浅议物理实验仪器的改进及仪器自制

冯冠楠

【摘要】物理仪器的自制及改进，是物理教学中每一位物理教师必然要面对的问题，对一些老式仪器进行一些改进和探索，使教师更好地利用有限的教学仪器，从而进一步提高仪器的使用效率。另外，对一些不易理解的知识，能自己设计一些教学仪器，使教学达到一个好的实验教学效果。

【关键词】仪器改进 仪器自制 实验教学

一、双缝干涉实验的改进

双缝干涉实验是高中物理中一个很重要的实验，它对于学生认识光的本性，学习计算学的波长是很有帮助的，但是，由于光的波长很短，测量其波长很不容易，而老式的仪器调试不易，所以很多学校的教师不喜欢用它，如图1所示，它的缺点也是显而易见的。

以前的这个仪器的结构如图1所示，光源是小灯泡，要用到凸透镜，及单、双缝等仪器设备部件。在使用调整就比较麻烦，而且在学生在使用其进行测量的过程中，稍不注意，碰到灯泡、透镜，或是观察筒，就有可能把调整好的光栅给弄没了，又得重新调试，浪费大量的时间，而且调试还要有一定的技巧，如果教师动手能力不高而总是调不好，学生就更是不会调试了，因此教师都不爱用它。另外，灯泡是白光，要测量红、绿色光波的波长，就要加不同的滤色片，而且，原来仪器所带的灯泡的亮度不高，一但加一滤色片后，光的亮度就更低，從而看到的红色或绿色光的光栅亮度就更低，因此观察就很困难。另外，市面上小白炽灯已经没有出售了的，一但灯泡坏了，整个仪器就不能使用了。

目前，还有很多学校还拥有很多以前的老仪器，因不易使用或灯泡损坏而闲置在那里，如果把这些老式仪器加以改造，让它们即容易调试，而且使其效果又好，就可以减小学校的支出，提高教学的效果，从而进一步发挥其作用。

新型高亮度LED发光二极管，色度纯正，用它来解决双缝干涉的光源问题，效果很好。

把灯泡与透镜去掉，用两个高亮度红绿色发光二极管（LED管），紧靠在一起安装，如图2中B点所示，并把两个LED管紧靠单缝放置，由于单缝长度大于两个二极管的直径之和，所以，只要高度第一次调整到位，不用移动LED光源，光线也可以通过单缝，且不会影响到观察时的效果，光的颜色可以通过开关切换两个二极管分别发光（如图3所示），这样一来，不用更换滤色片，就可观察到清晰红绿两种光的干涉图样。仪器的观察效果大大提高，而且仪器的调整很方便，只要把LED光源对准单缝就可以观察到很明亮清晰的干涉图样。

改装后观察到的红、绿色干涉图样十分清晰。通过这样的改造之后，观察到的干涉图样非常清晰，且调试简单方便，不但减轻了教师调整仪器的强度，学生也可以进行调试且进行实验，而且还可把一些旧的器充分利用起来，如果多改造一些仪器，也可以作为学生实验，让学生来进行调试，从而提高学生动手的机会，提高了教学的效率。增加了学生对双缝干涉物理概念的理解。

二、自制重力在斜面上的分解实验演示器

力的分解和力的合成都是矢量运算的工具，是高中物理的基石。我们常常发现在一些题目中，学生能够机械的把一个力分解并且按题目要求把分力的大小按几何关系求出来，但学生不会灵活变通，不明白一个力为什么在不同的情况下的分解方式不同，同一个力在有些情况下能分解，在有些情况下不能分解。老师只是机械的教给学生应该按效果对力进行分解，然后按数学知识求分力的大小。学生并不知道某个力在不同的情况下有什么样的作用效果，并且为什么要按效果对力进行分解等这些疑问。所以我们通过这个仪器可以让学生通过眼睛观察，亲身体验力的作用效果，并可以定量的求出分力的大小。

1.教具装置。原理图如图1，实物图如图2（示数为410克，换算成牛顿约为：4.018N）如图3。

2.制作材料.利用一个市场出售的小台秤，最大称量为1.0kg，一个实验室常用的小弹簧秤，最大测量值为5N，与台秤宽度相近的木板三块（两块46cm×10cm，用来安装台秤和底板。一块20cm×10cm用来安装小弹簧秤）。另外，要制作一个量角度器以及台秤上面的小平面，需要两块大小合适的薄板（一个用来放小车），另一块与有机玻璃（6cm×20cm）一起用来制作量角器。

三、制作方法

1.先把两块木板小用合页组合起来，使其可以自由的转动。在上面的一块木板上安装台秤和弹簧秤。用一块薄板制作一个量角器，把并量角器安装在下面的木板的侧面。用有机玻璃画好指针线，制作一个指针，安装到下面板的侧面，安装时，要把有机玻璃垫起一点，使量角器转动时，指针能指示上面板车转过的角度。2.把小块的木板竖直固定在上面的长木板上，再把弹簧秤安装在上面，弹簧秤的小钩要与台秤的顶面大至一样高，且不使小车在台面上有斜向拉力，一定要沿着弹簧秤的方向拉出才行。

3.把另一块小三合板安装在小台秤上，大小以不使小车掉下来就可以了。

四、使用方法

1.当台秤水平放置时，台秤示数最大，弹簧秤示数为零。量角器读数为零。小车重力没有被分解。

2.当慢慢抬起上面板时，可以看到台秤示数在减少，而弹簧秤示数在增大，说明重力分解为两个力，一个对台秤的压力，一个沿斜面向下的分力，且当斜面角度增大时，台秤示数减小而弹簧秤示数在增大。

3.若要定量计算，则可以斜面下面用一个小木块可调到任何角度，但每变换一次角度，都要对台秤进行调零，然后再把小车放在台秤上进行读数，最后进行计算。

4.仪器特点及使用方法：

（1）本仪器利用在可转动的斜面上安装的小台秤和小弹簧秤来演示重力在斜面上的分解情况。

当台秤水平时，可看出台秤上的示数最大，弹簧秤的示数为零，同时，量角器度数也指在零。

（2）当抬起与台秤连在一起的小板，台秤上的示数减小，而弹簧秤的示数增大，从而可见重力在斜面上的分解情况。

（3）若要定量测量时，则每达到一个角度，都要进行一次台的调零，然后再把小车放在台秤上，进行读数，再进行计算。

参考文献：

[1]王兴乃，罗栋国.高中物理实验大全（第三册）.北京：电子业出版社，1988.