自制仪器优化物理演示实验，本文主要内容关键词为：演示论文,物理论文,仪器论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
演示实验是中学物理教学的重要组成部分，十多年来，我自制了实验仪器用于优化演示实验，取得了良好的教学效果。现将点滴经验总结如下。
1 敢于改造
敢于打破常规，对演示效果不明显、可见度低、操作不方便或数据处理繁琐的实验进行改进。
（1）使实验内容生动、形象化。高二电学中“短路”的实验， 教学中一般用一小段市售的保险丝来演示，可见度小，现象不明显，难以在学生脑海留下深刻印象。为此，我在常用电线中抽出一根细铜丝代替保险丝，并在细铜丝上沾一层焊锡膏或松香，演示时，学生可以清楚地看到铜丝冒烟、发红，然后熔断的全过程。
（2）使实验现象直观化。教材中演示“光电效应”仪器的最大缺点是过于封闭，学生看不到内部结构，且电流要经过放大后才能显示，缺乏直观性。我改进如下：将一块约12cm×15cm大小的锌板直接固定在指针验电器的金属球上（如图1）， 先使锌板带上负电荷（这时验电器的指针张开）。然后用一盏“220V，8W”的紫外线灯照射锌板，结果发现验电器指针闭合后又张开，这样演示不仅效果明显，而且动态过程一览无遗，为光电效应的有序教学奠定了良好的基础。
（3）使演示实验快捷化。“力的合成”一节中， 对“力的平行四边形定律”演示实验，我的做法是将滑轮固定在包有强磁性磁铁的铁皮盖上，直接把实验搬上黑板进行演示（如图2所示）。改进后， 克服了原先的缺点，使实验能在更大的范围内操作，提高了实验的效果。
2 善于制作
对课本中一些比较抽象的知识，若设法以实验为载体，把事物发生、发展和变化的过程形象地呈现在学生面前，可以有效地帮助学生加深对知识的理解和记忆。因此，根据教学的需要自制一些器材是很有必要的。自制实验器材时应遵循的原则是：
（1）使抽象的内容形象化。伽利略的斜面实验是个理想实验， 实验室中无现成的器材。能否自制器材通过实验来丰富教学内容呢？完全可以。只要用两根8号铁丝，按书本上的图示制成一个导轨，用0号砂皮打磨导轨，再用一个略大于导轨间距的抛光钢球即可演示（如图3 所示）：逐渐减小斜面CD的倾角至CD′和CD″，让钢球逐次从A 处由静止开始放手。学生通过直接参与斜面实验的观察、对比、思考和分析的过程中，能较好地理解物理原理。
（2）利用“放大”思想，使物理现象逻辑化。 高一“弹力”一节中，一般是采用容易发生形变的钢锯条、薄板等器材来演示形变实验的。为了充分说明“形变”的普遍性，我对书上的实验进行了替换：选一个大型的椭圆型玻璃墨水瓶，瓶里装满红色水，在瓶塞中间插上一根约40cm长细玻璃管，塞紧瓶塞，使细玻璃管上有一段20cm左右的红色水，用双手沿椭圆玻璃瓶短轴方向挤压玻璃瓶，细玻璃管上的红色水会上升一段距离，而沿椭圆玻璃瓶的长轴方向挤压时，红色水则会下降一段距离，鲜明的实验现象有力的说明了玻璃瓶受力时也会发生形变的事实。
（3）运用借代策略，使物理现象可视化。 为了配合说明竖直平面内作圆周运动的物体在最高点和最低点处于超、失重状态的分析，我用两根8号铁丝在直径为25cm的圆柱上弯曲成如图4所示的形状，制成间隔略小于钢球直径的轨道，并在B处设一锁扣。演示超重时，将锁扣松开。当小钢球静置在凹形最低点B时能静止不动，而将小钢球从A处释放后经过最低点B时，小钢球却能挤开轨道下蒋，从而说明小钢球在最低点B处于超重状态；演示失重时，将B处的锁扣扣上，使钢球下滑时能顺利通过B处，适当掰开C处，使其宽度略大于钢球的直径；当小钢球轻轻地放入凸形弧最高点C时会从轨道上掉下去， 而小钢球却能以一定运动速度顺利地通过最高点C，说明物体在最高点C处于失重状态。
