杭州市教师继续教育课程高中物理《中学物理疑难实验专题研究》.docx
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杭州市教师继续教育课程高中物理《中学物理疑难实验专题研究》
中学物理疑难实验专题研究
赵力红
本课程对中学物理教学中所遇到的疑难实验进行了理论阐述,分析了形成的原因和改进方法,论述了中学物理实验设计方法,并附有大量的妙趣横生的精彩实验设计。
通过学习,将会对中学物理教学具有重要的指导作用。
本课程学习目标:
1.中学物理中有哪些疑难实验需要进行研究?
2.形成疑难实验的原因是什么?
3.如何通过这门课程的学习提高自己解决疑难实验问题的能力?
4.通过学习,你如何改进实验并设计出新意来?
许多中学物理老师都有这样的体会:
中学物理课本中有不少实验,看似简单,你真的去做,往往会发现并非想象中的那么容易。
例如,高中物理课本中机械波概念的引入,教材上用的是一个如图所示的绳波演示实验,按课本所述,用手拿着一根绳子的一端(另一端固定)上下摆动,就会看到一列凹凸相间的波向绳子的另一端传去,但拉着绳子的一端上下摆动了老半天,却只见整条绳子在摆动,而不见明显的波。
实际上,这个实验要想演示出课本所说的现象,在绳子的选择上很有讲究,绳子如何悬挂以及手拿绳子如何摆动也都是个问题。
并不是随便拿根绳子、随便摇两下就可以摇出波来的。
而这些细节,作为以中学生为读者对象的中学物理课本一般是不会特别地加以说明的。
类似的还如光电效应的演示实验也是如此,照课本介绍,把一块擦得很亮的锌板连接在如图所示的验电器上,用弧光灯照射锌板,验电器指针就张开一个角度,但实际上,用弧光灯或紫外线灯照射了老半天,却不见验电器指针有要张开的迹象。
还有一些实验,如牛顿第二定律的验证、用打点计时器验证机械能守恒定律等,虽然均能完成,但实验误差太大,结果令人失望。
这样的实验挫折经历多次后,教学新手往往会对实验产生畏惧心理,久而久之虽然教学经验不断丰富,有些还成为了教学骨干,但不少实验在他们的手中,疑难程度却没有相应地降低。
第一节疑难实验形成的原因
中学物理中竟然还有这么多的疑难实验?
这是大多数新教师始料不及的。
人们不禁要问,中学物理范围内主要涉及的大都是物理学中比较成熟的知识内容,怎么还会有疑难实验呢?
这个问题不解决,就会造成前面所说的由忽视或轻视到畏惧的结果。
首先,作为科学实验,这些课题都早已在实验室获得了解决。
但如今作为教学内容编进中学物理教科书中的,就属于教学的物理实验。
作为教学的物理实验,和科学研究中的物理实验或在其他应用领域的物理实验有一个最重要的区别,那就是教学物理实验的设计不仅要体现物理思想、符合科学性原则,而且必须反映教学思想、符合教学原则。
例如,简谐运动图象的描绘实验,从技术上来说,有很多的方法可以描绘出正弦或余弦曲线。
但若设计成如绘图仪那样的图象描绘仪,虽然具有自动化程度和可靠性高、操作简便等诸多优点,但若考察教学目的,这个实验必要的一点就是要在所获得的图象与振动体的运动之间建立起劲可能直接的、必然的联系,以便学生理解图象所反映的物理意义。
从这一点来看,如果图象的描绘是通过一个自动化的装置来实现的而其机理又被有意无意地置于隐蔽地位的话,它就丧失了作为一个教学的物理实验存在所必须有的教学价值。
为此,就要设计出一个既简单又要可靠好用的装置,这在技术上提出了更高的要求。
同样的道理,前述的光电效应演示实验,采用裸露的锌板并用验电器检验锌板上的带电,从教学思想上来考虑是很值得的,但在技术上又大大地增加了实验的难度。
