低成本物理實驗的研究與開發(fā)

低成本物理實驗的研究與開發(fā)摘要：本文介紹了什么是低成本實驗及它對中學(xué)物理教學(xué)的意義，并通過具體實例從物理原理、實驗材料、操作過程與數(shù)據(jù)處理等方面說明它的特點，本文對開發(fā)與利用低成本實驗有一定的參考價值。關(guān)鍵詞：物理實驗低成本實驗自制教具實驗教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分，又是落實新課程目標(biāo)的重要途徑，但實驗教學(xué)又是物理教學(xué)的薄弱環(huán)節(jié)，因受學(xué)校經(jīng)費不足和設(shè)備缺乏等原因，極大地影響了物理新課程的實施。積極開展低成本實驗的研究與開發(fā)是解決這一矛盾的有效途徑。所謂低成本實驗指的是價格低，花費少的實驗。教師常使用日常生活用品、廢舊器材等自制低成本物理實驗儀器，用它們代替實驗室專用儀器進(jìn)行物理實驗，以此解決儀器短缺難題，滿足實驗教學(xué)需要。本文通過具體實例，說明低成本實驗在物理原理、實驗器材、操作過程與數(shù)據(jù)處理中的特點，從這四個方面指明低成本實驗研究與開發(fā)的方向。1

簡單的物理原理是靈魂低成本實驗的目的就是通過實驗儀器的改進(jìn)與創(chuàng)新，巧妙地將簡單的物理原理揭示出來，讓學(xué)生深切地感受到物理實驗的真實性。1.1

共振擺的改進(jìn)教材提供的共振擺演示實驗，其實驗現(xiàn)象是明顯的，但本實驗只能演示擺長相同的兩個擺發(fā)生共振的現(xiàn)象。筆者對此實驗進(jìn)行改進(jìn)，如圖1所示，通過調(diào)節(jié)旁邊小球的高度能夠讓中間任一個小球發(fā)生共振現(xiàn)象。制作時，在木架兩側(cè)的木條上鉆兩個等高的小孔，用鉛絲折成“7”字形，水平段穿過木條的兩個小孔，水平段的中部向下彎折，略低于兩小孔，這樣當(dāng)鉛絲擺動時就能對系在其上的小球提供周期性的驅(qū)動力，水平段用膠帶紙粘貼一長條形硬紙片，這樣木架內(nèi)部的三個小球可以用夾子加以固定，并可隨意調(diào)節(jié)高度非常方便。在木架的右側(cè)將金屬小球穿過鋼絲，下方用一螺絲固定。操作時，調(diào)節(jié)金屬小球的高度，使其與其中一個小球等高，讓它前后擺動，三個小球受鋼絲周期性的驅(qū)動力的作用也前后擺動起來，但與圓柱體等高的小球振幅最大，發(fā)生共振。改變金屬小球與中間的另一小球等高，則變?yōu)樵撔∏蛘穹畲?，發(fā)生動振。改進(jìn)后的實驗可隨心所欲地改變母擺的擺長，進(jìn)行多次操作，更能揭示共振的本質(zhì)。1.2

聲波的干涉演示實驗?zāi)壳癉IS實驗數(shù)字化信息系統(tǒng)與計算機(jī)連接，能快捷地處理實驗數(shù)據(jù)，但它目前很難在農(nóng)村中學(xué)普及。然而在低成本物理實驗中也有不少能快捷進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的優(yōu)秀教具。4.1

反應(yīng)時間尺人教版物理必修一教材有“做一做”欄目通過自由落體運動的規(guī)律計算人的反應(yīng)時間。但每次實驗都要進(jìn)行計算才能獲得人的反應(yīng)時間?；谌说姆磻?yīng)時間與下落的高度存在一一對應(yīng)關(guān)系，可以制作一根反應(yīng)時間尺，直接從尺子上獲得被測者的反應(yīng)時間。筆者制作了一套測量反應(yīng)時間的教具，它們由兩張長短不一的書簽和兩個分別用廢舊米尺與PVC管制成的反應(yīng)時間尺組成，如圖7所示。正常人的反應(yīng)時間在0.15s到0.4s之間，制作短書簽，長為8cm，對應(yīng)的反應(yīng)時間為0.13s；制作長書簽，長為20cm，對應(yīng)的反應(yīng)時間為0.2s，用長短兩書簽做實驗，一人捏住書簽上方，另一人在下方做好抓捏準(zhǔn)備，短書簽的長度小于人的最小反應(yīng)時間對應(yīng)的長度，一般捏不住，長書簽可以捏住。用Excel軟件計算出自由落體運動每隔0.01s下落的高度和下落每隔1cm對應(yīng)的時間，用word進(jìn)行精確作圖，電腦打印后粘貼在廢舊米尺與PVC套管上。操作時，一人A捏住教具上方，另一人B在下方做好抓捏準(zhǔn)備，當(dāng)看到A釋放教具時，B立即捏住教具，根據(jù)尺子下落的高度，可直接在尺子上讀出B的反應(yīng)時間。本實驗可在自由落體這節(jié)課教學(xué)時進(jìn)行課堂演示，也可指導(dǎo)學(xué)生課后進(jìn)行設(shè)計與制作，使學(xué)生領(lǐng)悟其中的奧妙。4.2

簡易加速度計當(dāng)我們乘車時，怎樣判斷汽車是否做加速運動呢？一個簡單的辦法是用線拴一個重物，通過線與豎直方向的夾角來判斷汽車是否做加速運動。按照這個方法，筆者制作了簡易加速度計。取透明的光盤盒，拿掉封皮與內(nèi)心。用紙板按光盤盒大小剪成一個長方形紙片固定在盒內(nèi)。用一段紅線拴一個螺絲作為指針，根據(jù)牛頓運動定律可得加速度與偏角的關(guān)系a=g·tanθ，用Excel計算出加速度與偏角的對應(yīng)關(guān)系。按圖8所示在紙板上畫出標(biāo)尺。操作時，可將加速度計平放在汽車的窗框上，把汽車的運動近似看成勻變速運動，等重物擺動穩(wěn)定后進(jìn)行讀數(shù)，便可快速獲得汽車加速度的粗略值。按運動學(xué)的方法，測量物體運動的加速度并不是一件容易的事，本教具巧妙地應(yīng)用動力學(xué)的方法，快捷地測出了運動物體的加速度?？傊?，低成本物理實驗制作的成本雖低，但運用的智慧不低，具有的內(nèi)涵不低，教育的價值不低。它能極大地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，產(chǎn)生強(qiáng)烈的好奇心，激發(fā)巨大的學(xué)習(xí)動力。因此應(yīng)大力加強(qiáng)物理低成本實驗的研究與開發(fā)。參考文獻(xiàn)1.

羅星凱．中學(xué)物理疑難實驗專