為已知，下面是我求出的當(dāng)?shù)厮绞饺贞械母鲿r刻角度：
5/19 6/18 7/17 8/16 9/15 10/14 11/13 12 (時間)
t 105 90 75 60 45 30 15 0 (太陽時角)
α 111.7 90 68.3 49.4 34.0 21.3 10.2 0 (各時刻對應(yīng)的角度)
計算這些數(shù)據(jù)需要一個科學(xué)計算器，或者使用WINDOWS自帶的計算器，在“開始”-“程序”里面選擇“計算器”，計算器“查看”選項里面選擇“科學(xué)型”，就能夠使用了。
下面是我用量角器和直尺按照上述表格畫出的水平式日晷的晷盤圖樣，能夠明顯看出時間刻度不是均勻的。

下面我們來制作這個日晷的晷針。如下圖，將A4紙折疊，在上面畫一個直角三角形，底邊與斜邊的夾角為當(dāng)?shù)氐木暥龋矣玫氖巧蜿柕木暥?2.4度。

不錯，水平式日晷的晷針一般不是一根竹簽?zāi)欠N的針形，而是利用這種三角形的斜邊，如此晷針傾斜的角度很好掌握。用剪刀沿線剪下，注意標(biāo)有“留邊”的那條邊要稍微多留出一點，為了用膠水粘接方便。晷針粘接好后，這個日晷就算完成了。

利用指南針使日晷對準(zhǔn)正北方向，此時三角形晷針的斜邊與地軸平行。

當(dāng)有陽光直射下來的時候，就可以讀時間了。

讀數(shù)的時候以晷針斜邊的陰影為準(zhǔn)，上圖為13點多。其實這種日晷的制作非常簡單，唯一的難點就是晷盤刻度的計算部分。如果你不會計算，又不怕麻煩的話，可以這樣：先畫好圓，確定圓心和過圓心的垂線，然后粘上晷針，擺正方向，手里拿塊手表，每到正點的時候用鉛筆標(biāo)上，這樣花上一整天的功夫，也可以得到一個計時精確的地平式日晷了。而且這樣確定的晷盤有個好處， 就是讀出的時間是北京時間，可以當(dāng)真正的鐘表使用。
地平式日晷可能是人類最早發(fā)明的日晷，因為它跟地上插根竹竿看日影那種原始的計時方式最接近，第一種赤道式日晷則應(yīng)該是人類了解了太陽運動規(guī)律之后的產(chǎn)物了。
最后我們再來做一個面向南方的垂直式日晷。如下圖，因為晷盤面與地面垂直，面向南方，因此東方是18點，西方是6點。同樣設(shè)當(dāng)?shù)鼐暥葹棣担枙r角為t，某一時刻與圓心的連線跟正午12點的連線夾角為α ，則這三個角度之間的關(guān)系為：tanα=tant*cosΦ

我們同樣使用沈陽的緯度Φ =42.4度，下面是計算出的結(jié)果：
6/18 7/17 8/16 9/15 10/14 11/13 12 (時間)
t 90 75 60 45 30 15 0 (太陽時角)
α 90 70.1 60 36.4 23.1 11.2 0 (各時刻對應(yīng)的角度）
根據(jù)上面的計算結(jié)果，用直尺和量角器畫出完整的晷盤。

下面制作晷針。注意晷盤是垂直的，因此三角形的晷針與垂直面結(jié)合的一邊要留出粘貼用的邊，此邊相對的一角角度為當(dāng)?shù)鼐暥取Ｈ切卫锩孢€畫了個淺淺的弧線，將來要按次弧線剪下，為的是給晷針增加些美感。

剪好的晷針。根據(jù)三角關(guān)系，標(biāo)注的角度是當(dāng)?shù)鼐暥鹊挠嘟恰?br/>
完成的南向垂直式日晷，利用磁針使晷盤面朝向正南。為了把晷盤畫精確一些、清楚一些， 結(jié)果它比鞋盒大了，很不美觀，呵呵。晷針也有些大，象老外的長鼻子，很丑。

把它放在陽光下讀取時間。

因為北半球的房屋一般都是朝南的，因此這種南向垂直式日晷可以直接刻在正面的墻壁上，即方便人們出入的時候看世界，也不占空間，因此這種日晷恐怕是古代最受歡迎的日晷了。
同樣也可以不經(jīng)過計算，用現(xiàn)代的計時工具來確定晷盤的刻度，如今誰家墻壁上刻這樣一個東西，絕對吸引眼球。
日晷的種類還有許多，在文章的最后，我們簡單介紹一些。
投影式日晷：

書卷式極向日晷：

半圓柱型日晷：

雙環(huán)垂直式日晷：

赤道環(huán)式日晷：

球體日晷：

子午式日晷：

牛奶盒做的小臺燈

一個喝剩的牛奶盒能做什么？能做成臺燈！不錯！只是需要一些配件而已……注意為了容納作為光源的發(fā)光二極管，要選擇吸管直徑大于5毫米的那種。不是給牛奶廠家做廣告，似乎只有這種帶果肉的產(chǎn)品吸管才有那么粗……
首先用壁紙刀仔細(xì)地把牛奶盒底部拆開，不能弄破，為的是以后完美復(fù)原。使用壁紙刀的時候要戴工作手套，并且注意安全。盒底拆開后，用筷子夾衛(wèi)生紙把里面的殘余物擦干凈。為什么要用筷子？因為我的手指不夠長……

使用的工具有：萬用表，電烙鐵，壁紙刀，尖嘴鉗，斜口鉗等。

需要的材料有：發(fā)光二極管1個，60--70歐姆電阻1個，微型換向開關(guān)1個，5號或7號電池3節(jié)，軟導(dǎo)線和硬導(dǎo)線各1根，膠水和膠帶。一般多芯的導(dǎo)線都是軟的，單芯的是硬的，為什么有這樣的需要，以后會有說明。

把3節(jié)電池如圖用膠帶纏起來，再通過軟導(dǎo)線焊接成串聯(lián)的電池組。這么做是因為找不到3節(jié)的電池盒……

把微型換向開關(guān)與軟導(dǎo)線焊接，然后在牛奶盒不顯眼的一側(cè)用針穿3個小孔，先把導(dǎo)線穿進去，再把開關(guān)固定。導(dǎo)線的另一頭從敞開的盒底穿出來。焊接小開關(guān)的時候需要一點點的技巧，如果焊接技術(shù)不熟練的話，容易把塑料件燙壞。

