中學常用物理實驗的技巧及實驗儀器調試

馮冠楠

【摘要】在物理實驗及物理儀器的使用中，總是會出現一些實際與理想情況不一樣的現象，這就要求教師根據具體的情況，對物理儀器進行一些改裝及搭建。這不但要求教師有一定的理論基礎，還要有很強的動手能力，使物理實驗達到更好的教學效果。

【關鍵詞】實驗儀器；常用物理實驗；技巧

中學教學中，我們在做物理實驗時，經常會碰到實驗儀器不好用或者實驗數據不好測等常見的現象。下面就我在實驗中常常遇到的問題，跟各位同行談一談。

一、電池的檢測技巧

電流表法：對使用過一段時間或存放了一定時間的電池，如果只用電壓表測量，有時效果不是很好。幾個電池的電壓差不多，但是能夠使用的時間大不一樣，因此，我利用多用表的電流擋來挑選，效果很好，特別是在配對挑選電池時更好。

我們知道：ε=U外+U內=IR外+Ir

I= ε/（R外+r）

r為內阻，當電池使用一段時間以后，內阻會增大，而電動勢變化較小或不變，所以當用電壓表測量電池時，因電壓表的內阻很大，所以加在電壓表上的電壓很大，即U外，看到的電壓的示數達到了一定的值，但因r的增大，而不能向外輸出更大的電流，所以也不能輸出更多的功率。

而用電流表瞬間測一下電池，即在R外很小的情況下進行的，就可看出電池能否有大的電流輸出。這樣的方法配對出來的電池，如果測出的電流一樣的話，電池性能則基本一致。

方法：先用2.5V電壓表測出有電壓的電池，然后用500mA以上電流表（或多用表）快速短接電池兩極，電流大者即可。

理論上，電流表是不能直接測電源的兩端的，此方法只適用于從用過一段時間的舊電池中挑選出較好的電池。在測電源的電動勢及內阻這個實驗時，用這種方法找出的電池，能取得較好的效果。

二、限流電路中滑動變阻器的選用

在很多情況下，學生做實驗時常出現移動滑動變阻器R時，測不了幾組實驗數據，就滑到頭了。這是因為滑動變阻器選得不合適。

一般情況下，常用的小燈泡參數為U=2.5V，I=0.3A，即最大電流為0.3A，若從I=0.1A開始讀數，每50mA一檔讀數，可取0.1A，0.15A，0.2A，0.25A，0.3A。則由歐姆定律：

變阻器應選用20Ω左右的，若用工作電壓高的小燈泡，也可用上述方法選擇變阻器的范圍。目前市面上常用的燈有“2.5V，0.3A”“4.8V，0.5A”“6.2V，0.5A或0.8A”。

三、整流電路T、C與R的選擇

有時，我們要在示波器上觀察整流電路的波形，理論上只要在示波器的測量范圍內，都可以利用示波器進行觀察，但是要取得好的效果，就要用一個易于觀察的值。教材上沒有給出T、C和R的具體數值，根據我的經驗，一般的小二極管當電流在10-20mA時，效果較好，這就要求自己計算。一般而言，通過D的電流在10-20mA以內時，對二極管D和電阻R是比較安全的，電流太大，會燒毀二極管或電阻。去掉電容時，就是半波整流圖形。當加上電容時，不同容量的電容濾波圖形也會不同。

D要用2CP型的，R可根據輸出電壓R=U/I=10-20mA得出，C的耐壓大于輸出電壓U即可。這樣用示波器觀察時可得到比較好的效果。

四、極管放大電路及開關中元件值的選擇

單管放大電路是電子放大電路的基礎，但是示波器在演示其工作情況時，如果參數選得不好，就不能顯示出其放大后的圖形。另外，放大電路為了不使電路中元件燒毀，又能使電路工作正常，必須對元件的值進行選擇。對開關電路也是如此，選好參數能更好地顯示其波形。

若電源電壓EC選6V，則取R1=5-10kΩ，R2=500Ω-1KΩ，Rb用470KΩ可變電阻，調它可使通過CE極的電流不大于15mA。三極管要選用NPN型中小功率管，其中的電容C1取1-5μF，C2取10-20μF，這樣的選擇，對電子元件可以比較安全。

