淺議物理實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)及儀器自制

馮冠楠

【摘要】物理儀器的自制及改進(jìn)，是物理教學(xué)中每一位物理教師必然要面對(duì)的問題，對(duì)一些老式儀器進(jìn)行一些改進(jìn)和探索，使教師更好地利用有限的教學(xué)儀器，從而進(jìn)一步提高儀器的使用效率。另外，對(duì)一些不易理解的知識(shí)，能自己設(shè)計(jì)一些教學(xué)儀器，使教學(xué)達(dá)到一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】儀器改進(jìn) 儀器自制 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

一、雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

雙縫干涉實(shí)驗(yàn)是高中物理中一個(gè)很重要的實(shí)驗(yàn)，它對(duì)于學(xué)生認(rèn)識(shí)光的本性，學(xué)習(xí)計(jì)算學(xué)的波長是很有幫助的，但是，由于光的波長很短，測量其波長很不容易，而老式的儀器調(diào)試不易，所以很多學(xué)校的教師不喜歡用它，如圖1所示，它的缺點(diǎn)也是顯而易見的。

以前的這個(gè)儀器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，光源是小燈泡，要用到凸透鏡，及單、雙縫等儀器設(shè)備部件。在使用調(diào)整就比較麻煩，而且在學(xué)生在使用其進(jìn)行測量的過程中，稍不注意，碰到燈泡、透鏡，或是觀察筒，就有可能把調(diào)整好的光柵給弄沒了，又得重新調(diào)試，浪費(fèi)大量的時(shí)間，而且調(diào)試還要有一定的技巧，如果教師動(dòng)手能力不高而總是調(diào)不好，學(xué)生就更是不會(huì)調(diào)試了，因此教師都不愛用它。另外，燈泡是白光，要測量紅、綠色光波的波長，就要加不同的濾色片，而且，原來儀器所帶的燈泡的亮度不高，一但加一濾色片后，光的亮度就更低，從而看到的紅色或綠色光的光柵亮度就更低，因此觀察就很困難。另外，市面上小白熾燈已經(jīng)沒有出售了的，一但燈泡壞了，整個(gè)儀器就不能使用了。

目前，還有很多學(xué)校還擁有很多以前的老儀器，因不易使用或燈泡損壞而閑置在那里，如果把這些老式儀器加以改造，讓它們即容易調(diào)試，而且使其效果又好，就可以減小學(xué)校的支出，提高教學(xué)的效果，從而進(jìn)一步發(fā)揮其作用。

新型高亮度LED發(fā)光二極管，色度純正，用它來解決雙縫干涉的光源問題，效果很好。

把燈泡與透鏡去掉，用兩個(gè)高亮度紅綠色發(fā)光二極管（LED管），緊靠在一起安裝，如圖2中B點(diǎn)所示，并把兩個(gè)LED管緊靠單縫放置，由于單縫長度大于兩個(gè)二極管的直徑之和，所以，只要高度第一次調(diào)整到位，不用移動(dòng)LED光源，光線也可以通過單縫，且不會(huì)影響到觀察時(shí)的效果，光的顏色可以通過開關(guān)切換兩個(gè)二極管分別發(fā)光（如圖3所示），這樣一來，不用更換濾色片，就可觀察到清晰紅綠兩種光的干涉圖樣。儀器的觀察效果大大提高，而且儀器的調(diào)整很方便，只要把LED光源對(duì)準(zhǔn)單縫就可以觀察到很明亮清晰的干涉圖樣。

改裝后觀察到的紅、綠色干涉圖樣十分清晰。通過這樣的改造之后，觀察到的干涉圖樣非常清晰，且調(diào)試簡單方便，不但減輕了教師調(diào)整儀器的強(qiáng)度，學(xué)生也可以進(jìn)行調(diào)試且進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而且還可把一些舊的器充分利用起來，如果多改造一些儀器，也可以作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生來進(jìn)行調(diào)試，從而提高學(xué)生動(dòng)手的機(jī)會(huì)，提高了教學(xué)的效率。增加了學(xué)生對(duì)雙縫干涉物理概念的理解。

