实验改进与创新_玻璃砖论文

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1.电磁阻尼实验

(1)原理

通过本实验能动态分析楞次定律中能量的转化,根据楞次定律,感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因,它是能量守恒和转化定律的必然结果。当把磁棒插入线圈或从线圈中拔出时,都必须克服斥力或引力做机械功,实际上正是这部分机械功转化成感应电流所释放的焦耳热,正是这种反抗才实现了能量的转化.

(2)实验装置

如图所示,在一根细杆下悬挂两根相同的弹簧(用600W的电炉丝),弹簧下再悬挂两块相同的磁铁,其中一块磁铁甲插入一个螺线管,闭合回路中接有一个电流计.

(3)操作过程和现象

3.1 把螺线管这一回路断开,并将两弹簧拉到相同的长度让它们一起振动,可观察到两振动系统的振动情况完全相同,它们都要通过较长的时间才会停下来.

3.2 将螺线管直接短路,构成闭合电路,也将两弹簧拉到相同的长度让它们一起振动,可观察到甲振动的能量衰减很快,振动很快停止,而乙还在不停地振动.

3.3 将螺线管与电流计构成闭合电路,同样将两弹簧拉到相同的长度让它们一起振动,可观察到甲振动过程中能量转化的动态过程,进行能量转化的动态分析.

(4)应用与迁移

在许多电磁仪表中,为了使测量时指针的摆动能够迅速稳定下来,就是采用了类似的电磁阻尼,电气火车中所用的电磁制动器也是根据同样的原理制成的.

2.对广口瓶“吞”“吐”鸡蛋实验的改进

人民教育出版社初中物理第一册(2001年3月版)第162页图11-4提供了一个广口瓶“吞”鸡蛋的趣味演示实验.该实验要求把浸过酒精的棉花或纸条点燃后置入瓶中,可观察到放在瓶口的剥了壳的熟鸡蛋会慢慢的被“吞”进瓶中.学生容易在愉悦中弄懂大气压强的作用.但是按该方法进行实验容易烧裂广口瓶,也会污染空气,而且实验只能演示瓶“吞”鸡蛋,能否让鸡蛋安全完整的既能被“吞”进去,又能被“吐”出来呢?某杂志介绍了一个实验改进方案.此方案借助热水即可演示实验的全过程.该实验更具有说服力和吸引力,使学生对大气压强的理解更进了一步.其设计方案是准备鲜开水一瓶,去壳熟鸡蛋一枚,250ml装温开水的广口瓶一个,带铁圈的铁架台一个,一块毛巾,接水槽一个.

操作时,首先把广口瓶的温开水倒掉,倒满鲜开水,片刻后再将开水倒掉,旋即把鸡蛋小头朝下堵住瓶口,一会儿便看见鸡蛋缓慢地被“吞”进瓶中了.

然后使瓶中鸡蛋小头朝下堵住瓶口,把广门瓶倒立在铁架台的铁圈上,用毛巾包紧瓶子,再向毛巾上慢慢地淋开水,一会儿鸡蛋又被“吐”了出来.

该实验采用水浴法无疑较原设有重大改进,但也存在一些不足之处:

其一,鸡蛋进瓶的过程过于缓慢,影响教学进程和观察效果.

其二,广口瓶用毛巾包住,容易误导学生,使学生以为在“吐”出来的过程中,“神秘”的毛巾在起主要作用;另一方面如果广口瓶太小,被毛巾包裹后会影响学生观察,为此我们对该实验进行了改进,改进之后的实验现象更直观,效果更明显,具体作法如下:

(1)准备实验用品

去壳熟鸡蛋一枚,鲜开水一瓶,1000ml内装3/4体积自来水的烧瓶一个,熟玻璃广口瓶(不限体积)一个,带铁圈的铁架台一个.