將電池組的正負(fù)兩極分別焊上軟導(dǎo)線，其中一極串連1個小電阻，另一極則串聯(lián)小開關(guān)。用萬用表測試兩個線頭，要求打開開關(guān)能測到3節(jié)電池串聯(lián)的電壓，關(guān)閉開關(guān)電路斷開。串聯(lián)電阻是起到限流作用的，發(fā)光二極管可以看成1個小燈泡，但電路里要串聯(lián)1個適當(dāng)?shù)碾娮璨拍鼙ＷC它的壽命。

將發(fā)光二極管的兩極分別焊接上硬導(dǎo)線，焊點處套上熱縮管，防止短路。因為找不到硬的銅導(dǎo)線，所以我用的是鐵線，事實證明鐵線的焊接性能確實不如銅線（可是便宜很多……）

將硬導(dǎo)線和二極管“倒退”著塞進吸管里，再將吸管插入牛奶盒，好像要喝奶的狀態(tài)一樣。兩根硬導(dǎo)線的另一端從敞開的紙盒下面伸出，分別將其與電池組接出來的軟導(dǎo)線的兩端對接。發(fā)光二極管與小燈泡另一個的區(qū)別，就是分正負(fù)極，所以焊接之前要先輕輕接觸一下做實驗，如果發(fā)光二極管不亮，則要改變導(dǎo)線的極性。

焊接完畢的電路。焊點處套了熱縮管，防止短路。整個電路其實就是一個簡單的串聯(lián)電路：3節(jié)電池正極----開關(guān)----發(fā)光二極管----限流電阻----3節(jié)電池負(fù)極。比普通手電筒的電路，一是多了1個限流電阻，二是必須注意正負(fù)極。

將電池和長出來的導(dǎo)線統(tǒng)統(tǒng)塞進紙盒里去，再用膠水把拆開的底面重新粘好，將牛奶盒復(fù)原。你不打開它，是不會發(fā)現(xiàn)它肚子里面另有乾坤的，除了側(cè)面那個不顯眼的小開關(guān)……

牛奶盒做的小臺燈亮了。現(xiàn)在可以說明為什么必須使用一段硬的導(dǎo)線了，因為吸管彎頭里的導(dǎo)線是硬的，所以隨便彎到什么方向都能固定下來。

這個小臺燈的好處，就是隱蔽性很強，放在桌子上誰也不知道是干什么的，用來唬人不錯，也蠻有意思的。
鉛筆做軸的電動機模型
這個制作參考的是國家教委1993年版的《初中物理自制教具》，原題是《自潤滑電動機》。

這個設(shè)計的亮點在于，采用鉛筆做電動機模型的軸。好處是：1、鉛筆非常容易買到，而且很直；2、鉛筆芯有石墨成分，而石墨是很好的潤滑劑，能夠讓軸順滑地轉(zhuǎn)動，所以稱作“自潤滑電動機”。
使用的工具有：鉗子、螺絲刀、壁紙刀、剪刀、釘子、電烙鐵等。
把彎好的銅皮取下，用剪刀剪去多余的部分，形成一個內(nèi)徑為鉛筆直徑的銅環(huán)，再把這個銅環(huán)一分為二，成為換向器的2個部分。

用雙面膠把換向器粘在鉛筆的一端，要求兩個半環(huán)的邊緣互不接觸，且縫隙與線圈的徑向垂直。

把線圈兩端的線頭剝?nèi)ソ^緣漆，分別焊接在2片換向器上。

如此電動機的轉(zhuǎn)子部分就全部完成了。把轉(zhuǎn)子安裝上支架，輕輕轉(zhuǎn)動。調(diào)節(jié)兩側(cè)銅皮對鉛筆的擠壓力，壓力越小轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的阻力越小。另外要多轉(zhuǎn)動幾圈，一是能夠把鉛筆尖磨圓，二是磨下來的石墨能夠充當(dāng)潤滑劑，讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動更順滑。

假如轉(zhuǎn)子的一端略沉，可以用橡皮泥配重，這樣能夠讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動得更順滑。

擺好磁鐵的位置，要求盡量接近轉(zhuǎn)子，但不妨礙其轉(zhuǎn)動。

分別取兩段漆包線，刮去兩頭的絕緣漆，用螺絲釘固定在換向器兩側(cè)的木板上，作為電刷。做電刷的漆包線一端的線頭彎成大于90度的角，壓在換向器的中間位置。

俺覺得這個電刷是最難制作的部分了。電刷靠漆包線自身的彈性壓在換向器上，要求兩個電刷必須與換向器接觸，又要盡量減少摩擦力。調(diào)整完成后分別向兩個方向轉(zhuǎn)動電動機的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子依然轉(zhuǎn)動順滑，而且換向器始終與電刷接觸，就算成功了。
在電刷的兩端通電，這個鉛筆做軸的電動機模型就算完成了。

下面是視頻，由于俺必須一手拿手機拍攝，另一手操作，難度比較大，因此畫面有些晃。

使用的材料有：0.5mm直徑漆包線2米、釹鐵硼磁片4片、0.5mm厚的銅皮1塊、兩頭削尖的鉛筆1根、長方形木板1塊、電池、電池盒、螺絲釘、雙面膠等。

我用的磁片比1角硬幣略小，略厚。

首先把銅皮剪成大小相等的2條，在一端用釘子鉆孔，這個孔是給螺絲釘固定用的。

在銅皮的另一端，相同高度的位置用釘子打“窩”。

就是為了制作這樣一個支架，鉛筆兩頭的尖剛好嵌在兩個“窩”里。

把一截塑料管中間鉆孔，鉛筆從中間穿過去。我用的是廢棄的水性筆筆管，喝珍珠奶茶的粗吸管更好。

在塑料管的兩端緊密地繞上漆包線，要求兩端繞線的方向一致，而且匝數(shù)基本相同。最后把線頭打結(jié)，防止散開。

目前電動機的軸和線圈繞組都有了，下面開始制作換向器。剪一條窄的銅皮，繞鉛筆一周，然后用鉗子夾緊。

手把手教你制作直流電動機模型
中學(xué)物理課我最喜歡電磁學(xué)，因為可以學(xué)到許多新奇的東西。最開始看老師在課堂上演示電生磁、磁生電什么的，真的覺得很神奇。尤其電動機、發(fā)電機那些東西，實在是太奇妙了，可惜沒有親自動手操作的機會。
下面我一步一步演示制作直流電動機模型的整個過程，相信大家看過后對這個東西會有一個很直觀的了解。

