物理自制教具設(shè)計大賽一等獎獲得小組設(shè)計方案展示

附件4：第一屆物理自制教具設(shè)計大賽一等獎獲得小組設(shè)計方案展示序號作品作者獲獎情況創(chuàng)新點教學(xué)重難點1五彩噴泉陳貝貝徐秀傅冠群一等獎詮釋了全反射在實際生活的應(yīng)用；可重復(fù)使用，沒有場地的限制。光的全反射2小火車轉(zhuǎn)彎演示儀邱弘捷劉盛盈鄭正君一等獎直觀地演示小車翻車現(xiàn)象；興趣性強；取材簡單，成本低廉；安全性強。向心力3水滴中的世界王格林珠沈怡超一等獎巧用激光筆；污水利用；趣味性強。衍射現(xiàn)象4簡諧運動沈佳源樓凱欣一等獎更直觀得了解簡諧運動原理。簡諧運動自制五彩噴泉教具設(shè)計方案編號：03-1一、問題提出什么東西能夠影響光的傳播？什么東西能改變光路？在某些情況下，光是否仍是沿直線傳播的呢？因此，若將一束光射向水中,是否會發(fā)生光沿水流傳播的現(xiàn)象？知識奠基：光由光密媒介進入光疏媒介時，要離開法線折射。當(dāng)入射角θ增加到某種情形時，折射線延表面進行，即折射角為90°，該入射角θc稱為臨界角。若入射角大于臨界角，則無折射，全部光線均反回光密媒質(zhì)，此現(xiàn)象稱為全反射。當(dāng)光線由光疏媒介射到光密媒介時，因為光線靠近法線而折射，故這時不會發(fā)生全反射。當(dāng)光射向水中的時候，由于水的折射率大于空氣的折射率，因此，光在水中發(fā)生全反射，因此，從視覺看來就像是光沿著水流的方向傳播。二、方案設(shè)計1.制作原理當(dāng)光射向水中的時候，由于水的折射率大于空氣的折射率，因此，光在水中發(fā)生全反射，因此，從視覺看來就像是光沿著水流的方向傳播。2.制作材料玻璃水槽、激光筆、鋁合金固定架、電泵一個、食鹽。3.制作方法請玻璃店的師傅打造一個30cm×20cm×30cm的玻璃水槽，水槽分為兩層，下層高為10cm。水槽邊有排水口和插電泵的接口。水槽中層的玻璃片上有四個帶小段玻璃管的孔，每個圓管有一個傾斜面，使水可以呈拋物線向四個方向噴出（圖中沒畫出斜面），中間有一個大的圓孔。如圖所示。10cm30cm接電泵的接口10cm30cm接電泵的接口排水口標(biāo)記點激光射入點30cm20cm4.使用方法1）在水槽中灌一半濃鹽水（即不沒過中層的玻璃板）。2）對準(zhǔn)中層的四個孔射出4道激光，同時用電泵將水壓出五個孔，形成美麗的噴泉，邊上有短管的孔光會沿水傳播，中間的水柱無顏色。3）關(guān)閉電泵，讓水自然流回下層4）調(diào)節(jié)激光的角度，使其恰好以較大的角度從標(biāo)記點射向圓孔中心，則學(xué)生可看到水中發(fā)生一次全反射的現(xiàn)象，即解釋了噴泉中光沿水傳播的原理。三、創(chuàng)新點1.以往的全反射現(xiàn)象都是通過角度的方式表現(xiàn)，而我們的設(shè)計可使學(xué)生看到全反射在實際生活中的應(yīng)用。2.實驗裝置可重復(fù)使用，且在密閉的容器中進行，沒有場地的限制。3.將全反射的知識運用于實際生活，制作出美麗的景象，吸引學(xué)生眼球，使學(xué)生通過物理現(xiàn)象學(xué)知識。參考文獻：中國專利文獻（ZL200420039627.X）組長：陳貝貝639352組員：徐秀傅冠群小火車轉(zhuǎn)彎演示儀教具設(shè)計方案編號：11一、問題的提出1.在高中教學(xué)中，圓周運動的向心力問題一直是教學(xué)的重難點，特別是高中物理（必修）第一冊第五章第六節(jié)的“勻速圓周運動實例分析”中的小車轉(zhuǎn)彎問題。

