如何在物理实验仪器上创新

如何在物理实验仪器上创新福建省大田鸿图中学 柯礼意物理学是一门以实验为基础的科学，因此实验教学是物理教学的一种重要手段。经过多年物理教学经验的积累，我发现学生的好奇心强，但认知能力有限，通过积极开展物理实验教学，不仅能使学生通过对实验现象的观察和分析，容易理解物理概念和掌握物理规律，而且还能激发学生的学习兴趣，培养学生敢于猜想、敢于研究的良好学习习惯，对培养学生的实验技能有着重要的作用。当前新课改下的新课程不仅要求重视物理实验，还要加强物理实验的创新。作为一名新形势下的物理教师，在教学中，我们应该积极引导学生认真观察，科学思维，并借助实验中生动的、直观的、鲜明的效果将学生引入五彩缤纷的物理世界。那么怎样才能取得良好的实验效果呢？这就需要创新，它包括实验内容的创新、实验手段的创新和实验教学方法的创新，而这三个方面无疑都与实验仪器创新是分不开的。以下是我个人结合多年的教学实践，对实验仪器创新提出的一些设想：一、针对课本已有实验进行改进，使实验更具有简洁性繁琐的实验比简单的概念更让人迷惑。因此，实验装置要简洁，实验操作要简便，实验原理要简明。我们应针对课本中某些繁琐的实验进行改进，使实验更具有简洁性，只有“简”的实验才能突出重点，才有利于集中学生的注意力，有利于学生观察实验现象，更有利于学生掌握实验装置的原理和进行实验操作。如：在学习到自由落体时，用牛顿管来演示实验自由落体，能很好地说明在没有阻力的情况下，纸片和铁片（金属片）是同时落地。从而可得：在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都为重力加速度。仔细观察分析，感到美中不足之处：一是在倒转过程中，分散了学生的注意力，学生注意力放在玻璃管的转动上，不利于观察。对此将实验改进为：设计时先将电磁线圈固定在铁架台的上方，并在小羽毛的根部绕上1-2匝的细铁丝，接通电源，再将抽为真空的牛顿管水平放置，使铁片、纸片吸在管的顶部，再缓慢转动牛顿管并将它固定在竖直方向上，然后再切断电源，便能清楚地看到铁片和纸片同时开始下落，同时落“地”。这样改进该实验便克服了前面提到的美中不足，突出了我们所要观察的内容。二、将演示实验改为学生实验，加深学生的印象利用学生熟悉的实验仪器制作简洁的实验装置，由演示实验改为学生实验，让学生由单纯的观察学习转为亲自动手实践探索，不仅能帮助学生通过实验探究，成功地得出结论，而且能使学生更深刻地理解物理概念、掌握物理规律等。长此以往，有利于培养学生独立思考，大胆探索，敢于幻想，创造出自己的新思路、新问题、新设计、新途径、新方法。在讲解“动量定理”这一节课时，有一个对“缓冲”的理解，有的教师利用多媒体的课件，来演示“瓦碎蛋全”这个小实验，使学生能看到实验的结果。但我认为，这个实验，只需器材：一个鸡蛋和一块海绵，完全可以让学生自己实验，这样的话，学生的印象该会很深吧。三、就地取材，自制实验装置，加强学生对物理概念的理解物理中的概念、规律、法则、定律等往往枯燥无味，其本身并不具有吸引学生注意力的属性，学生往往毫无兴趣，但对奇异的物理现象却表现出强烈的好奇心。因此一个成功的实验能诱发学生积极思考，从而激励学生参与解决问题的热情，这样不但使学生掌握了有关物理知识，更增加了学生从实验探究中获取知识的意识和能力。下面就为大家展示一个由我们一线教师和实验员制作的符合新课改理念的创新实验仪器。 旋转的液体探究安培力实验一、制作的意图：安培力的大小和方向是物理学中一个很重要的知识点，随着高考的改革、结合生活、生产实际、考查学生解决实际问题的能力越来越突出,。