二、自制重力在斜面上的分解實(shí)驗(yàn)演示器

力的分解和力的合成都是矢量運(yùn)算的工具，是高中物理的基石。我們常常發(fā)現(xiàn)在一些題目中，學(xué)生能夠機(jī)械的把一個(gè)力分解并且按題目要求把分力的大小按幾何關(guān)系求出來，但學(xué)生不會(huì)靈活變通，不明白一個(gè)力為什么在不同的情況下的分解方式不同，同一個(gè)力在有些情況下能分解，在有些情況下不能分解。老師只是機(jī)械的教給學(xué)生應(yīng)該按效果對(duì)力進(jìn)行分解，然后按數(shù)學(xué)知識(shí)求分力的大小。學(xué)生并不知道某個(gè)力在不同的情況下有什么樣的作用效果，并且為什么要按效果對(duì)力進(jìn)行分解等這些疑問。所以我們通過這個(gè)儀器可以讓學(xué)生通過眼睛觀察，親身體驗(yàn)力的作用效果，并可以定量的求出分力的大小。

1.教具裝置。原理圖如圖1，實(shí)物圖如圖2（示數(shù)為410克，換算成牛頓約為：4.018N）如圖3。

2.制作材料.利用一個(gè)市場出售的小臺(tái)秤，最大稱量為1.0kg，一個(gè)實(shí)驗(yàn)室常用的小彈簧秤，最大測量值為5N，與臺(tái)秤寬度相近的木板三塊（兩塊46cm×10cm，用來安裝臺(tái)秤和底板。一塊20cm×10cm用來安裝小彈簧秤）。另外，要制作一個(gè)量角度器以及臺(tái)秤上面的小平面，需要兩塊大小合適的薄板（一個(gè)用來放小車），另一塊與有機(jī)玻璃（6cm×20cm）一起用來制作量角器。

三、制作方法

1.先把兩塊木板小用合頁組合起來，使其可以自由的轉(zhuǎn)動(dòng)。在上面的一塊木板上安裝臺(tái)秤和彈簧秤。用一塊薄板制作一個(gè)量角器，把并量角器安裝在下面的木板的側(cè)面。用有機(jī)玻璃畫好指針線，制作一個(gè)指針，安裝到下面板的側(cè)面，安裝時(shí)，要把有機(jī)玻璃墊起一點(diǎn)，使量角器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，指針能指示上面板車轉(zhuǎn)過的角度。2.把小塊的木板豎直固定在上面的長木板上，再把彈簧秤安裝在上面，彈簧秤的小鉤要與臺(tái)秤的頂面大至一樣高，且不使小車在臺(tái)面上有斜向拉力，一定要沿著彈簧秤的方向拉出才行。

3.把另一塊小三合板安裝在小臺(tái)秤上，大小以不使小車掉下來就可以了。

四、使用方法

1.當(dāng)臺(tái)秤水平放置時(shí)，臺(tái)秤示數(shù)最大，彈簧秤示數(shù)為零。量角器讀數(shù)為零。小車重力沒有被分解。

2.當(dāng)慢慢抬起上面板時(shí)，可以看到臺(tái)秤示數(shù)在減少，而彈簧秤示數(shù)在增大，說明重力分解為兩個(gè)力，一個(gè)對(duì)臺(tái)秤的壓力，一個(gè)沿斜面向下的分力，且當(dāng)斜面角度增大時(shí)，臺(tái)秤示數(shù)減小而彈簧秤示數(shù)在增大。

3.若要定量計(jì)算，則可以斜面下面用一個(gè)小木塊可調(diào)到任何角度，但每變換一次角度，都要對(duì)臺(tái)秤進(jìn)行調(diào)零，然后再把小車放在臺(tái)秤上進(jìn)行讀數(shù)，最后進(jìn)行計(jì)算。

4.儀器特點(diǎn)及使用方法：

（1）本儀器利用在可轉(zhuǎn)動(dòng)的斜面上安裝的小臺(tái)秤和小彈簧秤來演示重力在斜面上的分解情況。

當(dāng)臺(tái)秤水平時(shí)，可看出臺(tái)秤上的示數(shù)最大，彈簧秤的示數(shù)為零，同時(shí)，量角器度數(shù)也指在零。

（2）當(dāng)抬起與臺(tái)秤連在一起的小板，臺(tái)秤上的示數(shù)減小，而彈簧秤的示數(shù)增大，從而可見重力在斜面上的分解情況。

（3）若要定量測量時(shí)，則每達(dá)到一個(gè)角度，都要進(jìn)行一次臺(tái)的調(diào)零，然后再把小車放在臺(tái)秤上，進(jìn)行讀數(shù)，再進(jìn)行計(jì)算。

參考文獻(xiàn)：

[1]王興乃，羅棟國.高中物理實(shí)驗(yàn)大全（第三冊）.北京：電子業(yè)出版社，1988.