勤于察，善于思，巧于行，增于效

中學物理演示實驗是物理教學中的重要環節，做好演示實驗，不但可以幫助學生認識物理規律、加深對物理概念的理解，還可以激發學生學習物理的興趣，使物理教學達到事半功倍的效果。現行教材中的演示實驗基本較為成熟，只要按部就班地進行操作演示，完成基本的教學任務是沒有問題。但由于要考慮各校的儀器配備情況，教材演示實驗的儀器大都比較簡單，在具體演示過程中也存在著一些問題，如：實驗功能受限、實驗現象不明顯、實驗結果制約于外界因素等，這直接影響到了課堂的效率，甚至攪亂了教學進度，使授課教師處于尷尬境地。如何解決演示實驗中出現的問題，使演示實驗效果更佳，效率更高，是我們物理老師需要共同探討的一個話題。

目前，隨著校園信息化的普及，用信息技術來解決演示實驗中出現的問題，這無疑是一個不錯的解決方法。對于一些相對復雜、易受外界條件干擾的演示實驗，可以采用播放視頻錄像的方式來呈現；而對于一些數據較為復雜的、精度要求較高的演示實驗，可以利用傳感器進行演示。由于信息技術的優越性，使用信息技術手段替代實物演示呈一度被極為推崇，有些老師甚至還提出了只要有一套多媒體設備跟一套傳感器，就不需要其它的實驗儀器了，這種觀點是不可取的。與傳統的實物演示相比，信息技術也存在著自身的不足，無法完全取代傳統的實物演示，如：以信息技術的手段，學生無法感受到實物的存在，從而造成對要求掌握的實驗儀器不熟悉；學生沒有經歷實物演示，會對實驗結果的可信度產生懷疑等等。實踐證明，在中學物理演示實驗，應以實物演示為主，信息技術手段為輔，讓學生更多地處于實物環境中，從而提高學生的實驗及探究能力。對于實物演示實驗中所存在的一些不足，只要我們多觀察、多思考、多學習、多動手，總會找到解決問題的方法。筆者在教學過程中，做了一些實驗性的嘗試，在此與大家分享，以期拋磚引玉。

實例一：研究平拋運動

在《平拋運動》中，研究平拋運動的演示實驗如圖1所示。當小錘擊打金屬片C，小球A沿水平方向飛出，做平拋運動；B球被松開做自由落體運動，結果A、B兩球能同時落地。該實驗的優點是儀器簡單，現象直觀，易操作，能很好地說明做平拋運動的物體在豎直方向上做自由落體動動。缺點：無法驗證水平方向做勻速直線運動。雖然教材也給出了通過頻閃照相機拍攝的頻閃相片，通過該相片來說明做平拋運動的物體在水平方向上做勻速直線動動，但由于沒有實驗過程，學生對該相片的可信度大打折扣。本人對平拋運動演示板進行改裝，有效地解決了該實驗的不足。圖2為改進后的實驗示意圖，現將實驗裝置介紹如下。

A、B、C′為磁線圈，當接通電源時，產生的磁場可吸住小鐵球；E、F為兩個完全相同斜槽，安裝時，要確保底端水平；G為水平槽，與F底端相連；D為光控開關，裝在斜槽E最底端的位置，并與線圈C′相連，當小球剛要離開斜槽時，激發光控開關，電路斷開；磁線圈A、B固定在斜槽相同的位置，由同一開關控制；磁線圈C′的高度比斜槽E的水平部分高一個小鐵球的直徑。

演示時，接通電源，將三個完全相同的小鐵球a、b、c分別被磁線圈A、B、C′吸住，斷開磁線圈A、B的開關，此時小球a、b兩小鐵球同時沿斜槽往下運動，剛要離開斜槽時，小球a觸發光控開關，使磁線圈C′的斷路，失去磁性，小鐵球c開始做自由落體運動；與此同時，小鐵球a離開斜槽做平拋運動；小球b離開斜槽沿水平槽G做勻速直線運動。最后，我們可以看到，小鐵球a擊中小鐵球b的同時，c剛好落在水平槽G上，從而說明了做平拋運動的物體在豎直方向上做自由落體運動（a球與c球同時落到水平槽G上），水平方向做勻速直線運動（a球擊中做勻速運動的b球）。

改裝后，該實驗裝置可以很好地演示做平拋運動的物體在水平方向及豎直方向的運動，并且現象直觀，易操作，改裝時所用的器材都是最普通的實驗器材，一般實驗室都有配備，改裝難度也不大。

