摘 要：通过对中学物理部分疑难实验的改进，使中学物理教师在做这些物理演示实验或学生分组实验时，操作变得简单，所用的时间变短，现象更明显。使得中学物理教师在研究物理实验的实践中能举一反三、创造性地解决问题。

关键词：中学物理 疑难实验

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1673-1875(2009)05-146-03

引言：随着教学的深化，物理实验在物理教育特别是中学物理教育中的作用和地位显得更加突出，然而要真正的运用好物理实验，使之对提高教学质量发挥独特的作用，却不是一个简单的问题，它不仅需要物理理论，也需要精深的实验知识。

正文：中学物理范围内涉及的大都是物理学中比较成熟的知识内容，为什么会有疑难实验呢？

首先，作为科学实验，这些课题都早已在实验室获得了解决。但如今作为内容编进中学物理教材中，就属于教学的物理实验，作为教学的物理实验，和科学研究中的物理实验或在其他应用领域的物理实验有一个最重要的区别，那就是教学物理实验的设计不仅要体现物理思想、符合科学性原则，而且必须反映教学思想、符合教学原则。例如，简谐运动图像的描绘实验，从技术上来说，有很多的方法可以描绘出正弦或余弦曲线。但若设计成如绘图仪那样的图像描绘仪，虽然具有自动化程度和可靠性高、操作简便等诸多优点，但若考察教学目的，这个实验必要的一点就是要在所获得的图像与振动体的运动之间起尽可能直接的、必然的联系，以便学生理解图像所反映的物理意义。从这一点来看，如果图像的描绘是通过一个自动化的装置来实现的而其机理又被有意无意地隐藏地位的话，它就失去了一个教学的物理实验存在所必须有的教学价值。为此，就要设计一个既简单又可靠好用的装置，这在技术上提出了更高的要求。

其次，实验的难度是相对教师的知识、能力和经验而言的。有很多实验不是疑难问题，实验本身不象很多人想象的那么难，但是要很好的驾驭它，实验者本身必须有比较扎实的基本功。必须在掌握有关知识的同时，花时间去认真琢磨、体会实验的奥妙，将资料上的分析介绍、别人的经验内化为自己的真正理解和切身体会，并坚持在实践中不断摸索和积累，才能练出做好实验的真功夫。如果没有信心和恒心深入钻下去，很多实验在很多教师手里就成了头号疑难实验。此外，中学物理实验仪器本身的缺陷也是导致疑难实验问题的一个重要原因。由于体制的问题，现有的中学物理实验室意识器设备还比较普遍存在许多不如人意的地方。主要表现在：一是仪器的生产和配备对新技术、新成果的反映太迟钝，这样使得一些已经很好地解决了的疑难问题由于没有新的仪器可用而依然疑难如故；二是不少仪器由于粗制滥造导致可靠性很差，使一些根本不难做的实验由于没有合格的仪器可用而成为疑难实验。就此，我结合在大学所学的《教具的设计与制作》这门课程及物理专业知识，对中学物理部分疑难实验的实验过程或仪器设备进行改进。

一、力学的疑难实验研究和改进

1、简谐振动的装置的改进分析

中学物理教材中，简谐振动演示实验的装置是用的是沙漏，当沙漏做简谐振动时，匀速来拉动底下的画板，沙子在板上就会画出简谐振动的正弦波形。这个实验存在两个问题：一个是当沙漏中的沙子流出时会改变沙漏的质心，这样就会改变简谐振动的周期；另一个是用手拉动底板，因为是用手拉，不能保证底板作匀速运动。而且画出的图形不能拿出来给学生看。对于这些问题，我对该实验做了改进，自制了一个教具，使用该教具可以可避免以上的一些问题，提高了教学质量。

(1)教具的制作

如上图所示，摆球用直径为2CM左右的铅球或钢球，通过球心钻一个直径为3MM左右的小孔。细软管采用医用一次性输液管中与针头相连的那一段细管，可以找多根这样的细管，用塑料接头连接成足够长的软管，它的一头与注射器连通，另一头穿过摆球上的小孔。

(2)教具的使用

先用注射器向管中注入适量的墨水，直至墨水流到接近针头处，这是不要推注射器的活塞，墨水并不会喷出。接着让小球开始振动，待其稳定后，起动记录底板，然后再开始轻推注射器的活塞，一股细墨水从针头喷出射向平放在记录地板上的白纸，图线描绘开始。而要终止描绘，只需要轻拉活塞，喷墨就可停止。