此外,如电磁(阻尼)振荡、光学中的一些实验等也都是同样的问题。
这样带来的实验疑难在中学物理疑难实验中占有相当大的比例。
笔者列出了中学物理中的10大疑难实验:
●电磁振荡实验;
●自感演示实验;
●牛顿第二定律实验;
●瞬时速度实验;
●光电效应实验;
●布朗运动实验;
●声音的干涉实验;
●内能与做功关系的实验;
●吸收光谱;
●静电学系列实验(法拉第圆筒,电荷分布,电容器电容)
●…………
其次,实验的难度是相对于教师的知识、能力和经验而言的。
有很多实验不是疑难问题,但是到了新教师手里,却成了难题。
还有一些实验,如静电演示实验,由于以著名物理教育家朱正元先生为代表的许多前辈学者的不懈努力,实验本身已不象很多人想象的那么难,但是要很好地驾它,实验者必须有比较扎实地基本功。
必须在掌握有关知识的同时,花时间去认真琢磨、体会实验的奥妙,将资料上的分析介绍、别人的经验内化为自己的真正理解和切身体会,并坚持在实践中不断摸索和积累,才能练就出做好静电实验的真功夫。
然而,许多刚走上讲台的教师在碰了几次钉子、特别是在看到许多老教师对静电实验也感到头痛之后,没有信心和恒心深入钻研下去。
结果,静电实验在很多教师的手里成了头号疑难实验,只有在天气干燥的气候条件下才敢在课堂上演示。
此外,中学物理实验仪器本身的缺陷也是导致疑难实验问题的一个重要原因。
由于体制的问题,现有的中学物理实验室仪器设备还较普遍地存在许多不如人意的地方。
主要表现:
一是在仪器的生产和配备上对新技术、新成果的反映太迟钝,这样使得一些已经很好地解决了的疑难问题由于没有新的仪器可用而依然疑难如故;二是不少仪器由于粗制滥造导致可靠性很差,使一些根本不难做的实验由于没有合格的仪器可用而成为疑难实验。
第二节.疑难实验研究的方法
从事任何学习与研究,只有抓住问题一个一个地、扎扎实实地钻研下去,才可能掌握到真正属于自己的知识、练就出独立解决问题的能力,这里不存在投机取巧的捷径可走。
疑难实验的学习与研究也不例外。
但在扎实努力的前提下,如何才能举一反三、活学活用,则是我们大家所希望的。
为此,要求我们在学习和研究的过程中,不仅要针对教学的需要,一个一个地解决问题、积累知识和经验,而且要善于透过具体的疑难实验的研究,发现共同的、规律性的东西。
具体来说,研究疑难实验,了解和掌握尽可能多的有关前人研究的资料信息是很有必要的,但一定要特别注重从众多的表面差别甚大的实验装置中发掘和把握其中蕴含的实验方法。
因为实验方法是物理实验的灵魂,深入不到实验方法的层次就驾不了疑难实验。
疑难实验之所以成为疑难,说到底,就是尚未找到满意的实验方法。
许多漂亮的实验方法不仅提供给我们化解疑难实验所需的知识和技术窍门,而且更重要的是可以给予我们智慧的启迪和激励,使对它敏感、勤于思考的人获得创造性地解决问题的能力。
我们知道,直流电动机中,有一个被称为直流电机构造特征的重要部件——换向器,它的作用就是对应于转子线圈的转动周期性地改变输入电流的方向,使线圈得以持续地转动。
如果要你设计一个简化的、不用换向器的电动机,你会怎么办?
根据磁场对通电线圈作用的特点,不用换向器的话,要么周期性地改变磁场,要么就采用可根据线圈转动周期性地变化的电源,使得磁场力始终起促进线圈转动的作用。
这样,很可能设计出一个更复杂而不是简化的电动机。
如图所示的是一个将线圈引出线当转子转轴使用,既省去了轴也省去了换向器的直流电动机,它采取断续供电的办法,即只在线圈转动的半个周期内才输入电流,另半个周期内线圈由于未通电而不受磁场力的作用,借助惯性,线圈的运动并不会停止。
从实验方法来看,这样省去换向器是不是简单巧妙?
