原位固化专利
一、原则物化的背景
有一天，美国雷神公司的电工珀西？斯潘塞在做雷达振动实验时，偶然发现上衣口袋里的巧克力糖融化了。珀西是个思想家。他没有放过这次事故。他在想，“太好了，为什么巧克力会融化？”然而，还有一次，他刚爬上雷达塔，手里拿着的巧克力又开始融化了。放眼望去，没有火炉，只有雷达在发射强大的电磁波。他猜测电磁波有加热食物的功能。经过一系列的实验研究，他证实了这一推测，并发现了微波能使食物中的分子运动并产生热量的原理。于是，世界上第一台微波炉于1947年在珀西手中诞生，他实现了不用火“烹饪”食物的创举。
从1864年英国科学家麦克斯韦发现电磁波，到微波炉发明，前后不过80多年，人们把一个物理原理变成了一项实用技术，惠及无数家庭。这个原理具体化的例子数不胜数。所以物理原理来源于生活，服务于生活，更重要的是创造生活。物理教学的目标是将物理原理与创新实践相结合，鼓励学生灵活运用物理知识和科学原理，结合日常学习和生活中遇到的问题进行发明创造和技术创新，不断提高创新能力。
原理物化1:压力原理的应用――恒液位墨水瓶
如图1所示，钢笔蘸水的墨水瓶中的墨水液面保持不变，使钢笔蘸水或吸水时墨水不污染钢笔。它利用了物理学知识中的压力原理:当用笔吸水使蘸口处的液面降低(低于气道口)时，空气就会进入墨水瓶内，这时，瓶内压力就会增加，水压就会出来，直到瓶内压力与蘸口处的液面压力相等。此时瓶内压力为空气进入瓶内产生的压力与墨柱产生的压力之和(墨位差)，蘸嘴液面处的压力为大气压。在这个循环中。
二、物化步骤的原则
原理物化是从某一科学原理出发，通过创造性思维设计，将抽象的原理固化为一种新产品或新方法的创意和技术方案的创造性实践活动。首先，创造者需要运用所学的科学原理和知识创造出一种产品或一项新技术，这是创新精神的体现；其次，为了发明新产品，创作者需要学习和掌握很多实用的制作技术，动手能力会加强；第三，创作者通过创造性思维和动手制作，成功地将科学原理转化为实物，这将极大地激发他们的学习兴趣和创造力。
一般原理物化的创建模式如图2所示。
1.探索物理原理
物理原理都是由一定的规律构造出来的。学习物理原理不仅要知道它是什么，还要知道它是为什么，绝不能满足于死记硬背内容。也就是说，我们不仅要知道物理规律的内容，还要了解它们的背景，通过分析总结出哪些物理现象；同时，要注重物理原理和规律内涵的探索，特别是实验探索。实验尽量自己做，我们发现或得到的规律(哪怕是重复别人的)更容易理解。
2.创建一个主题选项
引导学生用创造的眼光去寻找日常学习、生活和社会活动中不方便、不方便的问题或不如意的事情，然后结合所学的物理知识和原理，进行有目的的发明或创新。
原理物化2:虹吸原理的应用――永不漏水水箱
(1)生活问题:水槽底部连接有排水装置。久而久之，由于零件和材料的老化，缝隙变大，渗水，给生活带来困扰。
(2)物理原理:虹吸原理
(3)发明:设计一个底部没有出水口的水槽，然后用虹吸管将水排出，如图3。将活塞推杆下推到底部，水被压入排水管。根据虹吸原理，水槽里的水不断自动排出，直到用完为止。将活塞推杆向上拉到原来的位置，以便再次使用。由于水槽底部没有出水口，达到了永不漏水的目的。
3.相关信息查询
为了不侵犯他人的知识产权，需要调查自己的创作目标，即市场调研、网上查询和专利检索。如果别人已经做出了相同或相似的产品，那么你就不能继续开发，否则就是白费力气，得不到知识产权。
4.物理和化学模型设计
根据基本的科学原理，发挥你的直觉和创造力，设计选题的形状、结构、方法和实施方案。该设计方案用料简单，结构巧妙，易于实现，是一种较好的设计方案。
