35自制物理教具与物理小实验

自制物理教具与物理小实验育英二外沈孝兵自制物理教具的三个要求•安全•有趣•明显有安全隐患的实验•1:蜡的熔化:蜡油爆沸•2:碘锤实验•3:萘的升华实验有毒•4:反冲小车•5：酒精爆炸演示内能转化为机械能•自制教具的安全性要高，实验过程中不能出安全问题。高温、高电压、易碎易爆、有毒的不易推广。比如将日光灯管做成透明玻璃管的教师在演示实验时，手上还裹着白纱布，灯管口针刺状玻璃让评委们为他提心吊胆。有趣史纪林:光学黑箱,演示物体的颜色沈金玉:光的折射引入实验顾贤敏:凸透镜成窗户的像实验器材虽简单,但结果出乎意料发声的铝棒明显•这类实验器材使原本现象不明显的实验更明显，甚至一目了然。实验的效果被巧妙地放大了。主要有三种放大的类型。(1)杠杆放大型•比如某教师制作的指针式压强计，压强计的指针是一个动力臂极短，阻力臂（作指针）极长的杠杆，所以，当压强有微小变化时，带动动力臂有微小位移时，也能使指针出现明显的转动。（固体温度计）•机冀的升力演示(2)光放大型•这类实验器材的原理与卡文迪许扭秤一样，通过光的反射使反射光的光斑落在较远处，这样，当反射面有微小转动（或振动）时，入射角与反射角的变化虽不大，但反射光斑有明显的移动。比如某教师在圆筒上蒙一层橡皮膜，在橡皮膜上粘一小块平面镜，用激光照着平面镜，使反射光斑落在远处的墙上，对着圆筒讲话，橡皮膜的振动虽然看不出来，但反射光斑的移动却非常明显，由此说明发声的物体在振动。(2)光放大型•利用激光和平面镜演示桌面的微小形变(3)功率放大（缩小）型•当讲到红外线的热效应时，将液泡涂黑的温度计放在红光的外侧时，或用电视机的遥控器对着温度计的液泡，温度计示数的变化不明显。原因是用三棱镜分解太阳光得到的红外线的热功率较小，所以有一位教师想到了用一个功率大的红外线二极管，接通电源后，二极管发出的红外线在一分钟内使温度计上升了4～5℃。凸透镜对不可见光也有会聚作用太阳光红光紫光红外线带孔的挡板凸透镜温度计三棱镜利用凸透镜的会聚作用演示黑色物体吸热本领强(3)功率放大（缩小）型•利用微风扇带动小夜灯•水果电池带不动小电灯,但可以带动发光二极管,带动音乐贺卡或文曲星、电子表。（4）展台放大型•在展台上训练刻度尺的读数•在展台上演示镜面反射与漫反射•利用展台的镜头演示凸透镜成像规律1.5模型放大型•指甲钳•油量表•累积法自制物理教具的几种类型•1.1效果放大型•1.2组合型•1.3一具多用型•1.4填补空白型•1.5高科技类型•1.6“坐享其成”型1.2组合型•有时将两个实验器材或将两种物理原理组合在一起，可以说明一个新的问题，或者利用其中的一个使另一个现象更清楚。1.2组合型例一•再比如，两个小型直流电动机与电源外加一个小灯泡可以做这样一个实验，用电源带动一个电动机，用转动的电动机作动力去带动另一个电动机发电，将小灯泡接在第二个电动机的接线柱上，灯泡发出微弱的光，由此可以说明能量的转化是电能—机械能—电能—光能（内能），同时对比还可以说明能量的转化效率不可能达到100%.显微镜的原理幻灯机+放大镜1.2组合型例二毛玻璃片开普勒望远镜的原理•照像机+放大镜毛玻璃片•一具多用型就是用同一实验器材演示几种实验，比如有一位教师将日光灯管制成了一个大的空心透明玻璃管，这个玻璃管可以清楚地演示酒精与水的混合后总体积减小的实验；也可以在玻璃管中装满水，用一块密度略比水小的塑料块演示匀速直线运动；还可以在玻璃管中加点水用酒精灯加热，演示水沸腾前后气泡的变化情况；还可以将玻璃管开口朝下，点蚊香，使玻璃管里充满烟，用激光笔照射演示光的直线传播等等。（加湿器）视力缺陷及纠正•可演示视力的缺陷的形成,如何纠正•可演示望远镜,显微镜•组合型1.4填补空白型•教材结论一般是由实验得出的，但也有一些结论是直接给出的，没有实验作支撑，所以有些教师设计了一些实验，从而填补了教材的空白。