但是又如何来实现对线圈的断续供电呢?
这看来又是一个不那么简单的问题。
而在图所示的装置中,用的方法是将线圈引出线一端的绝缘漆全部刮去,而另一端则只刮去一半,使得线圈在每转动一圈的过程中,只有半圈的时间由于引出线两端都是刮去绝缘漆的导体面与导体支座接触而有电流输入。
实验方法简单得出奇,却漂亮得令人叫绝!
又如,对于光通信,学生很感兴趣但觉得挺神秘。
如何用实验来演示光通信的原理,听起来似乎不简单。
而用如图所示的光通讯演示实验装置,在手电筒中串联一个电感,再将要传递的音频信号通过隔直电容加于电感两端,原来稳定的发光的小灯泡的亮度就会随着输入的音频信号的变化而变化。
这样就实验了用音频信号对光的调制,也就是使电筒射出的光束中包含了要传递的信息。
因此,若在另一端用光电池接受光束的照射,就可得到与传递信号变化规律相同的电信号,从而实现了解调的过程。
演示时,从一个信号源发出的信号,可在另一端的接收机上得到,而传递信号的载体却是光,这样就突出了实验的原理,使学生只需要透过较少而且他们比较熟悉的技术细节就可以领悟实验的过程及其原理。
像这样的实验简单直观,痛快淋漓,淋漓尽致,不沲泥带水的实验方法!
简直是一种智慧的熏陶和享受!
此外,还有几个问题在疑难实验的学习和研究中也是需要加以注意的。
1.必须高度重视对疑难实验的学习和研究。
由于众所周知的原因,目前在不少中学,仍存在着不重视实验的教师仍能受到重视、实验技能低下的教师也能成为教学骨干甚至“教学能手”的不正常现象,这就误导了优秀教师的标准。
因为对中学物理教师而言,不象大学教师那样有专业方向的分工。
虽然,不同的教师都因个人的特长而会形成自己独特的教学风格。
但具有较强的实验教学技能和一定的实验研究能力是对每一个中学物理教师的基本要求,更不用说对优秀教师了,只会凭空口讲实验、用粉笔在黑板上“做实验”的教师就不是一个真正合格的中学物理教师,因为这样的教师在基本的教学技能上尚未达标。
对于物理师范生及新教师尤其要明确提出这样的要求。
因为将要走上或刚走上教师岗位的年轻人在熟悉教材和学生、在语言表达和教学心理素质等方面与有经验的教师之间的差距问题,一般很难在短期内解决好,非经一定的实践磨练不可。
而在疑难实验的学习和研究方面,由于他(她)们具有知识新、头脑新的优势,如果他(她)们能积极主动地对待这样的要求,这实际上是一条可以弥补教学新手自身经验不足,增强他们搞好教学的自信心的有效途径。
对此,在过去近十年的物理师范教育实践中,笔者是深有感触的。
当我们的实习生在课堂上用改进的方法成功地演示出诸如光电效应、简谐运动图象的描绘、机械波的传播和干涉等疑难实验而受到实习学校师生的赞扬时,甚至一些在校时认为自己根本不适合当教师的实习生也对未来的物理教学工作充满了信心。
然而,我们强调实验教学技能和物理实验方法的重要性,并不是要淡化物理理论的知道作用。
实际上物理实验与物理理论两者是密不可分的。
没有理论指导的实验是一种盲目的实践,充其量也不过是一些经验和技术技巧而已。
这也是在疑难实验的学习和研究中要特别注意的。
2.实验研究需要教育理论的指导。
作为教学的物理实验,除了要有物理理论的根据、反映物理思想外,还要符合教学原则、反映教学思想。
这个问题比较复杂,不容易三言两语说明白。
但是,有一点是可以非常明确地提出的,那就是通过实验的教学应用,应该有效地促进学生的有意义学习过程,避免机械学习过程。