原理物化3:法拉第电磁感应原理的应用――免电池遥控器
(1)生活问题:遥控器在家用电器中广泛使用，导致电池大量消耗，随之而来的是严重的环境污染问题，因此有必要发明一种不用电池的遥控器。
(2)物理原理:法拉第电磁感应原理。
(3)信息查询:①经过专利查询，自发电手电筒已经存在，无电池遥控器还没有，可以开发项目；②开发时可以参考自发电手电筒的原理，符合发明-移植发明的技术。或者，直接根据电磁感应原理。
5.其他技能援助
有逻辑性就是写文章或做事情能按顺序做好，发明创造也是如此。在创造过程中，一切科学原理、方法、技巧、经验、技术都是“原理”。只有把这些“原则”武装起来，你才能在“创造”的战场上驰骋，到达成功的彼岸。所以除了教给学生物理知识和原理之外，还应该渗透一些创造性的方法和技巧，甚至训练一些实用的制作技术，比如组合发明、机械加工技术等。只有这样，才有可能把虚拟变成现实，把无形的物理原理变成有形的发明。
6.发明和成就
根据预先设计好的方案，做一个模型来测试，看看设计方案是否有效。然后，不断修改完善，直到作品完成。
原理物化4:浮力原理的应用――水龙头止水开启保护器
(1)创作题材:有时候停水忘记关水龙头，突然来水容易造成水溢出，不仅浪费水资源，还会造成漏水等损失。制造一种装置，当水来的时候可以关闭水路。
(2)信息查询:“自来水未开报警”已经存在，未发现其他报告。
(3)物理原理:浮力的定义——流体(包括液体和气体)中物体上下表面的压力差。很多老师在验证这个原理的时候做过一个重要的实验――浮力消失，如图4。
器材:一个大小合适的玻璃漏斗，一个乒乓球，一杯红水。
步骤:①有意将乒乓球推入水中，放开后乒乓球会迅速浮起。(2)用手握住漏斗，把乒乓球放进去，用大拇指按住乒乓球，往漏斗里倒水，松开大拇指，可以看到乒乓球没有浮起来。(此时漏斗柄下口有水流出，这是因为乒乓球和漏斗没有关紧。).③用手指堵住出水口，可以看到漏斗手柄内水位逐渐上升。当水位上升到乒乓球时，乒乓球立即漂浮起来。
(4)理化设计与实验:受“浮力消失”实验的启发，一名学生发明了“水龙头保护器”，其结构原理如图5所示。
材质:以PVC管为主体，尺寸自定；浮球应该是橡胶制成的空心球。
验证:①从置球口放置浮球；②分别将保护器的进水管与自来水管道连接，出水管与水龙头连接；(3)关闭自来水进水阀，打开水龙头让水流出；(4)打开自来水进水阀，水龙头无水流出，说明浮球下沉，堵塞了出水口；⑤关闭水龙头后等待一段时间。根据浮力原理，浮球应该会浮起来，然后打开水龙头，水应该会流出来，但是没有水出来。实验失败了。为什么？
探究:①水不流出，说明浮球不浮，即浮球没有浮力。原因是什么？(2)实际上，验证的步骤(4)已经预测到了问题。因为浮球和光滑的管壁之间没有缝隙，没有水流出，导致浮球下面永远没有水(即使关了水龙头也没用)，所以浮球得不到浮力，浮不起来也就不足为奇了。③将浮球与出水口之间的管壁打毛，使少量水从出水口漏出。④再次重复验证，成功。
(5)创造成果:①选择合适的材料和一定的尺寸制成成品；②保护器有一个缺陷，就是浮球永远无法完全关闭出水口，必须放出少量的水，这样也会造成少量水的浪费。因此，需要后续研究来提高创意成果。
综上所述，物理教学不仅要提高学生的科学素养，更要让学生学会创新，勇于创造，不断增强技能。原理物化是非常有效的手段。
(编辑郭)
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