例談開發與自制高中物理實驗教具的嘗試

摘 要：實驗教具的開發與自制是實現物理實驗教學的重要前提，更是新課程改革中物理課程資源開發的一項重要內容，它決定著物理課程資源質量的提升，其重要性不言而喻。

關鍵詞：開發；自制；物理實驗；教具

中圖分類號：G427 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2011）07-042-01

一、臻善經典實驗

案例1：油膜法估測分子大小

新課程教材《選修3—3》中介紹，測定—滴油酸酒精溶液中所含油酸的體積時，用膠頭滴管或注射器將油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，但實踐發現，膠頭滴管或注射器均感覺使用不便，因膠頭滴管滴出的液滴較大，在淺水盤里水面上形成油酸薄膜的面積太大，難以測定其面積；而使用注射器，當施加在活塞上的壓力控制不當時，從針頭出來的油酸酒精溶液就會時而成滴，時而噴射，實驗往往半途而廢。本是一堂學生實驗課，呈現的卻是學生一趟趟換水上洗手間的鬧劇。

鑒于上述窘境，筆者從一次性使用輸液器上，拆取注射細軟管部分，將剩余塑料軟管上的控制閥安裝于細軟管處，以便于直接調節控制閥來控制細軟管中油酸溶液的流速，以保證在較大力推動注射器時，也能使注射針頭處以液滴形式滴出，這樣就制成了一件非常完美實用的注射滴定器。該實驗取材方便，制作簡單，操作穩定性加強。經改進后，實驗的成功率大大提高。

二、改進演示實驗

實驗室配備的演示實驗裝置無法做到實時更新換代，一些老舊器材往往處于閑置或半閑置狀態，并未起到其應有的價值。筆者發現只要在其原有的基礎上稍加改進或增配一些附件，便可使其容光煥發，在課堂教學中起到應有的作用。

案例2：電磁阻力實驗

實驗室有現成的演示裝置，讓一個小球從鋁管的上方落下，小球很快便到達管的下端，而讓一暗藏釹磁鐵的小球從鋁管的上方落下，小球卻緩慢下落，明顯的反差能引起學生極大的興趣。本實驗的缺點是鋁管封閉，小球在管內的運動可見度差。針對這一缺點，可改進實驗方案。取一塊厚鋁板(如發電廠用的導電板)，一塊木板。兩塊板的一面均用相同的廣告單面膠紙貼上，使兩塊板表面的摩擦系數相同。墊高兩塊板，形成兩個傾角相同的斜面。然后讓一塊磁性極強的釹磁鐵，分別從兩個斜面上滑下。將發現在兩個斜面上下滑時的速度相差很大。為什么磁鐵從摩擦系數與傾角均相等的兩個斜面上下滑時快慢相差會如此懸殊?學生可能會說，其中一塊板是鐵板，能被磁鐵吸引。這時可進一步演示，磁鐵對兩塊板均無吸引力。此時學生會產生很強的好奇心，往往會自覺進行一番猜測。最后展示兩塊板的真實面目，使學生看清其中一塊是鋁板，另一塊是木板。這時再讓學生思考磁鐵在哪塊板上下落很慢，為什么?通過本實驗，不僅能使學生進一步掌握電磁感應現象，而且能引起學生極大的興趣。本實驗與原實驗室現成的電磁感應實驗相比更具有開放性，可見度更大，在課堂上演示時，能使學生對實驗現象一目了然。

三、媒體鏈接實驗

如果我們借助與多媒體的有機結合，就能使一些抽象的知識得以形象地展示，使一些模糊的現象得以清晰地展現。

案例3：雙縫干涉實驗

高中物理選修3-4第十三章光第三節“實驗：用雙縫干涉測量光的波長”，該實驗目的是通過實驗裝置在毛玻璃屏上觀察干涉條紋，測定單色光的波長，若要做成功本實驗，最大的障礙就是調節光具座上的光源、遮光筒和毛玻璃在同一軸線上，且整個調節過程必須在無外界干擾的情況下，通過單眼觀察毛玻璃判斷有無干涉條紋。整個實驗做下來，學生總結到：有淚不一定有結果，無淚一定沒結果。說明實驗的最大困難在于調節裝置找干涉條紋，之所以難的原因一是屏過于小，二是光源較弱，三是眼睛無法長時間不眨眼，為克服以上三點困難，將毛玻璃屏改裝為電腦視頻攝像頭，其優點是將圖像真實清晰地記錄反映到電腦顯示屏上，輕輕松松就能找到干涉條紋，將“悲劇”拍成“喜劇”，若要測單色光的波長，再將攝像頭換成測量頭即可，物理實驗在演示或調節過程中，出現可視程度低，顯示時間短或不易觀察等問題，可以借助多媒體設備，如本實驗所用的視頻攝像頭一樣，可以將影像資料逐幀播放、倒放、暫停，使實驗真實完美地呈現在研究者面前、極大地提高了實驗的成功率。

四、創設趣味實驗

如果我們在組織教學時多做一些有趣的并且和課文內容相關的實驗，不僅能使學生通過對實驗的觀察，對所學知識有了感性認識，而且能把學生對物理現象的興趣引導到物理理論上來，為理解和掌握好教材內容奠定基礎。

案例4：規則物體的重心演示

新課程物理必修第三章“相互作用”中第一節在介紹物體的重心內容時，開設有做一做“確定薄板的重心”欄目，通過兩次懸掛來確定不規則薄板形物體的重心，起到直觀簡潔有效的教學效果。對于質量均勻分布的物體與質量分布不均勻的物體，其重心的確定通過兩張圖片和一定的文字介紹來加以說明，略顯美中不足之感。為此，筆者創設了趣味性較強的對比實驗演示裝置，取一段長為50 cm的PYC下水管AB，在管上標示出中間位置點P，根據形狀規則且質量均勻分布的物體，重心位置在物體的幾何中心，即此管AB的中間位置P處。將管AB放置于水平桌面上，緩慢移動，使B端不斷伸出桌面，當P處接近桌面端口移時，學生一片寂靜，生怕管子掉落地上，當P處移至桌面外時，管AB竟然還未掉落，必感神奇，怎么管AB的重心不在幾何中心，與課本說明相違背，產生認知沖突。當揭開A端放有一小鐵柱時，才深刻認識到規則物體的重心在幾何中心時，需均質物體才有效。實驗取材方便，演示過程趣味性強，理論與現實出現悖論，形成認識沖突，有利于培養學生的學習興趣。