2、水波的干涉演示及改进分析

原有的敲击式振源效果不是很理想，若改用滴水式，其关键是要找到一个合适的相干波源。新华大学虞昊等人设计了一个频率可微调的滴水装置，如图，用它产生两串相互独立的水滴作为波源，既可以得到稳定的干涉图样，用可以揭示相干条件的作用和意义，还可以显示初相位的实际意义及其对干涉图样的影响和“拍”的现象。

3、压强与深度实验的改进和研究

在中学物理压强这一节中，没有一个好的实验来说明压强跟深度的关系，由于这种情况而设计了这个教具来说明这个问题，该教具的演示的效果还是很不错的。

(1)教具的制作

找四个矿泉水瓶，去掉其底部，分别在四个盖子上钻一个孔，取一个瓶子，在它的底部封上一块透明的弹性薄膜，密封，然后再取一个瓶子，用其低部套到封有薄膜的那个瓶子上（底对底），并密封。取长30CM的小导管两条，每条管的两短分别接一个盖子，密封。盖子分别盖好瓶子，且要密封(如图)。

(2)使用方法

分别往上面的两个瓶子里灌水，当两夜面相平时，薄膜没有形变，当提高一边的瓶子时，薄膜就往另一边凸出，提的越高（上面的两个瓶子的相对高度差越大时），形变越厉害。如果用两种不同密度的液体时，可以演示相同深度时，密度大的液体压强大。

二、热学疑难实验的研究和改进

1、视频投影仪做布朗运动演示实验的研究

视频投影仪常用来投影教案、仪表面板、游标卡尺等实物资料，如果把它的取景头换一只具有显微作用的“显微眼”，并把它插入显微镜的目镜筒内，那么它就具有了显微投影的作用，能把原先通过显微镜用眼睛观察的景象投影到屏幕上。

利用视频仪投影做布朗运动演示实验，第一步把显微镜和投影仪连接好，即把显微镜的目镜和投影仪上的取景头取下，把显微眼旋到摄像头上，另一端插入显微镜的目镜筒内；第二步，按照老办法准备好载波片和墨水稀释液，即在载波片上用蜡烛封一个小圆圈，按1：200的比例稀释两滴墨水，取一滴稀释液滴入小圆圈内，注意，液滴量少些，不能拱起，差不多跟蜡圈相平；第三步，把载波片放在显微镜的载物台上，显微镜目镜用×40的即可，用“显微灯”放在载物台下照明视场；第四步就是调节显微镜，使物镜接触液滴，同时调节显微灯，使视场明亮，反复微调物镜在液滴中的位置，使能在投影屏上得到清晰的布朗远动图像。

2、热能转化为机械能的演示仪

中学物理在演示热能、机械能是基本上用的都是内燃机，而内燃机的结构非常的复杂，而且不好解释。我用的是一个非常简单的装置，找一个装羽毛球的筒，在其距一边1/3的地方钻一个小孔（要求刚好放一个鞭炮），把该端的盖子去掉，在其小孔中塞一个鞭炮，把去掉盖子的一端放在地上，点燃鞭炮，但鞭炮爆炸时，可以看到该羽毛球筒飞起来。（该教具中教法实验室就有）

三、电磁现象疑难实验的研究和改进

1、自感现象演示实验的改进及研究

原有的自感现象是用两个电路，分别由通电，断电自感两个电路组成，这样容易使学生对通、断电自感现象的本质产生因电路而异的错觉。为了更好的演示自感现象和便于教学，我对自感现象演示实验提出改进方案。

我将两个电路合并成一个电路，实验图如图，其中K"为带有1对常开、常闭触头的微型开关，K1"为常开，K2"为常闭。演示通电自感现象与原实验的方法一样，接通K仍由D2较D1后亮说明问题。当D1，D2正常发光后，快速按动开关K"使K2"断开，同时K1"闭合，可看到在D2灭的同时D3突然一亮。由此说明断电自感现象，这里D3由不亮到亮，现象明显。为了同时说明断电自感电动势的方向，将图中的D3换成电流计，其它条件不变。演示方法与原来的一样。实验由电流计指针的偏转来说明断电自感现象，可以判断出自感电动势的方向。实验时电源的电压要比用D3灯泡演示时小些，以防电流计过载而烧坏。

2、带电粒子在匀强磁场中做圆周运动

在中学物理教学中，没有一个是实验来研究带电粒子在匀强磁场中做圆周运动，教师都只是根据教材的描述而讲述的。在这个知识点，由于没有相应的实验，使的学生不好理解。根据这个疑难点而设计了一个演示实验，而且自制了一个相应的教具。

