四個物理實驗儀器的制作與改進

1 自制激光線光源

在中學物理實驗教學中，常用線光源進行演示實驗、隨堂實驗、探究性實驗和課外實驗等光學實驗。激光光源價格昂貴，激光管的使用壽命較短（一般使用壽命為2年），所以中學物理實驗室缺乏激光線光源。為了加強物理實驗教學，節約資金，筆者自制了激光光源。

材料：玩具激光手電筒（市面有售，價格為2-3元/個），直徑約為5 mm細玻璃棒。

制作方法：用鋸將細玻璃棒鋸下一小段，剛好能嵌入激光手電筒前面的螺帽內為宜。當按下激光手電筒的開關通電后，原來的激光由點光源變成線光源。改進后的激光有很多優點：（1）光束強，可見度大；（2）是紅色單色光；（3）價格便宜，制作方法簡單，可用于高中、初中幾何光學的所有實驗。

2 自制牛頓第一定律實驗儀器

初中物理和高中物理第一冊牛頓第一定律演示實驗，如果不用儀器憑空講解，學生很不容易理解。筆者根據實驗要求，自制了一套實驗儀器。

材料：長100 cm，寬40 cm木工板，軟尺4根（縫衣師傅用的尺子），光滑貼面（寶利板），粗糙貼面（一般的層板，上面用小刀輕輕劃過，增大粗糙程度）。

制作方法：如圖1所示，將木工板分割為板Ⅰ與板Ⅱ兩部分，板Ⅰ長40 cm，寬40 cm；板Ⅱ長60 cm，寬40 cm。板Ⅰ與板Ⅱ之間用活頁連接，板Ⅰ與水平面的夾角不大于30度，板Ⅱ放在水平桌面上；板Ⅰ要稍高0.3 mm左右（避免小車從板Ⅰ運動到板Ⅱ時發生碰撞）。板Ⅰ面上貼上寶利板，使其光滑以減小摩擦；貼面也稍稍超出連接中線，這樣小車向下運動時在板Ⅰ、板Ⅱ的交界處才不會有阻力。將板Ⅱ平分成三部分：一部分是木工板面，一部分是粗糙貼面，另一部分是光滑寶利板面；制作過程中保持板面平整。在板Ⅰ、板Ⅱ的側面貼上軟尺，以測量小車從同一高度向下運動時，在板Ⅱ不同的貼面上滾動的距離，從而演示小車滾動距離的遠近與摩擦力的大小有關——貼面越光滑，摩擦力越小，小車運動距離越大；貼面越粗糙，摩擦力越大，小車運動距離越小，從而定性地解釋了牛頓第一定律。

儀器的特點：（1）所用材料少，成本低，制作簡單；（2）演示效果明顯，對比度大，易于觀察。

3 現有幾何光學實驗儀器的改進

物理實驗室所配的J2581幾何光學實驗器，有很多缺點：此儀器所用的光源為12V，45W的鹵鎢燈，一方面由于光太弱而可見度很小；另一方面由于燈絲發熱，燈絲溫度高容易燒壞?？蓪Υ藘x器進行如下改進：

（1）光具盤的改進（圖2）。在圓盤后加一個長20 cm的曲柄，比光具盤半徑略大7 cm，曲柄彎臂長5 cm；曲柄套在光具盤后軸上，用螺絲加以固定，柄可以繞圓盤隨意轉動；在曲柄頂端（圓盤的邊緣端）焊三個鐵質定位圓圈，圈的直徑略大于激光手電筒的直徑，用小螺釘固定。

（2）用自制激光線光源代替鹵鎢燈。激光線光源的開關為輕觸式開關，要用手一直按住才能發光，操作不方便。為了控制方便，用引線引出來改接在支架上，并改為撥動開關控制。調整時，打開開關，轉動激光線光源，讓激光射入板面為一束光，光束剛好射到平面鏡中心，再用螺釘固定好激光手電筒。此儀器改進后可演示的實驗有：用中間一束激光可以演示光的反射定律；演示鏡面反射與漫反射，它們的區別一目了然；演示光路可逆原理和光的折射定律；演示光的全反射和臨界角；演示光的雙縫干涉，單縫衍射。以上演示均有操作簡便，可見度好，實驗效果好的優點。

4 關于牛頓第二定律實驗儀器的改進

高中物理第一冊牛頓第二定律實驗裝置不便操作，既費時間，又很難成功，影響課堂教學效果。筆者根據實驗的要求，進行了如下改進，收到了良好的效果。現將改進后的裝置介紹于后。

材料：木板，鐵絲環，兩個定滑輪，兩個電磁繼電器，兩根長細線，開關，軟尺。

制作方法：（1）做一個兩面刨光的長木板，長130-140 cm，寬20 cm，厚1.5 cm，并在木板一端的相應位置裝上兩個定滑輪（圖3）。

（2）在斜面兩側貼上軟尺，斜面上貼上一塊20 cm寬，110 cm長的薄玻璃板。

如此改進的實驗裝置有很多優點：（1）克服了書上裝置圖的不足，即兩個斜面并齊，有時并不能保證它們在同一水平面上；（2）新加的鐵絲環防止了線的無規則運動；（3）電磁繼電器便于控制小車的運動，保證了小車運動的等時性，并減小了它與細線的摩擦；（4）斜面上貼上一塊薄玻璃板的作用是減小小車與平面的摩擦力；（5）兩邊貼有軟尺可以清晰地對比兩小車的運動路程。

作為實驗教師，可以利用身邊物料制作簡單而實用的教具，也可以對現有實驗儀器進行改進，這對于加強物理實驗教學，成功進行演示實驗、隨堂實驗、探究式實驗和課外實驗是大有益處的。通過實驗培養學生的觀察和實驗能力、探究意識、探究能力和創新精神，以適應高中和初中新課標的要求。