（4）利用类比方法，使物理现象明朗化。 “摩擦力”一节的教学中，“运动趋势”是个比较抽象的概念。为了突破这一难点，我在木块上加一块大小与之相同的薄板，薄板与长木板接触的一面胶上一层1 号铁砂纸，木块与薄板之间用松紧带相连，同时在两板间作上红色的明显标记（如图5所示），当拉动木块时，木块与薄板就错开了， 从标记明显的错开中我们可以很方便地解释“运动趋势”的概念。
3 化繁为简
演示实验不仅要求实验原理的体现要直观明确，实验仪器结构要简单，操作应方便，而且在归纳由演示得出的结论时也要简洁明快。因此，在自制实验器材时，要把握以下几个原则：
（1）尽可能使操作过程简便化。譬如， “牛顿第二定律”一节的教学中，演示实验的成功与否直接关系到课堂教学的成败，而书本上的实验装置实际上在授课中是很难操作的，倘若采用气垫导轨演示“牛顿第二定律”实验，则由于滑块的导轨上通过计数器的时间极短，学生读数有困难，且实验时间冗长，也不适合在课堂上演示。为此，我们采用二块附有滑轮的木板、二辆小车、几个砝码，利用电磁控制装置对实验进行改进（如图6所示）：①为了便于学生对比观察， 将左右并列改为上下排列；②用电磁铁来控制两辆小车的运动，比用夹子更加准确方便；③滑板上刻有凹槽，以保证小车作直线运动；④滑轮端设有档板，可以根据小车的撞击声来判断两车是否同时到达。这样改进后，可以定量分析拉力与距离的关系，较好的达到了实验的目的，且具有简易省时、操作方便和效果明显的特点。
（2）让实验仪器装置简单化。演示匀速圆周运动向心力的实验， 虽然实验室有一套较精密的仪器，但演示时，由于该仪器内部传输环节过多，实验时往往会出偏差。于是我自制了一木圆盘，在木圆盘的不同半径处打几个小孔，演示时先把木圆盘固定在转台上（如图7所示）， 然后按下列程序进行模拟演示：①把一端固定有钢球的一段铝导线插入一孔，改变转速，可观察到铝导线的弯曲程度随转速的增大而增大，说明在半径确定的条件下，随着转速的增大，物体的向心力增大。②把铝导线分别插入不同的小孔中，观察在同一转速下，不同半径处的铝导线的弯曲程度随半径的增大而增大，从定性的角度较好的说明了向心力F与半径R的关系：转速一定时，随着R的增大，需要的向心力也增大。
4 就地取材
改进和自制实验器材的原则是取材宜简易，操作应方便，效果要明显。为此，我们不妨从身边随处可得的材料中动脑筋。例如，双缝干涉实验，一般采用浙大光学仪器厂生产的激光仪进行演示，但实验中观察到的干涉条纹似乎是以点的形式呈现的，且一般只能看到三个亮点，演示效果不甚理想。为此，我自制了一套器材。用它不仅可以观察各种色光以及白光的干涉条纹，而且取材容易，价格低廉（每块仅0.3元左右），操作简单，便于保存。同时还可以把演示实验改为学生实验。具体的制作和实验过程如下：
（1）制作。把3mm厚的普通玻璃制成30mm×50mm规格的玻璃片，置于清洁剂中漂洗去污，晒干后，先用普通毛笔沾一点墨汁均匀涂在玻璃片一表面上（涂的范围为20mm×30mm，以不透光为宜），把多余的墨汁用力甩掉。待墨汁晾干后，再用二片普通剃须刀片合并，在涂有墨汁的玻璃片中间，放上一根直尺，刀片紧靠直尺成30°角左右从左向右一次划过，双缝就制成了。为了便于保存（且不影响实验效果）可在双缝上面盖一层玻璃纸，再用透明胶在双缝的两边固定密封。
（2）观察。将市售的“12V、40W”低压直丝灯泡， 作为实验观察用的线光源（选购时，应选灯丝较直的为好）。把二只直丝灯泡紧靠在一起，用硬导线固定在调压器上（二只灯泡可分别控制亮度），再分别罩上红、绿玻璃纸。当观察红光的干涉条纹时，熄灭绿光，观察绿光的干涉条纹时，红光熄灭。用此双缝观察片可以看到不同色光的干涉条纹的间距不同，说明条纹间距与光的波长有关。为了便于比较，也可把两灯同时开启进行观察。此外，若把红、绿玻璃纸去掉，则可清晰地看到5条以上平行的彩色干涉条纹。