牛頓環(huán)實驗中讀數顯微鏡教學設計范例

1、牛頓環(huán)實驗中讀數顯微鏡教學設計范例 讀數顯微鏡是光學精密機械儀器中的一種讀數裝置， 是利 用顯微鏡光學系統(tǒng)對線紋尺的分度進行放大、 細分和讀數的長度 測量工具。 它常被用作比長儀、 測長機和工具顯微鏡等的讀數部 件，廣泛用于較小的尺寸如線紋間距、硬度測試中的壓痕直徑、 裂縫和小孔直徑等的測定等。 在高等學校開設的普通物理實驗課程中，通常選取牛頓 環(huán)實驗來讓學生來加深對光的干涉原理的理解、 觀察和研究光的 等厚干涉現(xiàn)象及其特點，以及用牛頓環(huán)測平凸透鏡的曲率半徑。 該實驗中，對牛頓環(huán)的觀察以及各級暗環(huán)直徑的測試常用讀數顯 微鏡完成。 實驗中用到的實驗裝置圖如圖 1所示，主要包括讀數 顯微鏡、牛頓環(huán)

2、儀、單色光源（鈉燈）、玻璃片等。其中，讀數 顯微鏡是整個裝置中的重要觀察和測試工具， 主要由機械部分和 光具部分組成。 光具部分是一個長焦顯微鏡， 裝在一個由絲桿帶 動的滑動臺上， 滑動臺安裝在一個大底座上。 滑動臺連同顯微鏡 對準下方， 可以左右移動。 讀數顯微鏡的機械部分是根據螺旋測 微器原理制造的，與螺距為 1 毫米的絲桿聯(lián)動的刻度圓盤上有 100 個等分格，因此，它的分度值是 0.01 毫米，讀數顯微鏡的 量程為 50 毫米。 實驗教學中讓學生深刻理解讀數顯微鏡的結構原理并掌握 其調節(jié)和使用方法是重要的教學任務。 而實驗室的讀數顯微鏡往 往在超長的使用年限后磨損老化嚴重， 容易出現(xiàn)一些

3、故障， 諸如 標尺刻線磨損模糊不清影；回程誤差大；毫米刻尺零位不準；鏡 組不隨刻度輪轉動向移動； 鏡筒自行下滑等。 以上故障維修不及 時當然會影響學生的實驗操作以及測試結果。 傳統(tǒng)教學中， 這些 故障往往由實驗老師在學生上課之前排除， 學生實驗課在中， 按 照正確的操作步驟完成實驗數據的測試和處理。 但我們發(fā)現(xiàn)較多 同學做完實驗后對讀數顯微鏡的理解和掌握并不深刻， 最近我們 在實驗教學中發(fā)現(xiàn)充分利用讀數顯微鏡的故障對測試結果的影 響，從反面卻能夠加深學生對讀數顯微鏡結構原理的理解， 進而 掌握其正常使用與維護保養(yǎng)，提高了學生的動手能力。以下以 “讀數顯微鏡毫米刻尺零位不準故障對測試數據的影響”

4、教學 案例為例進行說明這種改進的教學范例形式。 在“牛頓環(huán)測平凸透鏡的曲率半徑”實驗教學中， 我們實驗 室有 12 套讀數顯微鏡，其中有一套由于長期使用出現(xiàn)“毫米刻 尺零位不準”。 我們在教學中有意保留該故障。 有部分學生甚至 比較馬虎， 沒有意識到儀器有“毫米刻尺零位不準”故障， 直接 就測試記錄數據。 完成 20 級到 5 級暗環(huán)左右位置坐標的測試后， 學生發(fā)現(xiàn)計算出的結果中， 少數較低級數的暗環(huán)直徑卻比較高級 數的暗環(huán)還大！ 這顯然是不符合實際情況的。 接著我們讓學生在 正常讀數顯微鏡下測試牛頓環(huán) 20 級到 5級暗環(huán)左右位置坐標并 計算出各暗環(huán)直徑， 得到正常實驗結果。 我們讓學生思考為什么 會有前面的異常測試結果。 提示學生觀察故障讀數顯微鏡的測微 鼓輪零刻線對準其標線后，再觀察主尺標線與整毫米刻線的對齊 情況，學生終于“看到” 了“毫米刻尺零位不準”的現(xiàn)象，進而 深刻理解了其對測試結果的影響。 最后我們讓學生查找資料，自 己動手調節(jié)讀數顯微鏡將該故障排除， 并在維修好的讀數顯微鏡 上再次測試，得到正常結果。 同樣的，我們讓學生們先觀察了讀數顯微鏡的“回程誤差 大；鏡組不隨刻度輪轉動向移動；鏡筒自行下滑”等故障現(xiàn)象， 最后指