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如何做好自制物理实验仪器西华师大-代伟一．自制物理实验教具的意义A．谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法物理学是一门实验科学，物理实验是物理学的重要部分。物理规律的发现、物理理论的建立和物理学的发展，都离不开实验，都必须以严格的物理实验为基础，并受到实验的检验。因此,物理实验在物理学的创立和发展中占有十分重要的地位，同时在推动其它科学、工程技术的发展中也起到重要的作用。不言而喻，在物理教学中物理实验的作用非常重要。自制仪器教具是古往今来历代科学家的优良传统。物理学的许多重大成就在很多情况下就是伴随着仪器的成功设计而诞生的。我们认为，提倡自制教具，不仅仅是教学条件困难才自制教具，即使办学条件好的重点中学也该重视自制教具。A．谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法虽然教师用自己制作的教具与使用厂家生产的教具来讲课，教学效果是不一样的。使用厂家制造的仪器，固然比较规范、比较精致美观，但是，使用自制的仪器教具，却可以更能让学生看到仪器的内部构造，了解仪器的工作原理。另外更重要的是：当学生看到那些用生活物品与身边的常见材料来做实验时，会使学生觉得物理离自己更近，容易激发学生热爱物理、热爱科学的情感。A．谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法二．制作教具的几个基本问题2.1教具制作的基本要求1）启发性制作的教具应该有丰富的物理学思想，能启迪学生的思维。有利于培养学生的创造能力。我们反对把重要的物理原理无法展现(或不重视展现)在学生面前，学生看了实验却一无所知，一无所获。我们提倡让学生能看懂它所需要演示的物理原理。2）经济性我们要求自制的教具少花钱或不花钱，这样教具成本低，只要能达到演示效果就行。所以，我们提倡“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”。这种勤俭节约的办学精神。A．谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法3）可靠性我们要求自制的教具能坚固耐用、不易损坏；安全可靠、工作稳定。我们做的教具并不是只做一次实验就不要了，也不是只求偶尔成功一次。教具应该重复性能好。4）可观性教具是演示物理现象给全班同学观察的，不是一个人拿在手里的袖珍玩具。用八个字可以概括“尺寸够大，简单明了”。所以自制教具尺寸应该尽可能大一点或者能通过其它方式能使全班同学都看到A．谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法2.2怎样设计自制教具一般来说自制教具之前首先要进行方案设计，绘出草图后方能施工。对于比较复杂的教学仪器或教具的设计和制作是一项比较综合、复杂和细致的工作；它涉及仪器用途（用来干什么，演示还是分组实验）、精度（定性还是定量，测量结果准确到何等程度）；设计依据（设计原理、方法）；设计装置（包括机械结构、连接装配方式、电路原理、印刷电路、外观形式等及选材，用什么元器件、原材料）；机械零部件加工和电路板制作，中间试验，综合实验，确定最终方案，设计零件图、装配图，设计加工外壳；总装、调试（定标）等多项工作。当然对于简单的教具就不需要这些考虑，只要画出结构、尺寸示意草图，只要能用尽可能简单的方法做出来并且能达到演示要求就可以了。设计自制教具绘图软件----CAXA2007破解版A．谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法设计时应注意：（1）不要脱离物理教材。脱离了物理教材，任何具有深奥物理原理的仪器，都会在课堂上失去光辉、失去意义。（2）不要放弃一点一滴的改进。前人已经有了许多这方面的研究，各种资料都有许多介绍，但是只要我们抓住某一点或某一个方面进行改进，也可以得到收获。例如：在趣味性方面着手，可以增加学生学习兴趣，刺激学生的兴奋神经，产生深刻印象，提高学生学习物理科学的积极性。