1、材料：8*12CM的木板一塊、1毫米直徑的漆包線1米、5號電池夾1個、鱷魚夾2只、曲別針2個、小螺絲釘2個、磁鐵1個；
工具：萬用表、電烙鐵、螺絲刀、尖嘴鉗、斜口鉗、壁紙刀、雙面膠；
如下圖：
2、帶手套把漆包線捋直，注意不要弄傷手。當(dāng)然如果本來就是直的這一步就免了；

3、繞制線圈。因為我用的磁體是長方形的，所以在一個小木條上繞的長方形的線圈，如果磁鐵是圓形的，則圓形線圈好一些；

4、漆包線兩頭各剩10CM左右時把線圈取下，然后兩頭分別把線圈纏緊，只留2、3CM就可以了；

5、線圈制作完成了，下面做電源。先用斜口鉗或?qū)ｉT的剝線鉗把電池夾上的導(dǎo)線頭剝掉；

6、把鱷魚夾上的護套取下，預(yù)先套在導(dǎo)線上，注意顏色相配，然后可以焊接了。否則有時候焊接完了才發(fā)現(xiàn)護套沒法上了！

7、焊接完成的狀態(tài)；

8、電源部分完成了；

9、裝上電池，用萬用表測量是否有輸出，否則電源沒電的話，電動機是不會轉(zhuǎn)起來的！測量的結(jié)果是兩節(jié)5號電池輸出電壓2.458V，因為是舊電池，所以電壓有點低。

10、用雙面膠把電源和磁鐵固定在木板上。


11、下面開始用曲別針制作線圈支架。用尖嘴鉗一步步把曲別針彎成圖片最下端的樣子；

12、把線圈套在磁體上來確定支架的位置，確定下來后用螺絲釘固定結(jié)實；


13、確定支架的高度，要求線圈盡量貼近下面的磁鐵又不發(fā)生刮碰；

14、在支架上確定好的位置用尖嘴鉗彎一下，支架就做好了。放上線圈，如果位置不合適再做進一步的調(diào)整；

15、用壁紙刀刮掉線圈與支架接觸位置上的漆包線上的絕緣漆。一端全部去掉，另一端只去線圈平面垂直方向上的半個面，這樣做的原因相信課本上能查到。比較下面的兩幅圖像，注意哪里的漆去掉了。


16、把線圈放在支架上，要求去漆的部分與支架良好接觸，并輕輕一碰就能輕松轉(zhuǎn)動；

17、把兩個鱷魚夾分別夾在兩個曲別針做成的支架上，然后輕輕轉(zhuǎn)動線圈，你就會發(fā)現(xiàn)線圈自己輕快地轉(zhuǎn)動起來。如果電池是新的，你可能會覺得這個電動機模型的轉(zhuǎn)動之快出乎你的想象。注意：如果線圈不能啟動，請嘗試用手指向另外一個方向撥動線圈；還可以把線圈兩端的導(dǎo)線彎一下，防止線圈自己滑下來；

水果電池
制作一個水果電池，對于理解原電池或者說伏打電池的原理很有幫助。因為水果是再平常不過的日常食物，用它來產(chǎn)生電能，驅(qū)動一樣電子設(shè)備，絕對會令人印象深刻。下面就是一種水果電池驅(qū)動的電子表。

我們要使用的主要材料是銅片和鋅片。下面的銅片是俺在做工程的時候收集的下腳料，鋅片是從報廢的1號電池上拆下來的。舊電池上的鋅皮差不多都爛光了，只有底部圓形的那塊還算完整，所以你看到俺用的鋅片圓的方的都有。拆卸廢電池需要一把鋒利的剪刀，并且一定要戴上手套，記住安全第一。
拆下來的鋅皮還要用銼刀和砂紙把表面打磨干凈，越亮越好——這個工作看似簡單，卻需要很大的耐心和努力。銅片同樣需要打磨表面，這樣做的目的是去掉金屬表面的氧化物，使產(chǎn)生電能的化學(xué)反應(yīng)順利進行。

有了這兩樣?xùn)|西，就可以馬上做一個水果電池了。分別將一塊銅片和一塊鋅片焊接上導(dǎo)線。

將焊接好的銅片和鋅片平行插入一個西紅柿， 就是一個水果電池！

水果電池產(chǎn)生電能的原理就是原電池或者說是伏打電池的原理：金屬鋅的化學(xué)性質(zhì)比銅活潑，當(dāng)這兩種金屬同時處在電解夜中時，鋅就會失去電子，這些失去的電子沿著導(dǎo)線傳到銅片上，形成電流。因為電子帶的是負(fù)電荷，因此銅和鋅組成的原電池中，銅是正極，鋅為負(fù)極。下圖萬用表的數(shù)值顯示，這個西紅柿做成的水果電池產(chǎn)生的電壓是0.948V。

鋼鐵在空氣中銹蝕也是基于這種原電池的原理，可以想象得出這個反應(yīng)是極其緩慢的，產(chǎn)生的電能也十分微弱。但是酸性物質(zhì)里的氫原子能夠加速這種反應(yīng)，所以化學(xué)實驗室里強大到可以驅(qū)動小燈泡的伏打電池，使用稀硫酸或稀鹽酸溶液來代替中性的電解液。有些水果也是酸的，雖然這種酸度比起硫酸或者鹽酸來算不了什么，但確實能夠加速這種電化學(xué)反應(yīng)。
因此我們可以推斷出哪種水果最適合用來做水果電池：首先要很酸；其次要多汁，因為汁水相當(dāng)于電解液。滿足這兩種要求的，俺以為南方以檸檬為最，北方應(yīng)該是獼猴桃。俺目前只能買到西紅柿，也算是不錯的選擇了。注意插電極，也就是鋅片和銅片之前，最好用手把西紅柿捏一捏，為的是盡量把汁水捏出來——當(dāng)然不要捏破！
一個西紅柿電池的電壓太低了，俺把銅片和鋅片兩兩焊接起來，為的是方便得到一個電池組。

銅片--鋅片--銅片--鋅片……，把一個個的西紅柿電池串聯(lián)起來。

5個串聯(lián)的電池擺好了，這樣擺的目的是為了不讓它們相互之間的導(dǎo)線漏出來，好看一些。

1節(jié)西紅柿電池的電壓是0.9V，本來以為5節(jié)串聯(lián)起來應(yīng)該是4.5V，誰知剛接好時測量為3.6V。俺以為可能是哪個西紅柿里面的銅片和鋅片接觸短路了，又逐個檢查了一遍，結(jié)果再測量就是上面的結(jié)果了：3.153V。原因可能是西紅柿電池的電壓下降得非常快，并且多個串聯(lián)也許會導(dǎo)致內(nèi)阻改變。
不管怎么說，3V的電壓驅(qū)動發(fā)光二極管勉強可以了！