五、平面鏡成像的誤差

由下圖可見：A成像應在A′處，當用B物體代替A的像時，由于玻璃厚度的原因就會產生誤差。從光路分析圖中可以看出，玻璃越薄誤差越小。

六、光的反射實驗

在做光的反射實驗時，往往是使用木板來插大頭針，由于木板較硬，不好插大頭針，常出現學生把針插彎，或是用玻璃磚去砸大頭針等情況。現利用一塊包裝用的厚度薄一點的泡沫板或市場上出售的苯板就可以很好地解決這個問題。同時，平面鏡可以用玻璃店里的鍍膜玻璃來代替。

利用實驗室的夾塊把平面鏡豎直放穩。

七、激光光學演示器的調整

激光光學演示器具有很好的實驗演示效果，不論是幾何光學、物理光學的干涉，還是衍射效果都很好，但是，其激光束的調試比較麻煩。

激光器發出的光是一根很細的光束，要把這一束光變成一個扇面光源，才可以看到在屏上進行各種光學實驗，因此，就要進行調試。

從儀器上可以看到，在激光的射出處，有一個圓柱形的玻璃棒，激光束就是通過這個玻璃棒后，變成了一束呈發散狀的扇面形光源，當這樣的光投射到光屏上時，就可以在屏上看到一條光線了（如果從上向下看，就是一個扇形光源）。

激光器發射出的是一束很細的單色光，要把它變成平行光需要借助一些輔助設備，并進行一系列的調整。

首先，把玻璃柱裝置卡到對應的槽中，然后慢慢移動，同時在玻璃柱上方，即激光出射方向用一張白紙來觀察激光，使激光變成一條光，然后移開白紙，在反光鏡上能看到一條橫的激光線。

反射鏡上出現激光后，再微調螺母，使光線在整個光屏上能顯現，然后調整三個反光鏡出現三束平行光，最后調整激光器背后的兩個螺絲線，使中間的光與光屏的水平中心線重合。這樣，這個激光器就可以使用了。

八、自感現象演示器的調試

自感現象是中學物理較難理解的一個物理現象，利用此物理實驗可以幫助學生理解這個現象。但是自感現象演示儀器不是拿來就能用的。另外，由于長時間的使用，也會出現小燈泡壞掉的情況。因此，也要常進行調整。所加電壓標6的是10V。但是經測量得出，通電自感一側電感的直流電阻有66Ω，這樣一來，就是把10V電源都加到電感上，也就只能有150mA的電流通過。因此，很多教師拿到后，不管用什么燈泡都不亮。

對于一個2.5V的小燈泡，小燈正常工作時的電流將達到300mA，其電阻是8.3Ω左右，而在冷卻時電阻只有1.5Ω左右。

在通電自感一側裝上2.5V小燈泡，電源電壓加到10V，這時測得電感一端的小燈泡兩端的電壓為0.95V，燈泡微亮，這時從后側可以摸到可調電阻上加的51Ω限流電阻很燙，當電壓加到12V時，測得小燈兩端的電壓為1.3V，燈泡的亮度加強，可以看得比較明顯。當加到16V時，限流電阻因太熱而焊接端的錫熔化，就掉下來了。

所以，在使用時應當選用2.5V的燈泡，加12V的電壓，然后調整可調電阻，使兩個小燈泡的亮度一致，這時進行演示，效果很好。

對于斷電自感，因在斷電時有較大的自感電動勢，所以要用一個工作電壓為6V的小燈泡，不然，自感電動勢就會把小燈泡燒毀。

九、電磁振蕩演示儀的注意事項

電磁振蕩演示儀在演示時也必須讓學生看到實驗現象，但是，有些教師把電源接上以后的效果不好，根本原因是這個儀器的內部是一個電子線路，對電源的直流穩定性有一定的要求，最好用電池或者有穩壓的電源，電源電壓為6V，不然效果就不好。實驗室里面的教學電源有交流、直流和穩壓三種，一定要接到穩壓電源這一檔，才能達到好的實驗演示效果。

以上案例是我在實驗教學中常常遇到的問題，也是我在實踐中總結出的一些心得體會，以期能夠幫助各位同仁在物理實驗中解決常見的問題。

【參考文獻】

[1]王興乃，羅棟國.初中物理實驗大全[M].武漢：武漢大學出版社，1988.

[2]王興乃，羅棟國.高中物理實驗大全[M].北京：電子工業出版社，1988.