这应该成为贯穿整个教学物理实验设计与改进过程始终的教学思想。
所谓的“有意义学习过程”,是与“机械学习过程”相对应的,它的实质“就是符号所代表的新知识与学习者认知结构中已有的适当知识建立非人为的(非任意的)和实质性的(非字面的)联系。
”这就要求我们在教学中,要特别注意将新知识的传授与学生已有的概念和理解联系起来,在学生原有认知结构的基础上设计和组织我们的教学。
否则学生头脑中充斥的多是些人为建立的联系,也就是靠模仿和记忆得来的东西。
物理教与学都被降格成在头脑中发生的“机械运动”,就只能是徒有智力活动的虚名了。
本来,物理实验在教学中的地位受到肯定的重要原因之一,就是它具有培养学生能力的教育功能。
但从功能到变为现实之间还需要有精心的实验设计和有效的教学过程。
否则,机械学习在实验学习的情境下照样可以大行其道。
例如,滑线变阻器是一个中学物理实验中最常用的仪器之一,学生自己使用和看老师使用的次数应该不算少。
但即使是在大学生中,不能正确地自己独立使用它的人仍不少。
因为他们在以往的学习中,知识照方抓药、依葫芦画瓢地对着那些实验讲义或练习册连线,根本就没有弄懂这样一个并不复杂的仪器的结构、原理和各个部件的功用。
这样的机械学习怎么能产生培养能力的效果!
又如,在简谐运动的图象的演示实验中,我们知道,实验要求保证记录底板匀速直线运动,这在技术上不难实现。
但从学生理解的角度考虑,应该先确定记录底板的运动是否匀速,否则,就会出现根据所得出的图线是否为正弦或余弦曲线来判断记录底板的运动是否匀速的逻辑混乱。
3.要以科学的态度对待疑难实验的学习与研究,创造性地学好本课程。
这也是在笔者看来也是最重要的------科学态度首先是实事求是的态度,那种当学生时抄实验数据作弊、作老师时由于自己的无知使实验失败却欺骗学生是仪器不好的倾向,是阻碍自己提高的最大障碍。
此外,在实事求是的前提下,科学态度还应表现为批判性的态度。
疑难实验的研究是在不断发展的,没有一成不变的释疑方法,需要不断创新。
即使一些很出色的解决方法,可能它们保持先进地位的时间要长一些,但也要用批判的眼光去消化、吸收它,囫囵吞枣式的学习是难以获得真知的。
要成为一个有创造性的优秀教师,真正重要的是要培养自己敏于发现并抓住问题、勤于分析研究问题和善于解决问题的能力。
第三节.要深入研究实验中的物理过程
在实验教学的研究中,首先应该运用物理学的基本原理来分析实验中发生的物理过程,处理好实验内、外各种因素间的关系,使实验取得理想的效果,灵活地解决实验中发生的问题,对学生的实验活动进行正确的指导.还要注意发掘实验的教学功能,充分发挥实验在教学中的作用.要开发新的实验,也要注意研究原有的实验.
●各种物理现象都有自己的固有特征,而这些现象的发生又都有一定的条件.实验者应该深入了解这些特征和条件,特别是对这些特征和条件作出基本的数量估计,才能正确地选择实验仪器和实验方法来完成这些实验,否则往往会导致实验失败,或被实验中的假象所蒙蔽.
●教学实验是在课堂教学的特定环境下,要求在有限的时间内,将所要研究的物理过程或物理规律简洁、清晰地展现给学习者.但一个实验中所发生的物理过程往往受到多种因素的制约,各种因素之间还存在着错综复杂的关系,有时它们之间甚至是互相冲突的,因此在研究这些实验的时候,就必须深入分析影响所研究的物理过程的各个因素间的关系,恰当地处理这些关系,使它们达到最理想的匹配.