看到紅色發(fā)光二極管（LED）亮了吧？雖然還不夠亮，但要知道這是在光線強烈的夏季白天，能清楚看到二極管發(fā)出的光，說明水果電池的電流還是有一定強度的。
下面做個實際應(yīng)用的測試，用這組西紅柿電池驅(qū)動電子手表。

電子手表開始計時了！

電子表足足走了40多分鐘，這時一量電池組的電壓，已經(jīng)降到2V多一點。接下來我又做了兩個實驗：
將電子表取下，隔了幾個小時，再次測量電池組的電壓，仍然是2V多一點，說明水果電池的電壓不會自己恢復(fù)；
挨個將鋅片和銅片取出，重新在西紅柿不同的位置插入，電壓仍然沒有變化，說明這些西紅柿已經(jīng)完全被利用了；
既然這些西紅柿已經(jīng)不能再產(chǎn)生電能，實驗結(jié)束，俺將所有的金屬片取出，思考著它們最終的用途： 是應(yīng)該做糖拌柿子呢，還是番茄醬？
水火箭的制作
曾幾何時網(wǎng)絡(luò)上流行水火箭的制作。所謂水火箭，就是利用壓縮空氣做動力，將水噴出后獲得反沖的一種玩具。
下圖是發(fā)射水火箭的場面。
( http: / / www. / uploads / userup / 0810 / 161151526026.jpg" \t "_blank )
制作這個東西一點也不難。首先選用一或兩個空的飲料瓶，要裝可樂或雪碧那種大的塑料瓶，因為這種碳酸飲料的瓶子比較耐壓。然后在瓶嘴上緊緊塞上一只帶氣門嘴的橡膠塞。就是下圖這個東西。

注意自行車輪胎上的氣門嘴與橡膠塞之間，橡膠塞與飲料瓶之間都要結(jié)合緊密。然后把飲料瓶處理一下，因為我們要做的是火箭，所以首先需要3片尾翼，還需要一個流線型的頭部。下面這個火箭夠簡易了，將其中一個飲料瓶剪開，上半截套在另一個飲料瓶的底部充當(dāng)火箭的尖頭，下半截充當(dāng)發(fā)射架，尾翼是硬紙板做的。

水火箭的發(fā)射原理是這樣的：做火箭箭身的飲料瓶里裝不超過1/3的自來水，然后將打氣筒接在氣門嘴上猛打。等飲料瓶里的氣體壓力足夠大的時候，橡膠塞被沖開，自來水從瓶嘴噴出，火箭拔地而起，可以飛到幾層樓那么高。
這個是比較復(fù)雜的水火箭，專門做了一個發(fā)射臺，還有發(fā)射裝置。

發(fā)射裝置的細(xì)部。火箭被兩根粗鐵絲壓住，即使里面壓力足夠大了也不會掙脫橡膠塞而發(fā)射。只有拉動那根紅繩，解脫粗鐵絲對它的束縛，才能發(fā)射。

下圖是臺灣學(xué)生制作的水火箭，帶傾斜的發(fā)射架，但是他們使用的發(fā)射機構(gòu)與我們不一樣（臺灣的自行車不用氣門嘴？）。

這個比較厲害，雙箭同時發(fā)射！

下圖這位老爺爺就更加厲害了。他制作的水火箭是多級的，還有捆綁式的，類似咱們國家發(fā)射宇宙飛船的“長二捆”火箭，據(jù)說最高能夠發(fā)射上百米。

下面這種火箭又玩了另外一種高科技：可回收的。火箭頂端的倉里帶了一個降落傘，到空中能夠自動打開。


這是學(xué)生們在操場上比賽發(fā)射這種水火箭。也不知是哪個學(xué)校的，這些孩子真幸福。

最后作者提醒大家：這種水火箭的發(fā)射過程中，還是存在一定危險的。飛行中的水火箭擊中人，會造成嚴(yán)重的創(chuàng)傷，而且用氣筒打氣的過程中，也存在爆炸的風(fēng)險，畢竟人家的飲料瓶只是設(shè)計裝飲料用的！如果非要親自動手試一試，必須找到一塊周圍無人的空曠場地，而且頭上帶著摩托車頭盔比較好。也不知上面這所學(xué)校的老師是怎么想的，要知道不可預(yù)知的風(fēng)險是隨時存在的。
橡筋動力直升機
這個小制作讓我考慮了好久，原型是從一個國外的網(wǎng)站上看到的，有經(jīng)驗的都知道啦，很多看似很簡單的制作，自己動起手來卻常常很難成功。而且參考國外的制作還有一個問題，就是國外隨手可見的材料我們卻不一定容易得到。下面展示的就是經(jīng)我簡化過的模型，相信所用的材料大家都能夠找到，而且很容易制作成功。
使用的材料和工具：剪刀、尖嘴鉗、曲別針、膠水、橡皮筋、塑料吸管、硬紙片。

第一步用尖嘴鉗來加工曲別針，如圖1、2、3、4的順序，一樣的要加工兩個。沒有尖嘴鉗可以用普通家用的刻絲鉗，但是要笨拙一些。

圖1是把曲別針彎成一個纖細(xì)規(guī)則的S形，圖2從S的中間彎折90度，圖3再把S型復(fù)位，注意中間位置留下一個小的彎曲。這兩個曲別針是用來做直升機旋翼的骨架的，中間的小彎曲就是軸。
下面來做直升機的旋翼葉片，我用的是臺歷上的硬紙片，剪成4個長條。

用膠水把葉片和骨架粘在一起，2個旋翼就做成了。注意曲別針是金屬，一般的膠水粘不牢，我用的是AB膠，一般超市有賣。502快干膠應(yīng)該也行，但要試一試才知道。

塑料吸管和橡皮筋。我用的是優(yōu)樂美奶茶里的折疊吸管，就是周杰倫做廣告的那種，橡皮筋就是在超市買的，3塊錢一大包。注意吸管的長度要由橡皮筋的長度來決定，比剛剛拉緊的橡皮筋長一點點就可以了。本來我有更大更強的橡皮筋，可是考慮到大家不一定能弄到，就用這種常見的做實驗了。

