低成本物理實驗的研究與開發(fā)

低成本物理實驗的研究與開發(fā)摘要：本文介紹了什么是低成本實驗及它對中學物理教學的意義，并通過具體實例從物理原理、實驗材料、操作過程與數(shù)據(jù)處理等方面說明它的特點，本文對開發(fā)與利用低成本實驗有一定的參考價值。關鍵詞：物理實驗低成本實驗自制教具實驗教學是物理教學的重要組成部分，又是落實新課程目標的重要途徑，但實驗教學又是物理教學的薄弱環(huán)節(jié)，因受學校經(jīng)費不足和設備缺乏等原因，極大地影響了物理新課程的實施。積極開展低成本實驗的研究與開發(fā)是解決這一矛盾的有效途徑。所謂低成本實驗指的是價格低，花費少的實驗。教師常使用日常生活用品、廢舊器材等自制低成本物理實驗儀器，用它們代替實驗室專用儀器進行物理實驗，以此解決儀器短缺難題，滿足實驗教學需要。本文通過具體實例，說明低成本實驗在物理原理、實驗器材、操作過程與數(shù)據(jù)處理中的特點，從這四個方面指明低成本實驗研究與開發(fā)的方向。1

簡單的物理原理是靈魂低成本實驗的目的就是通過實驗儀器的改進與創(chuàng)新，巧妙地將簡單的物理原理揭示出來，讓學生深切地感受到物理實驗的真實性。1.1

共振擺的改進教材提供的共振擺演示實驗，其實驗現(xiàn)象是明顯的，但本實驗只能演示擺長相同的兩個擺發(fā)生共振的現(xiàn)象。筆者對此實驗進行改進，如圖1所示，通過調(diào)節(jié)旁邊小球的高度能夠讓中間任一個小球發(fā)生共振現(xiàn)象。制作時，在木架兩側(cè)的木條上鉆兩個等高的小孔，用鉛絲折成“7”字形，水平段穿過木條的兩個小孔，水平段的中部向下彎折，略低于兩小孔，這樣當鉛絲擺動時就能對系在其上的小球提供周期性的驅(qū)動力，水平段用膠帶紙粘貼一長條形硬紙片，這樣木架內(nèi)部的三個小球可以用夾子加以固定，并可隨意調(diào)節(jié)高度非常方便。在木架的右側(cè)將金屬小球穿過鋼絲，下方用一螺絲固定。操作時，調(diào)節(jié)金屬小球的高度，使其與其中一個小球等高，讓它前后擺動，三個小球受鋼絲周期性的驅(qū)動力的作用也前后擺動起來，但與圓柱體等高的小球振幅最大，發(fā)生共振。改變金屬小球與中間的另一小球等高，則變?yōu)樵撔∏蛘穹畲?，發(fā)生動振。改進后的實驗可隨心所欲地改變母擺的擺長，進行多次操作，更能揭示共振的本質(zhì)。1.2

聲波的干涉演示實驗目前DIS實驗數(shù)字化信息系統(tǒng)與計算機連接，能快捷地處理實驗數(shù)據(jù)，但它目前很難在農(nóng)村中學普及。然而在低成本物理實驗中也有不少能快捷進行數(shù)據(jù)處理的優(yōu)秀教具。4.1

反應時間尺人教版物理必修一教材有“做一做”欄目通過自由落體運動的規(guī)律計算人的反應時間。但每次實驗都要進行計算才能獲得人的反應時間?；谌说姆磻獣r間與下落的高度存在一一對應關系，可以制作一根反應時間尺，直接從尺子上獲得被測者的反應時間。筆者制作了一套測量反應時間的教具，它們由兩張長短不一的書簽和兩個分別用廢舊米尺與PVC管制成的反應時間尺組成，如圖7所示。正常人的反應時間在0.15s到0.4s之間，制作短書簽，長為8cm，對應的反應時間為0.13s；制作長書簽，長為20cm，對應的反應時間為0.2s，用長短兩書簽做實驗，一人捏住書簽上方，另一人在下方做好抓捏準備，短書簽的長度小于人的最小反應時間對應的長度，一般捏不住，長書簽可以捏住。用Excel軟件計算出自由落體運動每隔0.01s下落的高度和下落每隔1cm對應的時間，用word進行精確作圖，電腦打印后粘貼在廢舊米尺與PVC套管上。操作時，一人A捏住教具上方，另一人B在下方做好抓捏準備，當看到A釋放教具時，B立即捏住教具，根據(jù)尺子下落的高度，可直接在尺子上讀出B的反應時間。本實驗可在自由落體這節(jié)課教學時進行課堂演示，也可指導學生課后進行設計與制作，使學生領悟其中的奧妙。4.2

簡易加速度計當我們乘車時，怎樣判斷汽車是否做加速運動呢？一個簡單的辦法是用線拴一個重物，通過線與豎直方向的夾角來判斷汽車是否做加速運動。按照這個方法，筆者制作了簡易加速度計。取透明的光盤盒，拿掉封皮與內(nèi)心。用紙板按光盤盒大小剪成一個長方形紙片固定在盒內(nèi)。用一段紅線拴一個螺絲作為指針，根據(jù)牛頓運動定律可得加速度與偏角的關系a=g·tanθ，用Excel計算出加速度與偏角的對應關系。按圖8所示在紙板上畫出標尺。操作時，可將加速度計平放在汽車的窗框上，把汽車的運動近似看成勻變速運動，等重物擺動穩(wěn)定后進行讀數(shù)，便可快速獲得汽車加速度的粗略值。按運動學的方法，測量物體運動的加速度并不是一件容易的事，本教具巧妙地應用動力學的方法，快捷地測出了運動物體的加速度?？傊?，低成本物理實驗制作的成本雖低，但運用的智慧不低，具有的內(nèi)涵不低，教育的價值不低。它能極大地調(diào)動學生的學習興趣，產(chǎn)生強烈的好奇心，激發(fā)巨大的學習動力。因此應大力加強物理低成本實驗的研究與開發(fā)。參考文獻1.

羅星凱．中學物理疑難實驗專