實例二：研究自感現象

《自感》這節內容中，為了讓學生更形象直觀地了解自感現象，課本安排了《觀察開關斷開時小燈泡亮度的變化》（原理如圖3）及《觀察開關閉合時小燈泡亮度的變化》（原理如圖4）。 做好這兩個實驗，有利于學生理解自感現象，兩個實驗電路較成熟，能較好的說明自感現象，實驗效果也明顯。當然也存在著一些不足；其一：電路斷開與電路閉合分兩個電路操作，授課時操作不方便，時間浪費較多，同時易讓學生產生錯覺，以為通電與斷電自感是發生在不同的電路中； 其二，斷電自感實驗（圖3）中線圈L自感系數不好控制，若線圈L的自感系數太小，斷電時線圈產生的自感電動勢與形成的自感電流較小，小燈泡不會發出較強的亮光，自感現象不明顯；若線圈L的自感系數太大，斷電時線圈產生的自感電動勢與形成的自感電流太大，小燈泡往往在發出亮光的同時也被燒壞，使實驗無法重復進行，甚至影響下節課的教學。其三，在后面的內容中，要涉及到自感電動勢的方向問題，而這兩個實驗，都無法體現感應電動勢的方向， 為解決以上問題，筆者查閱了相關資料，借鑒了其他老師一些做法，本著取之精華，去之糟粕的原則，設計出了如圖5的電路，有效地解決了實驗中所遇到問題。現將改進后的實驗裝置介紹如下：

二極管的使用：由于普通發光二極管亮度較低，實驗效果較差，為增加亮度，D1、D2、D3可采用超高亮度發光二極管；對于超高亮度二極管的反向擊穿電壓較低，容易被反向擊穿的問題，在電路中，可分別給D1、D2串上一個普通二級管，從而提高反向擊穿電壓；對于電路斷開時產生的自感電流太大，容易使D3燒毀的問題，可在電路中給D3串上了一個電阻，從而降低感應電流；為了區別自感電動勢的方向，D1與D2可選用同種顏色的超高亮度二極管，D3在顏色的選取上與D1、D2區別開，使不同流向的電流亮不同顏色的燈，使抽象的問題形象化。

電源的使用：電源使用三節干電池。超高亮度發光二極管正向通電電壓約2.4V，普通二極管正向通電電壓約1V多，兩者串聯后，支路的正向通電電壓約4V左右，三節干電池電動勢約4.5V，即可保證正向的超高亮度發光二極管正常發光，也可保證反向的超高亮度發光二極管不被擊穿。

自感線圈的使用：為確保斷電時產生的感應電動勢不至于太高而使二極管被反向擊穿，自感線圈在選取時，不能使用自感系數太高的自感線圈。

開關的使用：如果使用單刀閉合式開關，也能完成本實驗操作，但在進行閉合及斷開操作時，相對不便，可使用點觸式彈片開關，使操作更簡便。

電阻及滑動變阻器的使用：由于市面上銷售的二極管，即使同種型號的，參數差距也很大，比如，普通的二極管，有的反向擊穿電壓只有40V左右，甚至更低，而有的卻可以達到100V以上，鑒于以上因素，無法對電阻及滑動變阻器給出一個具體的值，應在實際操作中根據實際情況進行匹配。

由于改裝進后的實驗電路，是將原來的兩個實驗電路整合成一個實驗電路中，斷開操作與閉合操作在同個電路當中完成，即節省了操作時間，也消除學生疑慮。該裝置所采用的原器件較易獲取，改裝也較容易，但鑒于二極管參數的不確定性，可事先將調試成功的電路裝在演示板中，直接進行操作。

實例三：描繪單擺的振動圖像

在描繪簡諧運動的圖像演示實驗中，大部分學校的儀器都是以盛砂的漏斗為單擺的擺錘，在擺錘下放一平板，沿擺錘垂直的方向勻速拉動平板，利用漏斗流出的細砂在木板上留下振動圖像，如圖6所示。該實驗裝置的優點是儀器簡單，易操作，但也存在著一些不足。首先是原理上存在著缺陷，由于砂子下漏較多，重心下降較大，從而導致擺長變長，從而使振動周期發生變化。其次是操作上也存在著一些困難，如，拉動平板時，無法做到真正的勻速運動，而使獲得的圖像不是等間距的振動圖像；單條擺線易形成圓錐擺等等。針對以上問題，筆者對該實驗裝置進行了改造，如圖7所示，現將改裝后的實驗裝置介紹如下。

為解決砂子下漏較多引起重心下降而導致周期變化的問題，將漏斗改裝成礦泉水瓶，并瓶底裝個注射管的針頭，瓶中裝入有色溶液（如：水中加入墨水），利用針頭噴出的有色溶液代替流出的砂子（如圖中③所示），由于注射管針頭出水較順暢，留下的痕跡較均勻，同時由針孔較小，出水量較少，重心位置變化較小，基本可忽略不計；將單擺線改成雙擺線，擺動過程中易形成圓錐擺的問題即可解決（如圖中①所示），；對于平板人為拉動無法做到勻速動運的問題，可裝配小電動機來解決（如圖中⑤所示），平板通過細繩與電動機連接，通過電動機的轉動將細繩卷起，從而帶動平板的勻速移動。操作時，在平板上固定一張白紙，將礦泉水瓶裝上有溶液，并拉離平衡位置，啟動電動機，即可操作，由于得到的圖像是液體留下紙上的和痕跡，實驗結束時可將白紙取下，豎直擺放給學生看，這樣也解決了砂子留下的痕跡無法豎直放置，不利于學生查看的不足。

對演示實驗進行改進，需要一定的策略，一定的技巧，一定知識積累，但是，我們只要勤于察，善于思，巧于行，定能增于效。