吸管一端用剪刀剪開2個相對的小缺口，如圖里紅箭頭所指的。手機照的照片，不太清楚，大家原諒。
將橡皮筋從吸管里穿過，兩端分別套在直升機旋翼骨架中間的小彎曲上，吸管有缺口的一端旋翼骨架要卡在缺口里。可以用一根帶彎的鐵絲來勾橡皮筋，幫助你完成這個工作。我用了3根皮筋并聯(lián)。

到這一步，聰明的你已經(jīng)能夠想出這個橡筋動力直升機是怎么工作的了：上端的旋翼是活動的，下端因為吸管上有缺口，旋翼被卡在吸管上。因為橡皮筋略短于吸管，所以靠橡皮筋的拉力，2個旋翼與塑料吸管結(jié)成一體。轉(zhuǎn)動上端活動的旋翼，吸管里面的橡皮筋被上緊，放松旋翼，在橡皮筋的作用下，上端旋翼、下端旋翼加吸管分別向相反方向轉(zhuǎn)動。注意橡皮筋不能拉得太緊，否則上端活動旋翼與吸管的摩擦太大，不利于轉(zhuǎn)動。
用2把鉗子同時夾住旋翼的骨架，向相反方向轉(zhuǎn)動，來增加旋翼的角度，角度約30度比較合適。因為上下旋翼的轉(zhuǎn)動方向是相反的，所以它們的旋翼傾角也是相反的。
( http: / / www. / uploads / userup / 0907 / 0GIH04Y5.jpg" \t "_blank )

好了，一架橡筋動力直升機就做好了，簡單吧

上弦的時候用左手食指和中指夾住吸管，大拇指按住活動旋翼的中心，右手轉(zhuǎn)動吸管。要轉(zhuǎn)動幾十甚至上百圈才能上滿，具體視你使用的橡皮筋而定。上滿弦后輕輕把它拋向空中，上下端的旋翼飛速反向旋轉(zhuǎn)起來，橡筋動力直升機起飛了！

因為做動力的橡皮筋很短，即使是3根并聯(lián)，這個直升機的飛行時間也很短，最多只能飛到天花板那么高。相信換用更長、更強的皮筋效果會翻倍。
下圖是國外網(wǎng)站仿制的竹子做骨架的橡筋動力直升機，據(jù)說萊特兄弟正是小時候玩了這種玩具，才萌生了發(fā)明飛機的念頭！南方地區(qū)容易弄到竹子的朋友，可以試著做一個。

有趣的飲水鳥
飲水鳥是一種有趣的玩具，就是一只人造的小鳥，把它的頭放進裝水的杯子里，就會不斷低頭喝水，但沒有電源或者任何動力。我第一次見到這玩意兒是在上高中的時候，同學(xué)有買的，大家一起琢磨了好幾天也沒弄明白它的原理，心想這難道就是傳說中的永動機？最后請教物理老師，也沒有得到答案。
記憶里中學(xué)英語課本里有一篇講愛因斯坦的文章，提到了飲水鳥，結(jié)果這位超級物理學(xué)家也被它給迷惑了。據(jù)說這種有趣的玩具是清朝的中國人發(fā)明的，原理不是很神秘，卻非常巧妙。下面我們介紹的是比較簡單的一種，利用了毛細(xì)吸水現(xiàn)象和力矩的平衡。
使用的材料：礦泉水瓶1個，醫(yī)用紗布一小卷。紗布可以在藥店買到，用吸水效果好的毛巾代替也行。

首先用壁紙刀把礦泉水瓶裁掉一塊，靠近瓶嘴的一段裁掉1/3，靠近瓶底的裁掉2/3。用剪刀也可，但一定要注意安全，最好戴上手套。

剩下的這半截礦泉水瓶就是“飲水鳥”的身體了，丑是丑點，但是材料隨便誰都能得到，也容易加工。然后用一小塊木板和鐵絲做這樣一個架子，需要用到的工具是尖嘴鉗和螺絲刀，尖嘴鉗的作用就是彎折鐵絲的時候比普通的刻絲鉗方便。這個架子的高度是有講究的，繼續(xù)看下去你就會知道多高是合適的。

將一小段鐵絲穿過礦泉水瓶前1/3的位置，放在提前做好的鐵絲支架上。

將紗布穿過瓶嘴放進礦泉水瓶里，浸濕后伸出的一小段放進前面的水杯里。我們的飲水鳥這就做好了，剩下的只是對平衡的調(diào)整。

我是通過改變紗布的位置來調(diào)節(jié)杠桿的平衡的，調(diào)整后的樣子。

從側(cè)面看。這個“飲水鳥”的原理是這樣的：當(dāng)紗布完全濕潤，礦泉水瓶底部裝滿水下沉的時候，慢慢調(diào)節(jié)它的重心，直到頭部一側(cè)略重，杠桿失去平衡，鳥的頭部下沉；此時鳥嘴里的紗布伸進杯子里的水中，由于毛細(xì)吸水現(xiàn)象，更多的水被吸進鳥的尾部，直到杠桿再次失去平衡，鳥的尾部下沉；尾部下沉后多余的水被灑了出來，于是鳥頭再次下沉到杯子中“飲水”，往復(fù)循環(huán)，直到吸不到水。

完成這個裝置鐵絲支架的高度很關(guān)鍵，既要保證鳥的運動幅度足夠大，否則尾部下沉的時候水不容易灑出來（表面張力的作用），又要保證鳥頭下沉的時候尾部的水不會越過杠桿位置跑到頭部去。
下面是一段視頻演示，手機拍的，不太清楚。

我做的這個鐵絲支架就有些矮了，因此上下運動的幅度不夠大。另外調(diào)節(jié)杠桿的平衡，也就是飲水鳥的重心也很關(guān)鍵，需要耐心地一點一點地移動紗布，直至達到效果。
俗語說“看花容易，繡花難”，這個裝置看似簡單，但想要做成功也是需要一番努力的，不信大家試試。如果做成功了，我們以后會介紹另外一種更巧妙的飲水鳥。
自制孔明燈
小時候好奇心強，為一切能夠飛上天的東西興奮，孔明燈就是其中一種。孔明燈相傳為三國時期的孔明所創(chuàng)，也就是諸葛亮。一說他是為了祭奠戰(zhàn)場上犧牲將士的亡靈，一說是為了軍事用途，還有說法是孔明燈的樣子象孔明的帽子，因而得名。中國民間有放飛孔明燈為客死異鄉(xiāng)的人招魂的習(xí)俗，也有把祝愿的話寫在上面祈福的。
( http: / / www. / uploads / userup / 0905 / 2GHFJ648.jpg" \t "_blank )
孔明燈能夠飛上天的原理其實很簡單，就是熱氣球的原理。火焰加熱了燈罩里面的空氣，熱空氣比重小，浮力大，當(dāng)燈的浮力大于重力時，就拔地而起了。
可是原理簡單，不等于沒有經(jīng)驗的人就一定能夠制作成功。詢問了幾位朋友，竟然他們制作的孔明燈都沒能飛上天！我一直在計劃自己做一個，可是因為燈罩材料的原因，遲遲未動手。我一直在尋找一種輕、薄、耐熱、結(jié)實、一般人又容易得到的材料做燈罩，可是一直未能如愿。如今為了給朋友們提供點實踐經(jīng)驗，就決定用宣紙來做了。
在文具店里買了4張135X70cm的宣紙，就是寫毛筆字的那種。
( http: / / www. / uploads / userup / 0905 / 2GJ91c4A.jpg" \t "_blank ) HYPERLINK "http://www./uploads/userup/0905/2GK41b125.jpg" \t "_blank"
象我們業(yè)余搞制作的，必須將就材料。我設(shè)計的燈罩如下圖：