又例如：在制作材料上下功夫，如果能使学生唾手可得，显然具有推广意义。再例如：在启发性方面着手，可以展示物理过程，让学生揭示物理现象发生的步骤。（3）不要超出自己制作能力的范围一切从实际出发，量力而行，不要好高骛远。否则一旦动手之后，难以为继。多功能简谐振动演示仪圆偏振弦线驻波演示仪1、水平调节螺钉2、弹性波用绳3、支撑杆4、弹性绳固定螺钉5、刻度尺6、调速电机安装盒7、调速开关8、铝合金圆盘9、后立板10、电源开关11、底板12、偏心轴13电机轴弹簧振子简谐振动正弦曲线合成演绘仪1电火花打点器2电机调速器3仪器底座4调速电机5立板6导向柱7石墨电极纸8卷筒纸支撑架9底座胶垫10金属小球11导向杆12电极针13弹簧14塑料横梁15电极接线柱16电极夹17走纸圆筒18A4卷纸19正弦曲线20电极线A．谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法2.3教具制作材料来源我们提倡：制作教具的材料主要利用日常生活常见物品或废弃物品。除非不容易得到的材料和重要部件，才可以购买或用实验室其它仪器充当。归纳起来，有五个字：找、拣、拆、要、买。找——生活中时时留神，处处寻找。例如：找来旧包装盒做物体稳度实验；找来废牙刷柄、废签字笔杆等做电荷间相互作用实验或做支撑杆；找来泡沫塑料、铝箔制作静电相互作用力小球，……。平时注意将自己生活中使用过后留下的一些废品如：废笔杆、饮料瓶、易拉罐、吸管、充电器、……等，收集存放以备及时之需。拣——在垃圾堆拣废品，拣废料。从垃圾箱里拣来旧罐头盒，废塑料盒、废饮料瓶、易拉罐、废蜡烛头等做空气对流实验、物体沉浮演示实验、反冲实验；拣来钢筋、铁钉，铁丝等加工连接或支承等部件A．谈谈自制物理实验教具意义、常用加工方法拆——将一些已经用坏的仪器或日用品，如节能灯座、充电器等将其中的有用零件如：变压器、二极管、三极管、电容器、电感等拆下来备用，变压器一般原边绕组容易烧坏，但其副边绕组通常是好的，根据这点我们可用来做电磁振动体的零部件等。要——向有关单位和部门要一些少量报废的东西。向水电工要废旧PVC管；向医务室要废针头，废药瓶；向办公室工作人员要废椭圆形墨水瓶，……。买——能不买的尽量不买，有些找不到又不宜制作的物品才花少量钱去买。例如：磁铁、电阻、电容、激光笔等。圆偏振弦线驻波演示仪制作材料——调速电机工作电压：1.5V-18V长时间工作电压：1.5V-12V工作电流：0.26A-0.80A最大功率：50W工作寿命：不间断连续运行时间：12000小时，间断运行时间：16000小时性能参数：工作电压：每分钟转数：工作电流：1.5V3000转0.26A3V6000转0.30A6V12000转0.40A9V18000转0.44A12V24000转0.50A15V30000转0.56A18V36000转0.80A以上是光感式直流电机测试仪测速结果，误差率为0.05%马达尺寸:直径27.7MM总长64MM轴径2.3MM轴长15MM重量95克.圆偏振弦线驻波演示仪制作材料——调速器【主要参数】-工作电压：DC6V-DC40V-输出功率：0.1W-130W-过流保护：3.3A-工作环境：工业环境-模块尺寸：6.3cmx3.9cmx2.8cm-单个重量：69克B．自制物理实验教具案例一、简易自制教具制作与演示1．用废易拉罐等制作的空气对流演示器实验目的：演示空气受热膨胀后形成对流气体推动叶轮旋转的对流演示器，加强学生对对流的理解。图1实验说明：当蜡烛点燃后筒内空气受热膨胀体积增大密度减小将向上运动，而周围密度较大的冷空气将移过来填补从而形成对流现象。通过观察叶轮的转动说明对流原理。B．自制物理实验教具案例2.喷泉实验实验原理：在讲大气压强时，让学生能够比较形象直观的认识到大气压的存在和利用大气压的现象1）仪器的装置如图7-1-2所示，主要由以下部分组成：图7-1-2（1）外壳比较厚实的饮料瓶；（2）喷水管：用废签字笔芯去掉其笔尖金属部分并清洗干净；（3）出水管：废签字笔外笔杆、饮料吸管或橡胶管；（4）储水槽：用废饮料瓶盛水，作为供水的水源；（5）接水槽：用废饮料瓶接出水管流出的水，也可直接把出水口与下水道相通。