2.因無演示教具，教師講解比較困難，而學(xué)生僅憑向心力理論去死板地理解和想象，也不易完全掌握。

3.現(xiàn)有教具不夠直觀、演示難、成本高、現(xiàn)象不明顯

二、方案的設(shè)計

制作方法：

1．硬紙板加工成展示板。

2．用工業(yè)用紙將硬紙板包裝起。

3．在板上安裝好鐵軌及使軌道抬高的底座螺帽。

4．在軌道轉(zhuǎn)彎處用木棍安裝好光電門傳感器。

5．整合儀器并測試相關(guān)性能。

演示方法：

1.速度對小車向心力的大?。词欠穹嚕┑挠绊?/p>

2.質(zhì)量對小車向心力的大?。词欠穹嚕┑挠绊?/p>

3.內(nèi)外軌高度對小車向心力的大?。词欠穹嚕┑挠绊懭?、創(chuàng)新點1.直觀地演示小車翻車現(xiàn)象。

2.緊密結(jié)合教材，突破教學(xué)重難點。

3.外觀簡潔大方，美觀性強。

4.寓教于樂，引起學(xué)生探究興趣。

5.取材簡單，成本低廉。

6.安全性強。

7.運用光電門傳感器測量速度。

邱弘捷614761劉盛盈鄭正君水滴中的世界設(shè)計方案編號：47一、問題的提出現(xiàn)行人教版高中《物理》教材中，對“光的衍射”一節(jié)的處理是基于單縫衍射和圓孔衍射兩個實驗，而且以此說明光發(fā)生明顯衍射的條件和現(xiàn)象。在實際教學(xué)過程中，由于所需儀器、操作過程、現(xiàn)象明顯程度等原因，很多老師在課堂中往往不進行具體的實驗演示。而是通過課件里的圖片進行說明講解過程。此種乏味無趣的教授方式，造成很多同學(xué)對此章節(jié)的學(xué)習(xí)不夠深入，對光學(xué)內(nèi)容的興趣也日益匱乏?；谝陨犀F(xiàn)象，我組采用了“水滴中的世界”教具，用于課堂教學(xué)。一方面，使同學(xué)們對光的衍射現(xiàn)象的認(rèn)識得到升華。另一方面，此教具趣味性極強，能夠調(diào)動同學(xué)們學(xué)習(xí)的積極性，豐富課堂內(nèi)容，使課堂教學(xué)充滿生氣。二、方案設(shè)計（一）設(shè)計原理在“光的衍射”這一節(jié)中，比較典型的單縫衍射和圓孔衍射這兩個實驗一般都用光源分別照在擋板上，然后觀察屏上的圖樣。如圖1所示：（圖1）而衍射是指光繞過障礙物偏離直線傳播而進入幾何陰影，并在屏幕上出現(xiàn)光強分布不均勻的現(xiàn)象。由此，我們用520-570nm的激光筆代替光源，用表面被挖出形狀的擋板代替透鏡，如圖2所示：（圖2）但是，在查閱大量文獻資料，以及對衍射有了更進一步的認(rèn)識之后，我們采用被污染的水滴（內(nèi)含大量細菌）代替擋板，用內(nèi)部被涂黑的箱子代替光屏。當(dāng)用520-570nm激光筆照射含有大量細菌的水滴的時候，在黑色箱子的一側(cè)，就會顯示菌體的形狀乃至其運動狀態(tài)，效果十分明顯?。ǘ┙Y(jié)構(gòu)設(shè)計圖及制作過程根據(jù)原理的具體分析和講解，以下是用手繪結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。