四張宣紙作為長方體的四個面，兩張相對的裁短，另外兩張長出來的那段對折，成為頂面，這樣只有一端開口的燈罩就做成了。因為需要兩邊各留出1.5cm粘貼，所以長的宣紙那兩邊長度為67cm，短的就是宣紙的寬度70cm，高度最大留到95cm。這已經(jīng)是利用四張宣紙所能做出的最大的燈罩了。
設(shè)計圖畫好了，開始動手實際制作。先把兩張裁短，然后一張一張粘貼起來。注意不要使用液體膠水，因為宣紙很軟，一旦沾濕就碎了。可憐我的兩張上好的宣紙……雙面膠是個不錯的選擇，容易操作，還很結(jié)實。固體膠棒應(yīng)該也行，但可能粘的不牢。

即使使用雙面膠，粘貼宣紙也是個需要耐心的活。建議最好兩個人一起做，還可以用長的物體把宣紙壓平，不然很容易粘得皺皺巴巴，而且把紙撕破。
四個面粘好了。

這是在粘頂端的那個面。傳統(tǒng)的燈罩做法是先用竹篾扎好框架，再往上糊紙，非常直觀，無非一個簡單的立方體或圓桶而已。我沒做框架，一是北方很難弄到竹篾，二是為了減輕重量。于是這樣折來折去地粘貼，很不直觀，不知大家看懂了沒有，我是如何粘貼立方體的頂面的？

頂面粘好了。折疊的地方宣紙容易破，全貼上透明膠帶加強。而你在粘貼的過程中一定弄破了不止一處，也全都用透明膠帶粘上。宣紙真是太脆弱了……

下面來做燈罩下端的支架部分。我在這里強烈建議還是應(yīng)該使用竹篾，竹篾又輕又堅固，彈性也好，隨便扎一個圓圈固定在燈罩的底端就可以了。但我手里只有鐵絲，我把燈罩底邊向上反轉(zhuǎn)1.5cm，用雙面膠把直徑1mm的鐵絲粘在里面，外面再粘上透明膠帶加強。

用鐵絲十字交叉，固定在框架的四角，就是燈的支架。注意這個支架要有一個上反角，就是保證中心位置的燈要處在燈罩里面。書上有些參考圖燈是吊在燈罩下面的，這是沒有實際制作經(jīng)驗的人畫的，是錯誤的。燈處在燈罩的保護之中，一是不會被外界的風(fēng)吹得亂晃，二是熱氣不會流失，而熱氣是孔明燈上升的唯一動力啊！

燈罩及支架部分做好了， 下面來制作孔明燈的核心部分：燈。
我把蠟燭切下一小段，外面卷上幾層報紙，最后用蠟油把報紙浸透點著 ，就得到一支火焰超大的蠟燭。

事實證明這個辦法不怎么好。我把三根這樣的蠟燭綁在一起使用，火焰還是嫌小。
商品化的孔明燈使用的是固體酒精燃料塊，是那種野營專用的，比我們平常吃火鍋用的固體酒精要干燥，上面有個小孔，直接掛在鐵絲上就行了。感覺剪一小段易拉罐，里面裝上普通的固體酒精應(yīng)該也行。液體酒精就不要用了，比較危險。
推薦一個傳統(tǒng)方法。用吸水性好的紙，比方報紙、衛(wèi)生紙、黃表紙什么的，浸透炒菜用的植物油，晾干后疊成方塊，中心穿孔，就成了。這個方法原料易得，而且?guī)装倌陚飨聛淼模瑧?yīng)該好用。

把燈罩折疊起來，叫上幾個人，可以去野外放飛了。不過這個費了不少力氣做出來的東西究竟能不能飛起來，此時心里還是沒底的。真沒底？那好，我們來計算一下。
燈罩的體積：V=0.70X0.67X0.95= 0.45立方米；
假設(shè)放飛時的氣溫是25攝氏度（很宜人的溫度），25度空氣的密度為1.184千克/立方米；普通紙張的燃點是130攝氏度，我們可以假設(shè)燈罩內(nèi)的熱空氣為100度，而100度空氣的密度為 0.946千克/立方米（此為計算值，可能跟實際值有出入），那么該孔明燈受到的空氣浮力可以計算出：
0.45X(1.184-0.946)=0.107千克，即大約等于100克，也就是2兩；
我們把燈罩連同燈一起放到秤上稱一稱，如果整體的重量小于100克，那么好了，心里應(yīng)該有底了：一定能夠飛起來！
放飛需要一塊空曠的場地，附近沒有易燃物，上空沒有高架電線，無風(fēng)，而且最好3個人一起去。因為這個燈罩是沒有骨架支撐的，軟的，體積又比較巨大，需要2個人分別捏住燈罩的2個角撐開，一個人從下面點火。

點火后人必須繼續(xù)撐著燈罩，防止其被火焰燒到。慢慢燈罩里充滿了較輕的熱空氣，可以看到燈罩自己鼓了起來，不再需要人撐著了。等明顯感覺到孔明燈有向上的拉力的時候，最激動人心的時刻也到了。一松手，精心制作的孔明燈便搖搖晃晃升到空中。
我放飛孔明燈的時候人手不夠，沒法拍照，另外用手機晚上也拍不好，下面用的是網(wǎng)絡(luò)上下載的別人的照片。這個孔明燈和我做的幾乎一模一樣。