●实验中,除了影响所要研究的物理过程的主要因素之外,往往还伴随着一些无关或起干扰作用的因素,这些无关或干扰因素要影响到实验的效果,有时甚至使实验结果发生扭曲,造成了实验中的假象.因此,在实验研究中要注意排除这些因素的干扰.
●虽然中学物理教学中不系统介绍误差理论,但简单的误差理论在实验的设计或对学生实验的指导中仍有重要的意义.特别是对一些测量性的实验,只有从误差理论出发,才能找到实验的主要矛盾,也才能对学生的实验进行正确的指导.
下面对几则实验进行物理过程的分析,供参考。
1.与惯性有关的实验解析
惯性是物体运动中的的基本概念。
但是,学生要从中思考清楚惯性在所观察到的现象中所起的作用,恐怕不是件容易的事情。
因为影响这两个实验的因素并不是很单纯,特别是如图所示的实验,实验应演示的现象是松开弹片后,钢球下面的硬纸片被弹出,而钢球则掉到了下面的筒里,所作的解释是钢球由于惯性要保持原来的静止状态,就留在原处。
实际上并不是这样简单。
在这个实验中,钢球具有惯性,要保持原来的静止状态,但钢球受到了硬纸片所施的摩擦力的作用,它能否掉进筒中,肯定还跟这个摩擦力的大小及作用时间有关。
为简化起见,我们不考虑钢球的滚动,钢球(A)和硬纸片(B)进行受力情况分析。
设钢球和硬纸片之间的动摩擦因数为μ,则硬纸片B对钢球A的摩擦力
fAB=μNAB=μmAg
而fAB=mAaA
所以aA=μmAg/mA=μg
可见,aA与钢球的质量无关,只由钢球和硬纸片之间的动摩擦因数来决定。
这说明什么问题呢?
实际上,在弹片对硬纸片作用的过程中,钢球和硬纸片的加速度方向相同,钢球能否掉进筒中,必须满足的一个条件就是硬纸片的加速度至少大于钢球的加速度,是否满足这个条件,从外力来说,当然弹片对硬纸片的打击力越大越好;从A、B系统来说,决定的因素是B对A的摩擦力,只有当使A加速所需要的摩擦力大于B对A所能施加的摩擦力时,A、B之间才可能相对滑动,钢球才可能掉进筒中。
即使A、B之间有了相对滑动,钢球的加速度aA也不可能太大,否则仍可能掉出筒外。
而钢球的加速度aA竟与质量无关,最后起作用的是A、B之间的动摩擦因数!
换句话说就是,若A、B之间足够光滑的话,钢球才有可能掉进筒中,否则不然,而不管钢球的质量如何。
这就值得思考了,因为我们知道质量是物体惯性大小的量度,一个演示惯性的实验,能否得到所期望的现象,竟于物体的惯性大小无关,而是由与惯性无关的摩擦来决定,这难道说得过去吗?
这使得我们不得不要考虑它作为惯性演示实验的合适性问题。
类似的大同小异的例子还很多,也都被用来说明惯性的存在和作用。
事实上,这个实验真正能说明的倒是冲量定理!