（結(jié)構(gòu)設(shè)計圖）制作過程本實驗需準(zhǔn)備的器材很簡單，只需要520-570nm激光筆1支、針筒1個、紙箱1個和被污染的水源。具體的操作過程也很簡明，首先，用針筒吸取適量的污水，并擠出一滴水（不能讓其滴落）。其次，確定激光筆、水滴和紙箱在同一高度，同時，調(diào)節(jié)好三者之間的間距。最后，就可以在紙箱的一側(cè)進行觀察、記錄。（三）經(jīng)費預(yù)算520-570nm激光筆20元，針筒3元，紙箱0元，污染水源0元。共計：23元三、創(chuàng)新點（一）巧用激光筆激光指示器經(jīng)常被用來作為一個醒目的點在教育和業(yè)務(wù)演示和可視化示范。但是，很少有人會想到把它當(dāng)成一種發(fā)射光源來利用。本實驗就是巧用了激光筆的特征，代替實驗室中笨重、昂貴的衍射光源。（二）污水利用在教學(xué)實驗中，設(shè)計光的衍射實驗無非是用光照射鋼針、圓孔、圓屏等這類細小的實物體。而本教具采取被污染的水滴，用激光筆照射水滴，觀察水滴中的微生物，可謂想法獨到！趣味性強此教具用于課堂教學(xué)，打破了原有的光的衍射實驗束縛，能夠極大程度上的激發(fā)同學(xué)們的好奇心和積極性，活躍課堂氛圍。（四）操作容易，成本低廉此教具制作過程簡單、成本很低，很適宜在中學(xué)教學(xué)過程中推廣。組員：王格、林珠、沈怡超655931簡諧運動軌跡演示——單擺演示實驗教具設(shè)計方案編號：44-1問題的提出單擺的定義：用一根絕對撓性且長度不變、質(zhì)量可忽略不計的線懸掛一個質(zhì)點，在重力作用下在鉛垂平面內(nèi)作周期運動，就成為單擺。即可以理解為擺動的物體的質(zhì)量要保持不變，質(zhì)心要穩(wěn)定在一點。簡諧運動Simpleharmonicmotion(SHM)﹝原名直譯簡單和諧運動﹞是最基本也最簡單的機械振動。當(dāng)某物體進行簡諧運動時，物體所受的力跟位移成正比，并且總是指向平衡位置。它是一種由自身系統(tǒng)性質(zhì)決定的周期性運動。即簡諧運動的周期保持一致的。（如單擺運動和彈簧振子運動）實際上簡諧振動就是正弦振動。 而目前常用來記錄單擺運動軌跡的實驗裝置大致有兩種：1、砂擺，利用擺動中砂子的均勻漏下在平板上留下痕跡以記錄單擺運動的運動軌跡，但是這個實驗并非真正意義上的單擺，擺動的重物在擺動的過程中隨著砂子的流出質(zhì)心不斷下移又在其快流完是上升在這個過程中周期不斷變化是的其沒有做真正的簡諧運動且記錄的痕跡易被毀壞，不易展示與保存；2、水?dāng)[，用水代替砂子，雖然解決了單擺運動軌跡的記錄下來后不易被展示的問題，但是其不易保存與并非真正單擺的問題仍然存在。所以單擺演示實驗還有較大的改進空間。二、方案設(shè)計將一大功率激光筆制作成單擺，為展示運動軌跡可以從兩面入手：一利用激光筆的光，找一特殊感光材料能夠感應(yīng)激光筆的光并在其表面發(fā)生變化，從而保留激光筆的運動軌跡即單擺的運動軌跡。二是利用激光筆的熱，找一特殊的易融化或易變焦的材料，記錄光在上面的軌跡即為單擺的運動軌跡，從而可以直觀的觀察并展示。激光筆發(fā)出光來產(chǎn)生運動軌跡不存在質(zhì)