淺議物理實驗儀器的改進及儀器自制

馮冠楠

【摘要】物理儀器的自制及改進，是物理教學中每一位物理教師必然要面對的問題，對一些老式儀器進行一些改進和探索，使教師更好地利用有限的教學儀器，從而進一步提高儀器的使用效率。另外，對一些不易理解的知識，能自己設計一些教學儀器，使教學達到一個好的實驗教學效果。

【關鍵詞】儀器改進 儀器自制 實驗教學

一、雙縫干涉實驗的改進

雙縫干涉實驗是高中物理中一個很重要的實驗，它對于學生認識光的本性，學習計算學的波長是很有幫助的，但是，由于光的波長很短，測量其波長很不容易，而老式的儀器調試不易，所以很多學校的教師不喜歡用它，如圖1所示，它的缺點也是顯而易見的。

以前的這個儀器的結構如圖1所示，光源是小燈泡，要用到凸透鏡，及單、雙縫等儀器設備部件。在使用調整就比較麻煩，而且在學生在使用其進行測量的過程中，稍不注意，碰到燈泡、透鏡，或是觀察筒，就有可能把調整好的光柵給弄沒了，又得重新調試，浪費大量的時間，而且調試還要有一定的技巧，如果教師動手能力不高而總是調不好，學生就更是不會調試了，因此教師都不愛用它。另外，燈泡是白光，要測量紅、綠色光波的波長，就要加不同的濾色片，而且，原來儀器所帶的燈泡的亮度不高，一但加一濾色片后，光的亮度就更低，從而看到的紅色或綠色光的光柵亮度就更低，因此觀察就很困難。另外，市面上小白熾燈已經沒有出售了的，一但燈泡壞了，整個儀器就不能使用了。

目前，還有很多學校還擁有很多以前的老儀器，因不易使用或燈泡損壞而閑置在那里，如果把這些老式儀器加以改造，讓它們即容易調試，而且使其效果又好，就可以減小學校的支出，提高教學的效果，從而進一步發揮其作用。

新型高亮度LED發光二極管，色度純正，用它來解決雙縫干涉的光源問題，效果很好。

把燈泡與透鏡去掉，用兩個高亮度紅綠色發光二極管（LED管），緊靠在一起安裝，如圖2中B點所示，并把兩個LED管緊靠單縫放置，由于單縫長度大于兩個二極管的直徑之和，所以，只要高度第一次調整到位，不用移動LED光源，光線也可以通過單縫，且不會影響到觀察時的效果，光的顏色可以通過開關切換兩個二極管分別發光（如圖3所示），這樣一來，不用更換濾色片，就可觀察到清晰紅綠兩種光的干涉圖樣。儀器的觀察效果大大提高，而且儀器的調整很方便，只要把LED光源對準單縫就可以觀察到很明亮清晰的干涉圖樣。

改裝后觀察到的紅、綠色干涉圖樣十分清晰。通過這樣的改造之后，觀察到的干涉圖樣非常清晰，且調試簡單方便，不但減輕了教師調整儀器的強度，學生也可以進行調試且進行實驗，而且還可把一些舊的器充分利用起來，如果多改造一些儀器，也可以作為學生實驗，讓學生來進行調試，從而提高學生動手的機會，提高了教學的效率。增加了學生對雙縫干涉物理概念的理解。

二、自制重力在斜面上的分解實驗演示器

力的分解和力的合成都是矢量運算的工具，是高中物理的基石。我們常常發現在一些題目中，學生能夠機械的把一個力分解并且按題目要求把分力的大小按幾何關系求出來，但學生不會靈活變通，不明白一個力為什么在不同的情況下的分解方式不同，同一個力在有些情況下能分解，在有些情況下不能分解。老師只是機械的教給學生應該按效果對力進行分解，然后按數學知識求分力的大小。學生并不知道某個力在不同的情況下有什么樣的作用效果，并且為什么要按效果對力進行分解等這些疑問。所以我們通過這個儀器可以讓學生通過眼睛觀察，親身體驗力的作用效果，并可以定量的求出分力的大小。

1.教具裝置。原理圖如圖1，實物圖如圖2（示數為410克，換算成牛頓約為：4.018N）如圖3。

2.制作材料.利用一個市場出售的小臺秤，最大稱量為1.0kg，一個實驗室常用的小彈簧秤，最大測量值為5N，與臺秤寬度相近的木板三塊（兩塊46cm×10cm，用來安裝臺秤和底板。一塊20cm×10cm用來安裝小彈簧秤）。另外，要制作一個量角度器以及臺秤上面的小平面，需要兩塊大小合適的薄板（一個用來放小車），另一塊與有機玻璃（6cm×20cm）一起用來制作量角器。

三、制作方法

1.先把兩塊木板小用合頁組合起來，使其可以自由的轉動。在上面的一塊木板上安裝臺秤和彈簧秤。用一塊薄板制作一個量角器，把并量角器安裝在下面的木板的側面。用有機玻璃畫好指針線，制作一個指針，安裝到下面板的側面，安裝時，要把有機玻璃墊起一點，使量角器轉動時，指針能指示上面板車轉過的角度。2.把小塊的木板豎直固定在上面的長木板上，再把彈簧秤安裝在上面，彈簧秤的小鉤要與臺秤的頂面大至一樣高，且不使小車在臺面上有斜向拉力，一定要沿著彈簧秤的方向拉出才行。

3.把另一塊小三合板安裝在小臺秤上，大小以不使小車掉下來就可以了。

四、使用方法

1.當臺秤水平放置時，臺秤示數最大，彈簧秤示數為零。量角器讀數為零。小車重力沒有被分解。

2.當慢慢抬起上面板時，可以看到臺秤示數在減少，而彈簧秤示數在增大，說明重力分解為兩個力，一個對臺秤的壓力，一個沿斜面向下的分力，且當斜面角度增大時，臺秤示數減小而彈簧秤示數在增大。

3.若要定量計算，則可以斜面下面用一個小木塊可調到任何角度，但每變換一次角度，都要對臺秤進行調零，然后再把小車放在臺秤上進行讀數，最后進行計算。

4.儀器特點及使用方法：

（1）本儀器利用在可轉動的斜面上安裝的小臺秤和小彈簧秤來演示重力在斜面上的分解情況。

當臺秤水平時，可看出臺秤上的示數最大，彈簧秤的示數為零，同時，量角器度數也指在零。

（2）當抬起與臺秤連在一起的小板，臺秤上的示數減小，而彈簧秤的示數增大，從而可見重力在斜面上的分解情況。

（3）若要定量測量時，則每達到一個角度，都要進行一次臺的調零，然后再把小車放在臺秤上，進行讀數，再進行計算。

參考文獻：

[1]王興乃，羅棟國.高中物理實驗大全（第三冊）.北京：電子業出版社，1988.