B．自制物理实验教具案例2）制作方法将饮料瓶盖取下用钻头或电烙铁钻出或烙出与笔杆和笔芯大小相同的孔后用AB胶或环氧树脂粘牢即可。注意不能漏气!3）工作原理p图7-1-3hsHp0p031245如图7-1-3所示，当水沿出水管3流出时，封闭在饮料瓶1中空气的体积增大，压强减小，使管外大气压强大于管中空气的压强，所以水能从喷嘴2喷出。喷射的水柱高度由储水槽4与接水槽5水平面间的高度差来决定。水柱喷射高度的计算方法如下：设大气压强为p0，签字笔喷管中的空气压强为p，接水槽到储水槽的高度差为H，储水槽液面到饮料瓶中液面的高度差为s，喷射水柱高度为h。B．自制物理实验教具案例则储水槽液面的压强应满足:pghgsp0接水槽液面的压强也应满足:pgsgHp0该实验不仅说明了大气压的存在，同时也是利用大气压的一个很有趣的实验。由以上两式可得H＝h，即水柱高度等于出水口到进水口的高度差，由于水与管之间有粘滞阻力，因而实际上h＜H。B．自制物理实验教具案例该实验不仅说明了大气压的存在，同时也是利用大气压的一个很有趣的实验。希罗喷泉B．自制物理实验教具案例该实验不仅说明了大气压的存在，同时也是利用大气压的一个很有趣的实验。希罗喷泉请确保胶管都处在适当的高度，参考装配图。B．自制物理实验教具案例3．气垫盘实验实验目地：近似地演示物体不受阻力时的运动状态。进而提出牛顿第一定律。说明：在地球表面，惯性时常会被摩擦力、空气阻力等等效应掩蔽，从而促使物体的移动速度变得越来越慢（通常最后会变成静止状态）。这现象误导了许多古代学者，例如，亚里斯多德认为，在宇宙里，所有物体都有其“自然位置”──处于完美状态的位置，物体会固定不动于其自然位置，只有当外力施加时，物体才会移动。也就是说“运动需要力来维持”，学生在早期的日常生活中大量观察到的也是停止施力物体就不再运动的现象，是他们在头脑中形成前概念的感性基础。要挑战学生的这种有长期个体经验基础的前概念，就必须通过实验把物理现象突出到人们的自然观察所忽略或达不到的程度，使学生对个人的观念有所认识和反思。从这个角度考虑，摩擦力的影响是关键，设计实验演示物体在尽可能小的摩擦力作用下的运动行为，让学生自己发现原有观念错误的原因，是很有必要的。B．自制物理实验教具案例气垫盘的制作方法如下：25（a）图7-1-4方法1：如图7-1-4（a）所示，取一只橡皮塞或软木塞，在其中心上端钻一个直径约为1~2mm的圆孔，下端钻一约直径5mm的圆孔，两孔相通，大孔洞对准废光盘中央的孔，将它们胶合在一起（胶合处用蜡或AB胶密封，不能使缝隙处漏气）。将充气的气球套在橡皮塞上，然后把光盘放在水平玻璃板上或很平整的桌面上，松开气球颈部的扎线或夹子，由小孔喷出的空气在光盘和玻璃间形成气垫，如图7-1-4（b）所示。这个气垫能使光盘游离在玻璃之上，摩擦极小，它在玻璃板上运动时很接近匀速直线运动。图7-1-4（b）B．自制物理实验教具案例图7-1-5方法2：用废签字笔和废光盘来做。先用一小片厚2-3mm的塑料板（有机玻璃板、废光盘也可）切割成直径20-30mm小圆块或小方块，并在其中心钻2mm左右的圆孔，用二氯乙烷或其它胶粘剂，粘贴在废光盘中心，（注意一定要粘贴在有凸起的那面，即有记录信号的那面）；用手锯将签字笔笔套（笔帽）的笔挂顶端将笔挂锯下，并用锉刀打磨平整后也用胶粘剂将其对准小圆块中心粘贴，注意粘贴时使笔套垂直于光盘；将笔杆前端锁紧笔尖处卸掉，将笔杆（即捉笔处）锯下40mm左右一段，打磨平整将气球套上后用线栓牢,如图7-1-5所示。演示时可先将气球充气后用手捏住，待插入光盘上的笔套后放到清洁平整的桌面或地面即形成气垫盘。B．自制物理实验教具案例4．伽利略的理想斜面实验实验背景：两个相连接的倾斜轨道，小球在轨道上运动会先下降后上升。使一个小球从倾斜轨道的某一高度处滑下，小球在经过轨道最低点后沿轨道上升，上升到一定高度后静止。伽利略发现若忽略摩擦力，小球上升的高度与释放的高度将始终相等，于是他推测，如果是一个倾斜轨道接一个水平轨道，那么小球永远也不能上升到初始高度，于是小球就将永远运动下去。所以伽利略主张，施加外力改变的是物体的速度而不是位置；维持物体速度不变，不需要任何外力。B．自制物理