（1）教具的制作

取一个直径为8CM左右的金属瓶子，把它的盖子去掉，在瓶子的中间固定一个直径为1CM左右的金属铁心（铁心跟瓶子间要绝缘）。在瓶子的外侧用漆包线绕上200匝左右，如图，把铁心、瓶子和漆包线分别连到电源上（8V），瓶子内装的是2%的CuSO₄溶液。

（2）教具的使用

先在CuSO₄溶液中撒一些粉笔灰，然后接通电源。这样就可以看到粉笔灰在做圆周运动。

四、光学实验疑难问题研究和改进

1、简易平行光的制作

中学的光学实验中，很多都要用到平行光源，但很少有专门的教具，有一个是用凸透镜和灯泡制成的，但效果不是很好，而且不是很好制作。我现在介绍一种比较好制作平行光源的方法，利用手电筒进行多次改装，可成为实验效果比较好的平行光源，改装方法如下：

原电筒的光线作为平行光线的不足有二：一是平行光光束宽；二是发散光线没有被利用，因此，如图1所示，为解决亮度问题，并形成一条很窄的光束，把电筒的圆玻璃片取下，再用一个同规格的电筒的凹面镜，如图2，跟原电筒的凹面镜对扣在一起，并用套圈紧紧固定即成图3所示装置。这样，发散光线经反射镜多次反射，几乎全部变成了平行光，使光束边窄，形成一条很细的平行光束，其亮度大大加强，便可以在无暗室的实验室里做有光的光学实验了，同时也可以把教师的演示实验变成学生的分组实验，实现人人动手操作。

2、用水透镜演示透镜焦距与其厚度的关系

中学物理教学中在说明透镜厚度与焦距的关系时，没有一个比较好的实验，基本上是根据老师在黑板上画图讲解，这样学生对其中的关系不是很清楚。我根据这个缺点设计了一个实验（水透镜的焦距与其厚度的关系）来说明这个问题。

（1）制作方法

找一个直径为5CM的铁皮圆筒，去掉其两底，然后用通明薄膜封住其两底，并密封好。然后在铁皮圆筒的中间（对称的位置）钻两个洞，一个洞用一条长20CM的管连接，另一个洞用一条长80CM的管连接，并保证管与小洞连接处密封。在取一个矿泉水瓶，去掉其底部，然后在瓶盖上钻一个洞，用长的那条管的另一端与瓶盖相连，密封(如图)。

（2）使用方法

把圆筒挂在架子上，然后往矿泉水瓶里装水，当水刚好从短的那条管中流出时，用夹子夹住。这时薄膜没有变形。当把矿泉水瓶提高时，可以看到薄膜往外鼓，此时是凸透镜，用平行光去检验它的焦距，当矿泉水瓶往下时，薄膜往内凹，这时是凹透镜，也用平行光去检验它的焦距。此实验可以证明：透镜的厚度越大，则其焦距就越小。如果用不同颜色的液体时，还可以跟水比较，光通过相同的透镜时，不同颜色的透镜的焦距是不同的。

总结：从事任何学习与研究，只有抓住问题一个一个地、扎扎实实地钻研下去，才可能掌握到真正属于自己的知识、练就出独立解决问题的能力，智力不存在投机取巧的捷径可走。疑难实验的学习与研究也不例外。但在扎实努力的前提下，如何才能举一反三、活学活用，则是我们大家所希望的，为此，要求我们在学习和研究的过程中，不仅要针对教学的需要，一个一个地解决问题，积累知识和经验而且要善于透过具体的疑难实验，了解和掌握尽可能多的有关前人研究的资料信息是很有必要的，但一定要特别注重从众多的表面差别甚大的实验装置中发掘和把握其中蕴含的实验方法。因为实验方法是物理实验的灵魂，深入不到实验方法的层次就驾驭不了疑难实验。疑难实验之所以成为疑难，说到底，就是尚未找到满意的实验方法。许多漂亮的实验方法不仅提供给我们化解疑难实验所需的知识和技术窍门，而且更重要的是可以给予我们智慧的启迪和激励，使对它敏感、勤于思考的人获得创造性地解决问题的能力。虽然上文所述的一些实验的研究方法在中学物理教学中可以真正解决一些实际问题，但该论文的最大目的不是罗列一大堆一劳永逸的疑难实验解决方案，而是想通过对一些典型的疑难实验问题分析研究，为提高读者研究疑难问题的信心和研究能力提供帮助。使读者在读了此论文后，不仅学会一些比自己已知的效果更好的疑难实验解决方案，而且能在实践中创造出更好的解疑的方法。

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