而以往的实验仪器，很难展示出安培力出现的一些现象，无法让学生进行探究式学习，因此研究了旋转的液体探究安培力实验，用来引导学生在学习中进行思考，进行探究，让学生体验到科学探究过程，领会科学探究方法，让学生在学习知识的过程中提升能力。二、实验设计方案1、实验制作器材直径为10cm的玻璃水槽，硫酸钾和水，漆包线大致500匝，20欧的变阻器一个，教学电源两个，金属螺丝一枚，铝质易拉罐一个，剪开制成一个高为3cm左右直径为10cm的周围电极，外绕白铁皮一块，小颗粒。2、装置特点及用途（1）特点a通过把挡住视线的蹄形磁铁（产生磁场）改为绕在玻璃槽上的通电螺线管（内为匀强磁场），且盛液体的容器为玻璃槽，使得实验可以在实物投影仪上或投影仪上做。投影仪还有放大作用，这样就大大提高了可见度。b通过增减通电螺线管的线圈的电压、，改变磁感应强度的大小；改变通电螺线管的电流方向，就可以改变磁感应强度的方向。c通过调节滑动变阻器的触头，有效地改变电解液中的电流（受安培力的电流）大小；交换电解池中两电极与电路的接线也就改变了磁场中电流的方向。d通过把导电液氯化钠溶液改为氢硫酸溶液，电解反应也由氯化钠水溶液电解变为水电解；电解产物由有剧毒的氯气、强碱氢氧化钠、氢气变为安全无毒的氢气和氧气。（2）用途a可以验证左手定则b可以探究安培力的方向的决定因素及安培力的方向和导线方向（电流方向）、磁感应强度方向的关系c可以探究通电导线与磁感应强度方向垂直，且导线长度不变时，安培力的大小与电流大小的定性关系3、实验操作实验一 验证左手定则（1）用一次性杯将一杯多点的水倒入玻璃槽中，再将氢硫酸适量溶解在水中。（2）连接好螺线管电路（3）将石墨电极放入玻璃槽中心，铝质圆周形电极沿玻璃槽内壁插入到底。连接好电解槽电路（4）调节螺线管电路：螺线管接入电路电源电压调为20V，调节变阻器，使电路中电流最大即电源不过载；（5）调节电解槽电路：电源电压为8v，接通电路，调节滑动变阻器是电路中电流，可以观察到两极上有气泡产生，分别为氢气和氧气；（6）在电解液中放入一些颗粒，即可以看到颗粒在液体中旋转。可知液体在旋转。本实验中：安培力的方向是液体旋转的方向，沿水平方向。磁感应强度的方向由螺线管决定，沿垂直方向。电流方向由电解槽的正极指向负极，沿水平方向。实验二 探究安培力方向的决定因素及左手定则A、电流在磁场中受到安培力的作用，安培力与磁场方向的关系怎样？（1）前面六个步骤与实验一相同。（2）保持磁场的电流方向不变，改变磁场方向即改变线圈中的电流方向，观察液体旋转方向是否发生改变即安培力方向是否变化。若变化，则磁场方向是安培力方向的决定因素。B、电流在磁场中受到安培力的作用，安培力与磁场方向的关系怎样？（3）保持磁场方向不变，改变磁场中的电流方向即保持线圈中的电流方向不变，改变电解液中的电流方向。观察液体旋转方向是否发生改变即安培力的方向是否变化。若变化，则电流方向是安培力方向的决定因素。（4）同时改变电流方向和磁场方向，再次观察安培力的方向是否改变，由以上实验可以知道：决定安培力的因素是磁场方向和电流方向，那么它们的方向关系又怎样呢？C、重做上面实验中的（2）（3）（4），注意观察安培力方向、磁场方向、电流方向关系，归纳总结可以得出左手定则。实验三 定性探究：在导线（电流）与磁场垂直且导线长度一定时，安培力的大小与磁感应强度的大小、电流的大小关系（1）前面六个步骤与实验一相同（2）只改变螺线管回路中接入电路的线圈的电压从而改变磁感应强度的大小，观察液体旋转快慢，可以知道安培力的大小是否改变，从而知道安培力随磁感应强度的增大而增大。（3）只改变电解槽电路中滑动变阻器触头位置从而改变磁场中电流的大小 ，观察液体旋转的快慢，可以知道安培力随电流的减小而减小。三、改进