自己制作孔明燈成功放飛的訣竅，就是一個“大”字。一是燈罩要大，燈罩越大容納的熱空氣越多，浮力也就越大，成功的可能性就越大；二是燈的火焰要大，象這么大的燈，火焰最小要有拳頭那么大，才能把燈罩內(nèi)的空氣加熱到足夠的溫度。曾經(jīng)制作不成功的朋友，照原樣把你的作品放大2倍，應(yīng)該就能成功了。
這個是南方某地傳統(tǒng)節(jié)日制作的巨型孔明燈，寬21米，高28米，夠巨大了吧？

商品化的孔明燈一般是上大下小的造型，底端較小開口的優(yōu)點是飛行穩(wěn)定，而且熱氣不易外泄。我們自己制作上下一般粗的筒形，是為了制作的簡便而已。

最后提醒大家在放飛孔明燈的時候，一定要注意安全，避免發(fā)生火災(zāi)，未成年人要在家長的陪同下進行。
自制水煙
大家都知道吸煙有害健康，但為什么還有那么多的人喜歡吸煙呢？
因為香煙里面含有的尼古丁具有調(diào)節(jié)人的情緒的作用，所以很多人在緊張、激動或者疲勞的時候喜歡吸一支煙，能夠起到放松精神的作用。尼古丁的罪過是容易使人上癮，所謂有煙癮的人，都是對煙里的尼古丁有了依賴，不吸就想。
但是真正危害人的健康的，是香煙燃燒產(chǎn)生的廢氣，包括焦油、碳粒、一氧化碳等許多有害物質(zhì)，跟燃燒一般的廢紙產(chǎn)生的有害物質(zhì)差不多。廣告里十分昂貴的所謂健康的香煙替代品，其實就是只含有尼古丁的一種變相的香煙。
但是世界上曾經(jīng)存在一種十分簡單、廉價而且有效的健康的香煙，那就是——水煙。下圖就是一個自制的水煙。
( http: / / www. / uploads / userup / 0810 / 132019505U2.jpg" \t "_blank )

需要的材料和工具：一只小的礦泉水瓶，我用的是350毫升容量的，當(dāng)然使用常見的500毫升的也沒什么不可以，只是體積太大了，不方便握持；一段塑料軟管，雜貨店都有賣，用來接煤氣的；剪刀還有壁紙刀。

首先把塑料軟管剪下比瓶身略長的兩段。

然后用壁紙刀在瓶蓋上開兩個圓孔。注意圓孔的直徑要略小于塑料軟管的直徑，用力能把塑料管塞進去即可，為的是保證氣密性。使用壁紙刀的時候一定要戴手套， 否則很容易劃傷手的！安全地使用工具是很重要的一個能力。實際操作的時候，可以用壁紙刀旋出一個很小的洞，然后用筷子等圓柱體伸進去，用力擴開，可以避免用刀的時候不小心把口開得很大。

用力把兩段塑料軟管塞到瓶子里去，直至如下位置。

裝上大半瓶子清水，一個水煙就做好了。用嘴從一側(cè)軟管吸氣的時候，瓶子里的空腔氣壓降低，在大氣壓的作用下，空氣從裝有香煙的軟管進入，經(jīng)過瓶子里清水的過濾，最后被吸進人嘴里。氣流的路線如下圖紅色箭頭所示。

抽不上幾支煙，瓶子里的清水就會變得發(fā)黃了，這說明香煙燃燒的氣體經(jīng)過水的過濾，有害物質(zhì)留在了里面。同時也說明了香煙里的有害物質(zhì)是多么的多，還是不抽為妙。
自制小孔成像裝置
小孔成像實驗的原理就不用說了，在網(wǎng)絡(luò)上只需1秒鐘就能搜出幾千條，而我們科技小制作網(wǎng)關(guān)注的是，如何利用簡單的材料做出一套好用的裝置來。下面是一步一步的演示。
使用的材料，一只11+2條裝的雀巢咖啡紙盒和一只鞋盒。

先把咖啡紙盒開口的一端用剪刀完全剪開。

再從家用的保鮮袋上裁下一條塑料薄膜，蒙在開口上，用膠帶固定。因為這塊薄膜將要作為成像的屏幕，所以要盡量使它平整。家用保鮮袋的塑料薄膜是半透明的，即能保證透過小孔的光線在其上面成像，又可以在后面清晰地看到這個像，實在是毛玻璃屏的絕佳替代品。

用不透明的膠帶把紙盒四邊的縫隙封上，保證其不透光。當(dāng)然黑色膠帶是最好的，可惜手頭沒有。

在紙盒塑料薄膜屏幕相對的一端正中央，用針扎一個小孔，實驗?zāi)芊癯晒θ窟@個小孔啦！

現(xiàn)在來處理鞋盒。同樣，鞋盒的一端用剪刀剪成完全開放。

把加工完的咖啡盒一端放在鞋盒封閉的一端的正中，沿咖啡盒四邊用筆畫線。

按畫好的咖啡盒輪廓把鞋盒封閉端剪開，即可得到一個剛好能把咖啡盒放進去的長方形孔。

把咖啡盒帶屏幕的一端塞進這個長方形孔里一部分，然后用不透明的膠帶把鞋盒上所有可能透光的縫隙全封死。

此時一個小孔成像的演示實驗裝置就完成了！點燃一支蠟燭，把該裝置放在蠟燭前方大約20厘米的位置，小孔對準(zhǔn)蠟燭火焰，從鞋盒的開口端往里瞧，咖啡盒塑料薄膜屏幕上就會出現(xiàn)清晰的蠟燭火焰的倒像。頭上蒙一塊毛毯效果更佳，火焰倒像的大小與距離成反比。

時間倉促外加條件限制，這個裝置做得挺丑的，不好意思，呵呵。或許我應(yīng)該用一只漂亮的紅色鞋盒，這樣跟咖啡盒的顏色更協(xié)調(diào)一些。膠帶也應(yīng)該粘得漂亮一些。不過實驗效果跟實驗裝置的外觀絕對沒有關(guān)系，這是我用數(shù)碼相機拍攝的蠟燭火焰通過小孔在屏幕上成的倒像，2秒快門時間。