比如•1:有一位教师设计的内能与机械能转换实验装置，巧妙利用了打火机的性能与结构，组成一个可演示能量转化、气体对外做功、内能减少温度降低一组现象的实验装置，•2:视力缺陷及纠正•3:显微镜与望远镜1.5高科技类型•这类实验器材的技术含量较高，比如有一位教师制作的电脑数控温度计，该温度计精度很高，而且由电脑自动记录温度，自动描绘出温度变化的图像，还有一位教师设计了一种电子电量显示仪，都涉及了一些电脑编程及硬件知识。•Dislab实验室•用soundforge软件分析三个有争议的声学问题1.6“坐享其成”型•这次比赛中，有一位老师带来了几箱子（上百个）儿童玩具，每个玩具都能说明一个或几个物理问题，涉及到初中力学，光学，热学，电磁学，声学等，老师在演示时就像变魔术一样有趣，有的玩具让评委们都觉得不可思议，所以评委们还亲自动手试了试，由此可以想象这些玩具对于那些童心未泯的初中生而言具有多大的吸引力1.6“坐享其成”型•利用滑动变阻器,或没有用过的订书钉演示累积法•利用坏照相机演示照相机的成像原理•加湿器演示光的直线传播，光的反射，折射2.1针对书本实验的改进可以使现象更明显更有说服力，但不能改变物理本质•比如书本上探究红外线的热效应，温度计的示数上升不明显，有教师想到了用红外发光二极管来做，温度计示数上升很快，但演示时红外二极管发出了微弱的可见光，因此对学生有一定的干扰作用，还有书上的实验更体现了红外线热效应的发现史，起到了一种再现探究过程的功能。•再比如：本次比赛中有一位教师设计的内能与机械能转换实验装置，巧妙利用了打火机的性能与结构，组成一个可演示能量转化、气体对外做功、内能减少温度降低一组现象的实验装置，不过本实验中打火机里的液化气从打火机中被放出来时，除了气体膨胀对外做功使内能减少外，液化气由液态到气态的汽化过程也是一个吸热过程，也会引起内能减小（而且这是内能减小的主要原因），因此本实验虽然非常巧妙，但说明力不够2.2自制教具不宜太复杂，应易于仿制，具有可推广性。•举办自制教具比赛的目的是取长补短，互相学习，将一些有创意的、效果好的实验推广，运用到课堂教学中去，所以自制教具应易于仿制，具有可推广性。原理不易太复杂。比如这次比赛中获一等奖的神奇的水凸透镜、内能转化演示器。实验效果都很好，但美中不足的是这两种实验器材都有点复杂，一般学校的实验员看过后想仿制一套不容易。2.3自制教具应操作简单、成功率准确率高、稳定性好。•自制教具应设计好，具有可操作性，演示时一个人就能操作完成，而且实验应很容易做成功(100%)。比如有一位教师制作了一个可变焦距的水透镜，用来模拟人眼的调焦过程，只要推拉一个注射器的活塞就能演示整个调焦过程，非常方便，但这个实验的成功率还有待提高，比赛过程中，制作者演示了几遍才成功。2.4自制教具提倡就地取材•瓶瓶罐罐做实验，废铜烂铁变仪器的理念应深入人心。比如水的沸腾实验中时间较长，需要火力较大的酒精灯，沈金玉用废弃的易拉罐做了一个三芯酒精灯，就是在易拉罐上钻三个小孔，穿三个灯芯，再用一次性的塑料杯作为灭火的灯帽。这样一个既简单又实用又安全的三芯酒精灯就做好了。•坏收录机中有跳动的音符•装修垃圾中的复合地板演绎牛顿第一定律•茶叶盒造出了照相机、坏相机演示成像原理•楼梯铜条作电轨、坏投影仪中的好宝贝•坏扬声器中有磁悬浮列车和电动机•空瓶子加水后成编钟及排萧.•扁平的空瓶与吸管做成微小形变演示器•自动上坡的双锥体（买现成的一个５００元，自制４个才５００元）•坏灯泡演示玻璃在一定条件下由绝缘体变成导体。•橡皮泥的空盒做成液体内部压强演示器。怎样才能做出好的自制教具（沈金玉）•一、认识和明确实验在物理教学中的作用•一个好实验可能会影响学生的一生．•二、研究教材，想方设法自制教具•为了使教师顺利使用新教材，我们做了大量鲜为人知的探索，自制了不少教具，经历了努力、失败、和成功三部曲。所有实验的设计思路基本上是：首先分析、理解教材，吃透教材内容；实际设计过程中，力求有创造性，更要符合科学性；这就要求打破常规，不盲目照搬课本与参考书，（水果电池）考虑到可能的方方面面；在制作方面，做到操作简便，便于教师使用，实验效果要明显、直观，即使学生一看就懂，又要让学生回味无穷，以理解深奥的科学理论。