四個(gè)物理實(shí)驗(yàn)儀器的制作與改進(jìn)

1 自制激光線光源

在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，常用線光源進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)、隨堂實(shí)驗(yàn)、探究性實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)驗(yàn)等光學(xué)實(shí)驗(yàn)。激光光源價(jià)格昂貴，激光管的使用壽命較短（一般使用壽命為2年），所以中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室缺乏激光線光源。為了加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，節(jié)約資金，筆者自制了激光光源。

材料：玩具激光手電筒（市面有售，價(jià)格為2-3元/個(gè)），直徑約為5 mm細(xì)玻璃棒。

制作方法：用鋸將細(xì)玻璃棒鋸下一小段，剛好能嵌入激光手電筒前面的螺帽內(nèi)為宜。當(dāng)按下激光手電筒的開關(guān)通電后，原來的激光由點(diǎn)光源變成線光源。改進(jìn)后的激光有很多優(yōu)點(diǎn)：（1）光束強(qiáng)，可見度大；（2）是紅色單色光；（3）價(jià)格便宜，制作方法簡(jiǎn)單，可用于高中、初中幾何光學(xué)的所有實(shí)驗(yàn)。

2 自制牛頓第一定律實(shí)驗(yàn)儀器

初中物理和高中物理第一冊(cè)牛頓第一定律演示實(shí)驗(yàn)，如果不用儀器憑空講解，學(xué)生很不容易理解。筆者根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，自制了一套實(shí)驗(yàn)儀器。

材料：長(zhǎng)100 cm，寬40 cm木工板，軟尺4根（縫衣師傅用的尺子），光滑貼面（寶利板），粗糙貼面（一般的層板，上面用小刀輕輕劃過，增大粗糙程度）。

制作方法：如圖1所示，將木工板分割為板Ⅰ與板Ⅱ兩部分，板Ⅰ長(zhǎng)40 cm，寬40 cm；板Ⅱ長(zhǎng)60 cm，寬40 cm。板Ⅰ與板Ⅱ之間用活頁(yè)連接，板Ⅰ與水平面的夾角不大于30度，板Ⅱ放在水平桌面上；板Ⅰ要稍高0.3 mm左右（避免小車從板Ⅰ運(yùn)動(dòng)到板Ⅱ時(shí)發(fā)生碰撞）。板Ⅰ面上貼上寶利板，使其光滑以減小摩擦；貼面也稍稍超出連接中線，這樣小車向下運(yùn)動(dòng)時(shí)在板Ⅰ、板Ⅱ的交界處才不會(huì)有阻力。將板Ⅱ平分成三部分：一部分是木工板面，一部分是粗糙貼面，另一部分是光滑寶利板面；制作過程中保持板面平整。在板Ⅰ、板Ⅱ的側(cè)面貼上軟尺，以測(cè)量小車從同一高度向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，在板Ⅱ不同的貼面上滾動(dòng)的距離，從而演示小車滾動(dòng)距離的遠(yuǎn)近與摩擦力的大小有關(guān)——貼面越光滑，摩擦力越小，小車運(yùn)動(dòng)距離越大；貼面越粗糙，摩擦力越大，小車運(yùn)動(dòng)距離越小，從而定性地解釋了牛頓第一定律。

儀器的特點(diǎn)：（1）所用材料少，成本低，制作簡(jiǎn)單；（2）演示效果明顯，對(duì)比度大，易于觀察。

3 現(xiàn)有幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)

物理實(shí)驗(yàn)室所配的J2581幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn)器，有很多缺點(diǎn)：此儀器所用的光源為12V，45W的鹵鎢燈，一方面由于光太弱而可見度很??；另一方面由于燈絲發(fā)熱，燈絲溫度高容易燒壞?？蓪?duì)此儀器進(jìn)行如下改進(jìn)：

（1）光具盤的改進(jìn)（圖2）。在圓盤后加一個(gè)長(zhǎng)20 cm的曲柄，比光具盤半徑略大7 cm，曲柄彎臂長(zhǎng)5 cm；曲柄套在光具盤后軸上，用螺絲加以固定，柄可以繞圓盤隨意轉(zhuǎn)動(dòng)；在曲柄頂端（圓盤的邊緣端）焊三個(gè)鐵質(zhì)定位圓圈，圈的直徑略大于激光手電筒的直徑，用小螺釘固定。

（2）用自制激光線光源代替鹵鎢燈。激光線光源的開關(guān)為輕觸式開關(guān)，要用手一直按住才能發(fā)光，操作不方便。為了控制方便，用引線引出來改接在支架上，并改為撥動(dòng)開關(guān)控制。調(diào)整時(shí)，打開開關(guān)，轉(zhuǎn)動(dòng)激光線光源，讓激光射入板面為一束光，光束剛好射到平面鏡中心，再用螺釘固定好激光手電筒。此儀器改進(jìn)后可演示的實(shí)驗(yàn)有：用中間一束激光可以演示光的反射定律；演示鏡面反射與漫反射，它們的區(qū)別一目了然；演示光路可逆原理和光的折射定律；演示光的全反射和臨界角；演示光的雙縫干涉，單縫衍射。以上演示均有操作簡(jiǎn)便，可見度好，實(shí)驗(yàn)效果好的優(yōu)點(diǎn)。

4 關(guān)于牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)

高中物理第一冊(cè)牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)裝置不便操作，既費(fèi)時(shí)間，又很難成功，影響課堂教學(xué)效果。筆者根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求，進(jìn)行了如下改進(jìn)，收到了良好的效果?，F(xiàn)將改進(jìn)后的裝置介紹于后。

材料：木板，鐵絲環(huán)，兩個(gè)定滑輪，兩個(gè)電磁繼電器，兩根長(zhǎng)細(xì)線，開關(guān)，軟尺。

制作方法：（1）做一個(gè)兩面刨光的長(zhǎng)木板，長(zhǎng)130-140 cm，寬20 cm，厚1.5 cm，并在木板一端的相應(yīng)位置裝上兩個(gè)定滑輪（圖3）。

（2）在斜面兩側(cè)貼上軟尺，斜面上貼上一塊20 cm寬，110 cm長(zhǎng)的薄玻璃板。

如此改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置有很多優(yōu)點(diǎn)：（1）克服了書上裝置圖的不足，即兩個(gè)斜面并齊，有時(shí)并不能保證它們?cè)谕凰矫嫔希唬?）新加的鐵絲環(huán)防止了線的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)；（3）電磁繼電器便于控制小車的運(yùn)動(dòng)，保證了小車運(yùn)動(dòng)的等時(shí)性，并減小了它與細(xì)線的摩擦；（4）斜面上貼上一塊薄玻璃板的作用是減小小車與平面的摩擦力；（5）兩邊貼有軟尺可以清晰地對(duì)比兩小車的運(yùn)動(dòng)路程。

作為實(shí)驗(yàn)教師，可以利用身邊物料制作簡(jiǎn)單而實(shí)用的教具，也可以對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行改進(jìn)，這對(duì)于加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，成功進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)、隨堂實(shí)驗(yàn)、探究式實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)驗(yàn)是大有益處的。通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的觀察和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、探究意識(shí)、探究能力和創(chuàng)新精神，以適應(yīng)高中和初中新課標(biāo)的要求。