用于作惯性的演示实验,不仅存在前面所讲的问题和影响因素过于复杂的问题,而且对学生的前概念没有多少针对性,学生很容易用肤浅的“那是由于惯性”等说法对付所有这一类现象。
和历史上的“运动需要力来维持”的观念形成的原因一样,学生在早期的日常生活中大量观察到的停止施力物体就不再运动的现象,是他们在头脑中形成前概念的感性基础。
要挑战学生的这种有长期个体经验基础的前概念,就必须通过实验把物理现象突出到为人们的自然观察所忽略或达不到的程度,使学生对个人观念有所认识和反思。
从这个角度考虑,摩擦力的影响是关键,设计实验演示物体在尽可能小的摩擦力作用下的运动行为,让学生自己发现原有观念错误的原因,应该是很有必要的。
由于速率不高的物体在空气中运动所受的阻力比在物体表面运动时小得多,用气垫来演示效果很好。
如图所示的简易气垫更值得推荐,因为每个学生都可以做一个自己去体验。
所需的材料只是一个气球、一个有孔的橡皮塞和一块泡沫塑料。
将泡沫塑料加工成圆盘形,在其中间开一个小孔,孔的上半段较大,可使橡皮塞刚好塞进孔中;孔的下半段较小,以免将气球内的空气很快放完。
实验时将气球吹足气,捏住出气口将气球套在橡皮塞上,再将橡皮塞塞进泡沫塑料圆盘的孔中,将圆盘放在平滑的桌面上,松开气球的出气口,圆盘就会被从下面小孔中喷出的空气托起,轻轻一推,它就可在桌面上接近自由地运动。
在物体间直接接触的情况下,采用平衡的方法,设置物体所受合外力为零的条件,演示物体在没有净外力作用下的运动行为,也是一种可行的方法。
如图所示,找一个转动很灵活、稳定的滑轮(最好是轴尖式的),用一根细绳将两个物体跨过滑轮挂起来。
若两物体等重,推动物体使它们一上一下动起来后,若不再施力,则由于摩擦力的作用,系统将做减速运动并最终停止运动,对类似的现象,人们在自然观察中往往没能发现摩擦力的影响,而认为物体停止运动是由于没有了力的作用的结果。
但在这样的装置中,若使一边的物体稍微重一点,用它来抵消摩擦力的影响,且调节好m的大小,使mg刚好能平衡系统所受的摩擦力。
则可在一个方向上实现系统所受合外力为零也即牛顿第一定律所要求的条件。
这样,下拉图中的M或者上推M+m,可以将物体定在任意位置上,但是轻轻上推一下M或者下推一下M+m,就会见到M匀速上升或者M+m匀速下降。
由于通过小心轻推可以使物体的运动非常缓慢,完全不见速度的明显减小或者增加。
此即所谓的“静者恒静,动者恒动”的境界。
用这样的实验现象去挑战学生的“运动需要力来维持”的前概念,应该会有一些作用。
2.与静电有关的实验释疑
用摩擦的方法起电,带电体往往是绝缘体,如何将它所带的电荷转移到验电器或其他物体上去呢?
人们自然想到使它们相互接触,如将已起电的有机玻璃棒与验电器的导电球接触,使验电器带电。
但是,做过这个实验的读者一定会有这样的体会,仅仅将棒与导电球接触往往不易使电荷转移到验电器上去,特别是在天气较潮湿时更是如此。
而若照如图所示使棒在导电球上转动摩擦几下,往往可使验电器带上足够多的电荷。
这是什么原因呢?
实际上,大家知道,作为绝缘体,它带电的情况与导体大不一样,绝缘体所带的电荷是以束缚电荷的形式出现的,因而不能象导体上所带的电荷那样可以自由移动、以传导的方式实现电荷的转移。
试想,如果绝缘体上的电荷可以通过传导的途径转移,那么从电荷产生伊始,它不就可以通过我们的持棒之手跑掉了吗?
哪里还谈得上转移电荷呢?
