基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究與教學(xué)

劉傳安　羅小鳳

搞基礎(chǔ)教學(xué)的教師普遍感到基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究難以開展，感到無從著手，這里就本人近幾年所做的一些研究談?wù)勛约旱捏w會(huì)。

(一)我長(zhǎng)期從事物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)教學(xué)，在熱學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，在用焦利氏秤(拉脫法)測(cè)量液體的表面張力系數(shù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，我發(fā)現(xiàn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)操作很不方便，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)定度不高，能否提高測(cè)量的準(zhǔn)確度，我們從原理開始，實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理每一步都認(rèn)真分析，我們發(fā)現(xiàn)原教科書中使用的公式?jīng)]有考慮到細(xì)絲兩次浸在待測(cè)液體中受到的浮力不同，在測(cè)量拉起的液膜高度h時(shí)是用一金屬細(xì)桿代替彈簧進(jìn)行操作，根據(jù)誤差理論：對(duì)同一量在相同條件下進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量是等精度的測(cè)量，用同一儀表的同一量程或量具對(duì)不同量值所做的一系列測(cè)量也是等精度測(cè)量。可見教科書中焦利氏秤(拉脫法)測(cè)量液表面張力系數(shù)實(shí)驗(yàn)中h和L測(cè)量不是等精度測(cè)量。找到了問題就要針對(duì)這些問題找出解決問題的辦法，通過反復(fù)測(cè)驗(yàn)找到了改進(jìn)儀器，改變實(shí)驗(yàn)操作程序，最后圓滿地解決了這個(gè)問題。經(jīng)過查詢我們發(fā)現(xiàn)改進(jìn)型焦利氏秤這種改進(jìn)沒有先例，是一個(gè)創(chuàng)新，并于2004．4．2經(jīng)申請(qǐng)已獲國(guó)家實(shí)用新型專利，專利ZL：01222687．4。改進(jìn)型焦利氏秤與傳統(tǒng)焦利氏秤實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究顯示，改進(jìn)型焦利氏秤操作簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)處理也簡(jiǎn)單，而且所得結(jié)果更接近公論值，準(zhǔn)確度提高了。我們把改進(jìn)焦利氏秤應(yīng)用于正常教學(xué)，效果良好。

(二)在電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)中，往往一臺(tái)儀措只能做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，如電表改裝，惠斯通電橋測(cè)電阻，低電阻的測(cè)量等，但由于商品包裝，學(xué)生對(duì)儀器的構(gòu)造不容易掌握。對(duì)一些自組儀器實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在電路聯(lián)接時(shí)，往往由于電路接觸不良，時(shí)有導(dǎo)線斷路，或者電子元件不便固定．待測(cè)元件聯(lián)接不穩(wěn)等，致使電路出現(xiàn)故障，有時(shí)查找電路故障花費(fèi)很多時(shí)間。

如何解決這些問題?我們根據(jù)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，抓住各個(gè)電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)的共性，設(shè)計(jì)了一個(gè)綜合性電路面板，面板用30．0×16．0×0．5cm有機(jī)玻璃板制作，其中山A用0—100U表頭，K是檔位開關(guān)，其中1、2、3分別為電阻，電壓、電流檔住，比例臂Ra比例分別為0．01、0．1、1、10、100，電位器Rm與表頭Ll A串聯(lián)共同組成表頭內(nèi)阻，各結(jié)點(diǎn)用中4mm內(nèi)空外螺母緊固的銅質(zhì)接線柱。同時(shí)還設(shè)計(jì)了許多配套的電磁學(xué)元器件插架，可以很方便地把相應(yīng)的元器件裝在插架上，實(shí)驗(yàn)時(shí)，只要把裝有相關(guān)元器件的插架插入相關(guān)的接線柱，就可以分別做十六個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)，真正起到一臺(tái)儀器多種功能的作用，而且可以直接看到儀器內(nèi)部的構(gòu)造，消除了儀器包裝的神秘感。我們把它應(yīng)用于教學(xué)，深受師生歡迎，此研究成果已于2004年向國(guó)家專利局申請(qǐng)國(guó)家實(shí)用新型專利，申請(qǐng)?zhí)枺?00420069485．1。

(三)我們?cè)谟昧繜崞鳒y(cè)量水的比熱容的實(shí)驗(yàn)中，由于散逸到環(huán)境中的熱量是一個(gè)不易控制且不能測(cè)知的量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度低，為了消去熱量散逸到環(huán)境中這一未知因素，可進(jìn)行兩個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中使用的水的流速不同．但通過改變電流使溫升相同，因?yàn)闊崃可⑹У乃俣仁菧囟瘸^量的函數(shù)，對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)該函數(shù)是一樣的，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)恒流量熱器，實(shí)際上是采用動(dòng)平衡的辦法來獲得相同的散逸到環(huán)境中的熱量，詳細(xì)說明如下。

我們用①4mm孔徑的有機(jī)玻璃管制成一個(gè)螺旋管，有機(jī)玻璃管中穿一根約1 Q左右的涂有絕緣柒的電阻絲，當(dāng)水從螺旋管下端進(jìn)入上端流出時(shí)，如果用電通過電阻絲加熱，當(dāng)流速達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)從電能吸取的熱量等于流水帶走的熱量加上散逸到環(huán)境的熱量。如果改變電阻絲兩端的電壓和電流，改變流速但使兩端的溫度差保持不變，且兩次實(shí)驗(yàn)時(shí)間相同，則兩次散逸到環(huán)境中的熱量相同。水的比熱容為C，則

其中，V₁、J₁、m₁分別為第一次的電壓、電流和流過的水的質(zhì)量。V₂、L₂、m₂為第二次的電壓、電流和流過的水的質(zhì)量。Q₂和Q₁為螺旋管上、下端口的溫度。

通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)證明，本研究消除了實(shí)驗(yàn)中散逸到環(huán)境中的熱量的影9向，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到C＝(4．22±0．03)×103J／kg·K。與公認(rèn)值比較，

本實(shí)驗(yàn)儀器制作簡(jiǎn)單，操作方便，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度高，改變了熱學(xué)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度低的面貌。

(四)幾點(diǎn)體會(huì)

1、從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中找研究課題，內(nèi)容熟悉，容易找到解決問題的突破口。

2、研制的教學(xué)儀器可以用于教學(xué)提高教學(xué)質(zhì)量，如果研制的儀器屬首創(chuàng)可以申請(qǐng)專利。

3、研究結(jié)果用于教學(xué)可充實(shí)教材。

作者單位：劉傳安宜春學(xué)院理學(xué)院羅小鳳宜春學(xué)院醫(yī)學(xué)院

(編輯／袁昕)