基礎實驗研究與教學

劉傳安　羅小鳳

搞基礎教學的教師普遍感到基礎實驗研究難以開展，感到無從著手，這里就本人近幾年所做的一些研究談談自己的體會。

(一)我長期從事物理實驗基礎教學，在熱學實驗的教學中，在用焦利氏秤(拉脫法)測量液體的表面張力系數實驗時，我發現這個實驗操作很不方便，實驗結果準定度不高，能否提高測量的準確度，我們從原理開始，實驗步驟及數據處理每一步都認真分析，我們發現原教科書中使用的公式沒有考慮到細絲兩次浸在待測液體中受到的浮力不同，在測量拉起的液膜高度h時是用一金屬細桿代替彈簧進行操作，根據誤差理論：對同一量在相同條件下進行多次重復測量是等精度的測量，用同一儀表的同一量程或量具對不同量值所做的一系列測量也是等精度測量。可見教科書中焦利氏秤(拉脫法)測量液表面張力系數實驗中h和L測量不是等精度測量。找到了問題就要針對這些問題找出解決問題的辦法，通過反復測驗找到了改進儀器，改變實驗操作程序，最后圓滿地解決了這個問題。經過查詢我們發現改進型焦利氏秤這種改進沒有先例，是一個創新，并于2004．4．2經申請已獲國家實用新型專利，專利ZL：01222687．4。改進型焦利氏秤與傳統焦利氏秤實驗對比研究顯示，改進型焦利氏秤操作簡便，數據處理也簡單，而且所得結果更接近公論值，準確度提高了。我們把改進焦利氏秤應用于正常教學，效果良好。

(二)在電磁學實驗中，往往一臺儀措只能做一個實驗，如電表改裝，惠斯通電橋測電阻，低電阻的測量等，但由于商品包裝，學生對儀器的構造不容易掌握。對一些自組儀器實驗，學生在電路聯接時，往往由于電路接觸不良，時有導線斷路，或者電子元件不便固定．待測元件聯接不穩等，致使電路出現故障，有時查找電路故障花費很多時間。

如何解決這些問題?我們根據電學實驗的特點，抓住各個電磁學實驗的共性，設計了一個綜合性電路面板，面板用30．0×16．0×0．5cm有機玻璃板制作，其中山A用0—100U表頭，K是檔位開關，其中1、2、3分別為電阻，電壓、電流檔住，比例臂Ra比例分別為0．01、0．1、1、10、100，電位器Rm與表頭Ll A串聯共同組成表頭內阻，各結點用中4mm內空外螺母緊固的銅質接線柱。同時還設計了許多配套的電磁學元器件插架，可以很方便地把相應的元器件裝在插架上，實驗時，只要把裝有相關元器件的插架插入相關的接線柱，就可以分別做十六個不同的實驗，真正起到一臺儀器多種功能的作用，而且可以直接看到儀器內部的構造，消除了儀器包裝的神秘感。我們把它應用于教學，深受師生歡迎，此研究成果已于2004年向國家專利局申請國家實用新型專利，申請號：200420069485．1。

(三)我們在用量熱器測量水的比熱容的實驗中，由于散逸到環境中的熱量是一個不易控制且不能測知的量，實驗結果的準確度低，為了消去熱量散逸到環境中這一未知因素，可進行兩個獨立的實驗，在實驗中使用的水的流速不同．但通過改變電流使溫升相同，因為熱量散失的速度是溫度超過量的函數，對每個實驗該函數是一樣的，我們設計了一個恒流量熱器，實際上是采用動平衡的辦法來獲得相同的散逸到環境中的熱量，詳細說明如下。

我們用①4mm孔徑的有機玻璃管制成一個螺旋管，有機玻璃管中穿一根約1 Q左右的涂有絕緣柒的電阻絲，當水從螺旋管下端進入上端流出時，如果用電通過電阻絲加熱，當流速達到穩定時，在單位時間內從電能吸取的熱量等于流水帶走的熱量加上散逸到環境的熱量。如果改變電阻絲兩端的電壓和電流，改變流速但使兩端的溫度差保持不變，且兩次實驗時間相同，則兩次散逸到環境中的熱量相同。水的比熱容為C，則

其中，V₁、J₁、m₁分別為第一次的電壓、電流和流過的水的質量。V₂、L₂、m₂為第二次的電壓、電流和流過的水的質量。Q₂和Q₁為螺旋管上、下端口的溫度。

通過反復實驗證明，本研究消除了實驗中散逸到環境中的熱量的影9向，使實驗結果達到C＝(4．22±0．03)×103J／kg·K。與公認值比較，

本實驗儀器制作簡單，操作方便，實驗結果準確度高，改變了熱學實驗準確度低的面貌。

(四)幾點體會

1、從基礎實驗教學中找研究課題，內容熟悉，容易找到解決問題的突破口。

2、研制的教學儀器可以用于教學提高教學質量，如果研制的儀器屬首創可以申請專利。

3、研究結果用于教學可充實教材。

作者單位：劉傳安宜春學院理學院羅小鳳宜春學院醫學院

(編輯／袁昕)