因此其难度是可想而知了。应该说，我们设计制作教具的科技含量达到了一定水准。利用身边的材料做实验（沈金玉）•1．将铁钉以2厘米间距密布在光滑木板上，用502胶固定，四角用铅笔做柱，可做成教材上的钉板，成功演示放在大量钉尖上的气球受压而不破，效果甚佳。•2．我们还通过交流也为全市物理教学提供了解决材料的方法。如用电炉丝自制简易焦耳定律演示器，填补了物理教学中的空白点。有团结协作精神（沈金玉）•我们的打算•我们从现在起，准备系统地按新教材和学生实验的要求，配备各种教具，力争配齐。还要按章节完成实验光盘的录制（实践证明，有的实验比教材所附的光盘效果还好）。当然这一切离不开领导和同志们的大力支持，为创建全市一流的物理实验室而努力奋斗。3.1做有心人，及时记下不易做的实验•教材上安排的演示实验、分组实验并非都是最佳实验，有些实验的现象不明显，效果不好、成功率低，操作比较复杂，比如说红外线的热效应，冰的熔化与水的凝固实验，压缩气体液化实验，色光的混合、分子引力实验、对外做功内能减小的实验等等。教师在上课在做实验的过程中应及时将这些有待改进的实验记录下来。3.2灵光一闪及时记下，及时实验•有些问题不一定能一下子找到解决问题的方案，往往是由于灵感来了突然想到了解决方案，对于这些突然想到的方案要及时记录，及时进行实验验证。比如笔者在课堂上用蚊香的烟雾演示光路做光学实验时，发现效果不够理想，原因是烟雾不够浓，回家后，夏天开空调时，使用加湿器，当浓浓的“白雾”持续从加湿器的小孔中喷出时，我就想到了在“白雾”里显示光路，于是从实验室里借来了器材进行实验，做出了立体光路（平行光柱被凸透镜会聚成光锥）效果非常好。3.3善于用所学的物理或化学知识去分析实验失败的原因找到解决问题的方法•再比如，两个铅块相挤压，演示分子间引力的实验往往不易成功，原因是铅块的表面刮得不平，两铅块间接触的分子太少，分子引力的总合太小，所以只要将铅块的表面用小刀沿一个方向刮得平滑一点，实验就很容易做成功了。•还有红外线的热效应不易演示成功，主要原因是红外线的热功率偏小，热能不集中，液体温度计不够灵敏，所以可以用凸透镜将红外线会聚一下再去加热温度计，或改用分度值更小的温度计，或换用空气温度计•冰的熔化实验不用火加热•蜡的熔化实验中试管离火稍远点（2-3厘米），加热缓慢一点。覆杯实验的改进（1）操作不慎极易失败（2）由于纸吸水，所以演示时间不长（3）水杯不能大，否则水易流出（4）不能随意倾斜显示各个方向都有大气压强。如果将纸片换成一个硬质的光滑的薄塑料片（比如圆盒装德芙巧克力的盒盖），演示时就可以用一个很大的杯子，能长时间倒置水不会流出来，还能向各个方向旋转显示各个方向都有大气压。。将纸片换成硬质薄塑料片易拉罐实验的改进•用乒乓球拍代替橡皮泥，只要倒开水（沈金玉）就行了，而不用烧开水．硬币重现的实验（沈金玉）•将硬币换成螺丝帽的好处是什么？•可以避免水流将硬币冲起简易投影仪的制作相对于真正的投影仪，此投影仪要轻巧得多，演示比较方便。也可说明平面镜的作用是改变光路小孔成像实验条件（数据）应有利于物理规律的得出•探究电流与电阻的关系，选用５欧姆、１０欧姆、１５欧姆的电阻，电压控制１Ｖ不变•电流分别为：0.2A、0.1A、0.066A•如果电压改为１.5V.•电流分别为：0.3A、0.15A、0.1A在实验中加一些“失败”的实验比如将电压表与滑动变阻器并联•将蜡烛或凸透镜调高或调低•将电表接反•将物体挂在弹簧测力计的拉环上•将物体放在天平的右盘•平面镜成像中，玻璃与桌面不垂直•这样学生对错误操作引起的实验现象的印象更深刻。利用学生或身边的物体做实验•单脚靠墙站立•用瞳孔演示光圈的工作原理•数电风扇的叶片演示视觉暂留•手指顶桌面体会省力，等臂，费力杠杆。深挖课本实验水的低压沸腾•沸腾的条件与特征•达到沸点，继续吸热，温度保持不变•此沸腾不要