四个物理实验仪器的制作与改进

1 自制激光线光源

在中学物理实验教学中,常用线光源进行演示实验、随堂实验、探究性实验和课外实验等光学实验。激光光源价格昂贵,激光管的使用寿命较短(一般使用寿命为2年),所以中学物理实验室缺乏激光线光源。为了加强物理实验教学,节约资金,笔者自制了激光光源。

材料:玩具激光手电筒(市面有售,价格为2-3元/个),直径约为5 mm细玻璃棒。

制作方法:用锯将细玻璃棒锯下一小段,刚好能嵌入激光手电筒前面的螺帽内为宜。当按下激光手电筒的开关通电后,原来的激光由点光源变成线光源。改进后的激光有很多优点:(1)光束强,可见度大;(2)是红色单色光;(3)价格便宜,制作方法简单,可用于高中、初中几何光学的所有实验。

2 自制牛顿第一定律实验仪器

初中物理和高中物理第一册牛顿第一定律演示实验,如果不用仪器凭空讲解,学生很不容易理解。笔者根据实验要求,自制了一套实验仪器。

材料:长100 cm,宽40 cm木工板,软尺4根(缝衣师傅用的尺子),光滑贴面(宝利板),粗糙贴面(一般的层板,上面用小刀轻轻划过,增大粗糙程度)。

制作方法:如图1所示,将木工板分割为板Ⅰ与板Ⅱ两部分,板Ⅰ长40 cm,宽40 cm;板Ⅱ长60 cm,宽40 cm。板Ⅰ与板Ⅱ之间用活页连接,板Ⅰ与水平面的夹角不大于30度,板Ⅱ放在水平桌面上;板Ⅰ要稍高0.3 mm左右(避免小车从板Ⅰ运动到板Ⅱ时发生碰撞)。板Ⅰ面上贴上宝利板,使其光滑以减小摩擦;贴面也稍稍超出连接中线,这样小车向下运动时在板Ⅰ、板Ⅱ的交界处才不会有阻力。将板Ⅱ平分成三部分:一部分是木工板面,一部分是粗糙贴面,另一部分是光滑宝利板面;制作过程中保持板面平整。在板Ⅰ、板Ⅱ的侧面贴上软尺,以测量小车从同一高度向下运动时,在板Ⅱ不同的贴面上滚动的距离,从而演示小车滚动距离的远近与摩擦力的大小有关——贴面越光滑,摩擦力越小,小车运动距离越大;贴面越粗糙,摩擦力越大,小车运动距离越小,从而定性地解释了牛顿第一定律。

仪器的特点:(1)所用材料少,成本低,制作简单;(2)演示效果明显,对比度大,易于观察。

3 现有几何光学实验仪器的改进

物理实验室所配的J2581几何光学实验器,有很多缺点:此仪器所用的光源为12V,45W的卤钨灯,一方面由于光太弱而可见度很小;另一方面由于灯丝发热,灯丝温度高容易烧坏。可对此仪器进行如下改进:

(1)光具盘的改进(图2)。在圆盘后加一个长20 cm的曲柄,比光具盘半径略大7 cm,曲柄弯臂长5 cm;曲柄套在光具盘后轴上,用螺丝加以固定,柄可以绕圆盘随意转动;在曲柄顶端(圆盘的边缘端)焊三个铁质定位圆圈,圈的直径略大于激光手电筒的直径,用小螺钉固定。

(2)用自制激光线光源代替卤钨灯。激光线光源的开关为轻触式开关,要用手一直按住才能发光,操作不方便。为了控制方便,用引线引出来改接在支架上,并改为拨动开关控制。调整时,打开开关,转动激光线光源,让激光射入板面为一束光,光束刚好射到平面镜中心,再用螺钉固定好激光手电筒。此仪器改进后可演示的实验有:用中间一束激光可以演示光的反射定律;演示镜面反射与漫反射,它们的区别一目了然;演示光路可逆原理和光的折射定律;演示光的全反射和临界角;演示光的双缝干涉,单缝衍射。以上演示均有操作简便,可见度好,实验效果好的优点。

4 关于牛顿第二定律实验仪器的改进

高中物理第一册牛顿第二定律实验装置不便操作,既费时间,又很难成功,影响课堂教学效果。笔者根据实验的要求,进行了如下改进,收到了良好的效果。现将改进后的装置介绍于后。

材料:木板,铁丝环,两个定滑轮,两个电磁继电器,两根长细线,开关,软尺。

制作方法:(1)做一个两面刨光的长木板,长130-140 cm,宽20 cm,厚1.5 cm,并在木板一端的相应位置装上两个定滑轮(图3)。

(2)在斜面两侧贴上软尺,斜面上贴上一块20 cm宽,110 cm长的薄玻璃板。

如此改进的实验装置有很多优点:(1)克服了书上装置图的不足,即两个斜面并齐,有时并不能保证它们在同一水平面上;(2)新加的铁丝环防止了线的无规则运动;(3)电磁继电器便于控制小车的运动,保证了小车运动的等时性,并减小了它与细线的摩擦;(4)斜面上贴上一块薄玻璃板的作用是减小小车与平面的摩擦力;(5)两边贴有软尺可以清晰地对比两小车的运动路程。

作为实验教师,可以利用身边物料制作简单而实用的教具,也可以对现有实验仪器进行改进,这对于加强物理实验教学,成功进行演示实验、随堂实验、探究式实验和课外实验是大有益处的。通过实验培养学生的观察和实验能力、探究意识、探究能力和创新精神,以适应高中和初中新课标的要求。

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