(2)操作过程

①先用温开水给广口瓶预热,然后倒满鲜开水,片刻后把鲜开水倒掉,使瓶内仅有少量热空气,把鸡蛋小头朝下堵在瓶口,再把广口瓶缓慢浸入盛有凉水的烧杯中,以更快地使瓶内气温降低,压强减小.鸡蛋在短时间内即会被“吞”进瓶中,如图1所示.

②使鸡蛋小头朝下,堵住瓶口,把广口瓶固定在烧杯上方6~7cm处.向广口瓶底部缓慢均匀地淋鲜开水,使瓶内温度升高,气压增大,以致大于大气压强.鸡蛋在短时间内又被“吐”了出来,并悠然落入下方装有水的烧杯里,如图2所示.

多次现场演示表明,经过改进,该实验兼有科学性和趣味性.实验进程顺畅,容易激起学生的探究欲望,把抽象的大气压的存在用形象的实验表现出来,的确值得读者一试.

指导教师:鲁增贤

3.测玻璃折射率实验的改进

现行课本“测定玻璃的折射率”采用的是“插针法”,如图1所示.

插针法弊端有二:其一,插针法所依据的是光在同一均匀介质中沿直线传播的原理.在距离不大时大头针的粗细不可忽略.正由于光的直线传播,通过大头针P[,3],观察P[,1]和P[,2]的像,P[,4]观察P[,3]和P[,1]、P[,2]的像,不可避免地带来所谓“一叶障目,不见泰山”的视角障碍.由于视角障碍,四个插点很难保证在同一直觉视线上.其二,插针法在实际操作中比较麻烦,学生掌握起来有一定困难.要是针插得与纸面垂直不好,或针位稍有偏移,都会影响观测的准确度.特别是当入射角较大,入射光经玻璃折射后透过光量较少,色散严重,致使P[,1]、P[,2]针的虚像模糊,进一步增大观察难度.另外,高中学生用量角器的不多,因此,测量的难度更大.现介绍两种快捷的方法:

(1)“尺屏法”

1.1实验设计

如图2所示,在水平桌面上放一块厚度为d的玻璃砖(为减小误差,可用两块玻璃砖叠放).在玻璃砖右侧的水平桌面上C点竖直放一支架(图2中支架未画出),在支架上固定一厚的硬纸片P,纸片距水平桌面为h的地方开一个直径约为2~3mm的小孔E.在玻璃砖的底部沿直线AB贴一画有标准刻度的纸条标尺.在玻璃砖上面右侧OD部分贴上不透光的黑纸.

1.2原理和方法

实验时适当移动纸屏的位置,即改变O点到屏之间的水平距离l和屏的高度h,从屏上小孔E点处沿EO方向观察,设观察到标尺上的A点的读数为S[,2],然后在玻璃砖O点的正方沿NO观察,观察到标尺的B点的读数为S[,1],根据光的可逆性原理,可以认为有一束光从屏上的小孔E点发出,射到玻璃砖上的O点,经玻璃砖折射后沿OA方向进入玻璃射到A点.图中∠EON为入射角;而之∠BOA为折射角.

根据光的折射定律,由图2可得玻璃的折射率n表示为

(2)“尺规法”

2.1实验设计

(1)如图3所示,在白纸上画一条直线aa′,在aa′上取一点O,过O点作aa′,的垂线NN′,再过O作有向线段AO,则∠AON即为入射角之i.

(2)把玻璃砖放在纸上,使其一个边的界面与aa′重合,再在玻璃砖另侧放一个三角尺,使三角尺一个角B紧靠玻璃砖界面,透过三角尺的BC边观察入射光线AO,适当调整三角尺的位置,使CB边与AO线的像看来正好为一直线,用铅笔记下角B的位置.

(3)拿走玻璃砖,作有向线段OB,则OB就是AO的折射线.∠N′OB即折射角r.

(4)以O为圆心,单位长为半径(考虑空气的折射率为1),作一单位圆交AO的延长线于F,再用三角尺过F作aa′的垂线交OB于B,如图4所示,则OB的长度就是被测玻璃的折射率的值.

2.2原理

又R=1

所以n=OB

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