家庭物理实验常遇问题及解决策略

◆孙英睿

(山东省德州市第一中学高二〈5〉班)

家庭物理实验常遇问题及解决策略

◆孙英睿

(山东省德州市第一中学高二〈5〉班)

家庭物理实验在提高学生综合素质方面起着不可忽视的作用，是课堂教学的必要补充。但是，由于受到客观条件的限制，家庭实验在操作过程中会遇到实验精度低、实验器材较难获得的问题。结合杨氏双缝干涉测量波长家庭实验，提出了解决问题的思路与办法：加大试验装置的尺寸、巧用转化法处理问题、精简实验装置的部件、核心部件尽量正规等。

家庭物理实验 问题 策略

一、杨氏双缝干涉测量波长实验及具体操作

托马斯·杨(Thomas Young，1773—1829)于1801年进行了一次光的干涉实验，即著名的杨氏双缝干涉实验，并首次肯定了光的波动性。下面是笔者的具体操作步骤。

实验目的：利用杨氏双缝干涉原理测量波长。

实验器材：红色教学激光笔、自制双缝、遮光筒、测微显微镜、数码照相机、刻度尺、硬纸板、书立。

实验原理：如图：

实验步骤：

1.组装实验装置；

2.调节书立的高度使激光笔、双缝、遮光筒在同一高度上；

3.打开激光笔，调节双缝水平位置；

4.用数码照相机连续多次拍摄条纹及刻度尺，使照片同时包含刻度线及全部亮纹；

5.用刻度尺测量双缝至屏距离l，重复测量3次，取平均值l=41.60cm；

6.重复步骤2～5数次，获得多组数据；

7.取下双缝，利用测微显微镜测量双缝缝宽d=0.1463mm；

8.亮条纹宽度测量方法：

⑴将实验步骤4中所拍摄的照片放大；⑵读取并记录照片中刻度尺5.0mm所对应实际长度X1；⑶读取并记录照片中5个条纹间距ΔX所对应实际长度X2；⑷根据公式计算得ΔX；⑸根据多张照片取平均值。

实验结论：所测激光笔的红波波长约为647.3nm(教学激光笔激光波长参数为650nm)。

误差分析：

1.测量d时使用测微显微镜，较准确；测量时，绝对误差不差过1mm，相对误差不超过0.25%；

2.在计算ΔX的过程中，由于相机屏幕的折光影响，对照片中5mm刻度及亮条纹的实际长度影响可达0.5mm～1mm，相对误差1.6～3.0%左右。

二、家庭做杨氏双缝干涉测量波长实验可能遇到的问题

1.实验精度较低。家庭中由于条件所限，实验精度会大大降低。对于一般的定性试验来说，难度还不是很大。但对于精度要求较高的定量实验来说，家庭物理实验的条件就显得不足了。笔者在家做的杨氏双缝干涉测量波长实验中，条纹间距ΔX为毫米级，双缝宽d为10-4米级，在家庭实验条件下很难精确测量。

2.实验器材较难获得。一些专业的器材在一般家庭中很难获得。比如在双缝干涉实验中需要用到的光具座、测量头、双缝、遮光筒等。

三、解决措施

1.加大试验装置的尺寸。较大的实验装置不仅可以使实验现象更加明显，还可以降低达到实验所要求精度的难度，从而降低试验的相对误差。

2.巧用转化法处理问题。转化法是物理学的基本方法之一，有些问题经过转化，就可以由难变易，由复杂变简单。

3.精简实验装置的部件。双缝干涉测量波长实验中，光具座的主要作用是支撑和方便读取缝屏距l。由于l数值较大，即便使用普通米尺测量，误差也不会超过1%，因此，笔者在实验中没有准备光具座，而是改用书立和硬纸板支撑实验装置，并用刻度尺直接测量l。

4.核心部件尽量正规。对家庭物理实验的自制双缝而言，间距需进行测量。由于d极小，仅约0.1mm，用常用工具根本无法测量，且极易产生较大的实验误差，导致实验失败。事实证明，在核心部件上使用精密仪器可使相对误差减小50～80%。当然，对于测微显微镜这种精密仪器，我们在使用过程中一定要仔细认真，严格按照操作规程进行操作。

[1]何科丽.开展家庭物理实验的探究[J].中国校外教育，2008，(7)：105.

[2]普通高中课程标准实验教科书 物理 选修3-4.人民教育出版社，2010.