我上學(xué)的時候做這個實驗，唯一的疑問是：為什么非得用蠟燭的火焰來成像？對準(zhǔn)同學(xué)的腦袋為什么就不行？原因是：成像的小孔直徑非常小，因此透過它射到屏幕上的光線也非常弱，所以必須是能夠發(fā)光的光源才能有足夠的亮度在屏幕上成像，而且必須在黑暗的背景下才能看到。當(dāng)然除了蠟燭燈泡也行，但同學(xué)的腦袋就不行，因為那個東西它不發(fā)光！
第1課 自制音波炮
氣體從一個狹小的空間猛然噴出，就會形成一個渦旋。例如每一個煙圈都是一個小的氣體渦旋。雖然煙圈向前運行的速度不是很快，但其內(nèi)部氣流的旋轉(zhuǎn)速度還是很快的，一旦蠟燭的火焰被煙圈套住，會被立刻熄滅，就是一個證明。這原理跟龍卷風(fēng)類似：龍卷風(fēng)可能待在原地不動，但內(nèi)部旋轉(zhuǎn)的氣流卻能把很重的物體帶上天。
現(xiàn)在我們自己動手制作一個同樣能發(fā)射煙圈，卻比上面視頻里好玩得多的裝置，我們管它叫做“音波炮”。
一、 使用的材料：
一個容量2升的塑料涼水杯，大概20多厘米高，一只刷碗、洗衣服時保護手的橡膠手套，一把壁紙刀。（圖1）

二、制作過程
1、首先用壁紙刀在塑料涼水杯的底部正中開一個直徑3、4厘米的圓孔，最終音波——也就是煙圈就是從這里出來的，因此邊緣越光滑越好。（圖2）
2、然后用剪刀把橡膠手套裁開，裁下盡可能大的一塊膠皮來。（圖3）
3、用膠皮蒙住涼水杯的杯口，然后拿細(xì)繩把它纏緊。要多纏幾圈，并且千萬不能漏氣。（圖4）


此時一只“音波炮”已經(jīng)可以使用了，但既然是“炮”，沒有瞄準(zhǔn)具是不行的！（圖5）


三、如何使用
音波炮是這樣開火的：一手握住涼水杯的把手，另一只手捏著膠皮用力往后拽，在瞄準(zhǔn)目標(biāo)后，松手，發(fā)射！（圖6）


在膠皮的作用下，會有一股強烈的渦旋氣流從音波炮前面的圓孔里噴射出來，近距離“打”在人的頭部還是很震撼的——當(dāng)然不會使人受傷，適合做惡作劇，呵呵。
如果往“炮”里面注入香煙的煙霧，就能看到有美麗的煙圈沖出來。用瞄準(zhǔn)具對準(zhǔn)燃燒的蠟燭，2、3米之內(nèi)熄滅蠟燭火焰還是很輕松的。前提是你懂得如何校正“大炮”的瞄準(zhǔn)具，不懂的可以事先請教下解放軍叔叔，呵呵。
自制指南針
野外指示方向少不了指南針這種設(shè)備，指南針是利用地球磁場對磁針的作用，達到指示方向的效果。專業(yè)的指南針上還標(biāo)有刻度及其它一些附加的功能，我們可以利用簡單的材料，自制一種最簡單的指南針。
所需工具和材料：
可樂罐（鐵制）、剪刀、尖嘴鉗、斜口鉗、砂紙、磁鐵、手套等；

以前的可樂罐都是鋁制的，現(xiàn)在有不少是鐵制的，咱們選用鐵制的那種。鑒別方法是用磁鐵吸一下，吸動的當(dāng)然是鐵制的。首先用斜口鉗把可樂罐的卷邊的部位剪開，再用尖嘴鉗撕開一個“口子”。

從撕開口子的地方用剪刀順著剪開，直至可樂罐的底部。注意操作的時候一定要帶手套，防止手被劃傷。

然后橫著剪開，直至把可樂罐的兩個瓶底剪掉。

這是得到的一塊長方形的薄鐵皮。

用剪子從薄鐵皮上箭下一個小指針來。注意鐵片的邊緣十分鋒利，操作的時候一定要戴手套，否則劃破了手別人可不負(fù)責(zé)呦！同樣處于安全考慮，指針的兩個尖端也要剪出圓弧來，最后把有毛刺的地方用砂紙打磨光滑。

用磁鐵的一個磁極在小指針的一端多蹭幾下，為的是給磁針“充磁”。鐵磁性的物質(zhì)在磁鐵的作用下都會被磁化，當(dāng)磁鐵被拿走后，指針會留下一點磁性，叫“剩磁”，從而變成一個磁針。

把用可樂罐的薄鐵皮制成的磁針輕輕放在裝有水的瓷碗里，因為鐵皮很薄，所以磁針會浮在水面上，保證周圍沒有大的鐵制品和磁鐵的情況下，你會看到，磁針會慢慢指向南北方向。輕輕撥弄磁針改變它的指向，但很快它就會自動回復(fù)指南。

將磁針標(biāo)明南北方向，一個簡易指南針就制成了。旅游的時候帶著它，就不會迷路了。但需要說明的是，指南針指向的方向并不是正南正北，而是與真正的南北有一個很小的夾角，叫“磁偏角”，專業(yè)的指南針都標(biāo)明了這個角度。指南針是中國古代四大發(fā)明之一，是它引領(lǐng)了大航海時代，磁偏角也是中國人最早發(fā)現(xiàn)的。
上面介紹的其實只是一個有意思的小玩意兒，沒有多少實用價值，畢竟現(xiàn)代社會買一個專業(yè)的指南針十分容易，誰也不會帶著它去野外旅游。下面我介紹一種真正野外求生需要的自制指南針。
把指針放在火焰上加熱。注意進行這一步操作的時候也必須帶手套，并且要正確使用煤氣灶。

當(dāng)鐵皮被燒紅以后，迅速把它浸入預(yù)先準(zhǔn)備好的涼水里。注意浸入水里的時候指針一定要順著南北方向。

等指針完全冷卻以后，你會發(fā)現(xiàn)它也可以指南。為什么會這樣呢？原來被燒紅以后的指針很容易被地磁場磁化，當(dāng)它迅速被涼水冷卻的時候，可以形象地認(rèn)為它的磁性被迅速“凝固”了下來，變成了一個磁針，當(dāng)然冷卻那一瞬間指針必須與地磁場也就是南北方向平行。
這種方法得到的磁針磁性很弱，但在特殊情況卻可能十分有用。比如意外在野外迷路的情況，身上沒帶指南針，可以先根據(jù)太陽辨別南北方向，然后把能夠找到的鐵釘、鋼針等磁化，用水浮、細(xì)線懸吊等方法制成指南針，這樣在陰雨天氣、夜晚、繁茂的森林里等看不到陽光的情況下，也能準(zhǔn)確辨認(rèn)方向了。或許就是因為掌握了這個方法，就能救你一命。
圖1
圖3
圖2
圖5
圖4
圖6
5

展開更多......

收起↑