家庭物理實驗常遇問題及解決策略

孫英睿

摘要：家庭物理實驗 在提高學生綜合素質方面起著不可忽視的作用，是課堂教學的必要補充。但是，由于受到客觀條件的限制，家庭實驗在操作過程中會遇到實驗精度低、實驗器材較難獲得的問題。結合楊氏雙縫干涉測量波長家庭實驗，提出了解決問題的思路與辦法：加大試驗裝置的尺寸、巧用轉化法處理問題、精簡實驗裝置的部件、核心部件盡量正規等。

關鍵詞：家庭物理實驗 問題 策略

一、楊氏雙縫干涉測量波長實驗及具體操作

托馬斯·楊（Thomas Young，1773—1829）于1801年進行了一次光的干涉實驗，即著名的楊氏雙縫干涉實驗，并首次肯定了光的波動性。下面是筆者的具體操作步驟。

實驗目的：利用楊氏雙縫干涉原理測量波長。

實驗器材：紅色教學激光筆、自制雙縫、遮光筒、測微顯微鏡、數碼照相機、刻度尺、硬紙板、書立。

實驗原理：如圖：

實驗步驟：

1.組裝實驗裝置；

2.調節書立的高度使激光筆、雙縫、遮光筒在同一高度上；

3.打開激光筆，調節雙縫水平位置；

4.用數碼照相機連續多次拍攝條紋及刻度尺，使照片同時包含刻度線及全部亮紋；

5.用刻度尺測量雙縫至屏距離l，重復測量3次，取平均值l=41.60cm；

6.重復步驟2～5數次，獲得多組數據；

7.取下雙縫，利用測微顯微鏡測量雙縫縫寬d=0.1463mm；

8.亮條紋寬度測量方法：

⑴將實驗步驟4中所拍攝的照片放大；⑵讀取并記錄照片中刻度尺5.0mm所對應實際長度X1；⑶讀取并記錄照片中5個條紋間距ΔX所對應實際長度X2；⑷根據公式計算得ΔX；⑸根據多張照片取平均值。 實驗結論：所測激光筆的紅波波長約為647.3nm（教學激光筆激光波長參數為650nm）。

誤差分析：

1.測量d時使用測微顯微鏡，較準確；測量時，絕對誤差不差過1mm，相對誤差不超過0.25%；

2.在計算ΔX的過程中，由于相機屏幕的折光影響，對照片中5mm刻度及亮條紋的實際長度影響可達0.5mm～1mm，相對誤差1.6～3.0%左右。

二、家庭做楊氏雙縫干涉測量波長實驗可能遇到的問題

1.實驗精度較低。家庭中由于條件所限，實驗精度會大大降低。對于一般的定性試驗來說，難度還不是很大。但對于精度要求較高的定量實驗來說，家庭物理實驗的條件就顯得不足了。筆者在家做的楊氏雙縫干涉測量波長實驗中，條紋間距ΔX為毫米級，雙縫寬d為10-4米級，在家庭實驗條件下很難精確測量。

2.實驗器材較難獲得。一些專業的器材在一般家庭中很難獲得。比如在雙縫干涉實驗中需要用到的光具座、測量頭、雙縫、遮光筒等。

三、解決措施

1.加大試驗裝置的尺寸。較大的實驗裝置不僅可以使實驗現象更加明顯，還可以降低達到實驗所要求精度的難度，從而降低試驗的相對誤差。

2.巧用轉化法處理問題。轉化法是物理學的基本方法之一，有些問題經過轉化，就可以由難變易，由復雜變簡單。

3.精簡實驗裝置的部件。雙縫干涉測量波長實驗中，光具座的主要作用是支撐和方便讀取縫屏距l。由于l數值較大，即便使用普通米尺測量，誤差也不會超過1%，因此，筆者在實驗中沒有準備光具座，而是改用書立和硬紙板支撐實驗裝置，并用刻度尺直接測量l。

4.核心部件盡量正規。對家庭物理實驗的自制雙縫而言，間距需進行測量。由于d極小，僅約0.1mm，用常用工具根本無法測量，且極易產生較大的實驗誤差，導致實驗失敗。事實證明，在核心部件上使用精密儀器可使相對誤差減小50～80%。當然，對于測微顯微鏡這種精密儀器，我們在使用過程中一定要仔細認真，嚴格按照操作規程進行操作。

參考文獻：

[1] 何科麗.開展家庭物理實驗的探究[J].中國校外教育，2008，（7）：105.

[2]普通高中課程標準實驗教科書 物理 選修3-4.人民教育出版社，2010.