实际上,带电的绝缘棒与导体接触后,导体上所得到的电荷是通过放电的形式转移而来的,即金属中的电子在强电场的作用下从金属表面逸出。
导体表面电荷集中的尖端部分最易发生这种放电现象。
如图所示,在验电器导电杆上插一表面光滑的薄金属板,用带电的有机玻璃棒或者橡胶棒靠在金属板面上来回移动摩擦数次后移开棒,发现验电器并未带上电荷,但若将棒靠在金属边缘上刮擦一次,即可使验电器带上电荷。
这正是由于金属板边缘电荷集中,电场较强,容易产生放电之故。
事实上,在天气干燥时,只要将带电棒靠近金属板边缘而并不与之接触,就足以使验电器带上净电荷。
若在此过程中细听,可听到带电棒与金属板边缘之间有“喳喳”的放电声,这个实验是很说明问题的,前述的将带电棒在验电球上转动摩擦,其作用也正是促进放电的发生。
按照以上的解释,通过放电转移到验电器上去的电荷的正负性质,应该与带电棒的一样。
但是,一个善于思考的学生提出的一个在实验中发现的问题值得进一步思考:
在天气干燥时将带正电的有机玻璃棒掠过插在验电器上的金属板后离开,发现原来带有正电荷的验电器指针偏角反而变小,这说明验电器上有净正电荷的减少,这又如何解释呢?
的确,按照前述的电荷通过放电转移的观点,这一现象似乎不可理解。
其实,在验电器导电杆和指针作为一个整体处于带电棒的强电场中,由于静电感应,正电荷将聚集与验电器指针的下端,由于指针端头一般较细较尖,因此正电荷较易通过放电的形式逸出指针(本质上为空气中的电子被吸到指针上)。
尽管在带电棒与金属板之间也可以有电荷的转移(使金属板得到正电荷)但若从指针下端逸出的正电荷较多,超过了从带电棒获得的正电荷的数量,移开带电棒后,就会看到验电器指针张角反而变小。
综上所述,通常我们通过接触可以实现绝缘带电体上电荷的转移,但其本质上不是传导而是放电。
对于这个问题的正确理解,有助于我们把握静电实验的成败关键,提高实验的成功率。
如利用法拉第冰筒演示静电平衡时电荷只分布在导体外表面的实验,许多物理老师感到棘手,主要是将验电球从内壁取出后,验电球上也常常带有电荷。
发生这种现象的原因大多是,冰筒与验电球之间产生了放电(冰筒内壁若存在尖端部分也会显著地影响试验结果)。
在验电球从冰筒筒口经过时,它与筒口边缘之间,最易发生放电,从而导致验电球带电。
为此,可采取适当扩大筒口特别是对筒口边缘进行磨光处理的措施,同时选用合适的验电球和注意操作,就可以保证实验的成功。
3.固体热胀冷缩的实验演示
固体热胀冷缩及在冷缩时产生力的实验演示,在中学实验室配备中,有J2258型固体线胀演示器和J2259型固体缩力演示器两个专用仪器,可供教学演示使用。
J2258型固体线胀演示器用火烧和冷水浇铜棒,使受热膨胀和遇冷收缩的铜棒推动压于其下的指针转动,这样显示固体的热胀冷缩现象;J2259型固体缩力演示器则通过加热的金属棒在冷却的过程中拉断销钉的现象来演示固体在冷却时产生的力。
这两个实验装置一来说效果还是不错的,但是,对这样生活中常见的现象的演示,应该可以用更简单、生动的实验装置来演示,而不必用那两个专用的仪器。
接电源
有的物理老师发现,给细导线通以大电流的方法,效果很好且简便易行。
当时是想做一个象弓一样形状的电热切割器,用来切割泡沫塑料。
但一时找不到可弯成弓行的竹片,于是就做了一个如图所示的装置,想当做一个电热切割器使用。
没想到一通电,就发现原已被两个接线柱绷紧的细导线立即就软了下来,根本无法当电热切割器用。
但这一原未料到的现象马上使笔者想到它可以用来演示固体的热胀冷缩。
换用漆包线后,效果令人满意。
具体方法是这样的,找两个中间有孔的接线柱,装在一块较厚的硬木板(为便于投影,最好使木板窄一些)两端,再找一跟ψ=0.10mm左右的漆包线,立即就可看到原来绷紧的漆包线明显变松且冒烟,断开电源开关,导线马上重新被拉紧;而通电后再将导线拉紧固定,然后断电,就可看到导线很快被拉断。
两个
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