何永健

(甘肅省永昌縣第一高級中學(xué),甘肅永昌 737200)

在新編人教版高中《物理》(必修)教材第1冊中,“驗證機械能守恒定律”的學(xué)生實驗的裝置如圖1所示,從教材對此實驗設(shè)計的思路、步驟、過程等各方面考查:該實驗設(shè)計表面上看似乎完善精確,符合既定的實驗要求,但實際情況卻并非如此.由于教材編寫者并未完全熟悉所需儀器的性能,實驗裝置的漏洞較多,缺乏科學(xué)合理性,實驗的可操作性極差,甚至按照教材裝置無法進行實際的操作實驗,必須加以合理地改進完善,才能達(dá)到預(yù)期的實驗效果.

1 存在問題

(1)選用儀器的實際性能不符合實驗要求.從教材圖1所示明顯可以看出:在鐵架臺上固定打點計時器的鐵夾是燒瓶夾,即使換用電磁打點計時器所配附夾,由于附夾的長度較短具有容易轉(zhuǎn)動的特點,也是無法把它穩(wěn)定地固定在鐵夾臺上.經(jīng)嚴(yán)格地實驗測定電磁打點計時器所受的重力是2.7 N,電火花計時器所受的重力是2 N,而實驗時電磁打點計時器只能夾在燒瓶夾的平面部分,兩者的接觸面積較小,燒瓶夾對計時器所產(chǎn)生的相對壓力就難以穩(wěn)定地固定打點計時器.按照兩種計時器的組成結(jié)構(gòu)和其各部分的功能作用,燒瓶夾只能夾在其底座左下角的位置,這樣的燒瓶夾和偏下的固定位置,是根本無法夾緊打點計時器的.燒瓶夾所夾位置遠(yuǎn)離了打點計時器的重心所在位置,存在著一定的轉(zhuǎn)動力矩,實驗時隨著振針不停地振動作用,打點計時器必然會產(chǎn)生向下轉(zhuǎn)動,甚至?xí)粼趯嶒炁_上;若換用電火花計時器也存在同樣的問題,它沒有墨粉盒的一端厚度達(dá)4.2 cm,又遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了燒瓶夾所能夾的最大厚度3.5 cm,又如何夾得住?這樣的實驗裝置與儀器的實際結(jié)構(gòu)、作用完全不一致,嚴(yán)重地影響了實驗的正常操作.

圖1

(2)所夾位置較大偏離了打點計時器的重心位置.教儀廠生產(chǎn)的電磁打點計時器(或電火花計時器)底座寬度只有7 cm,中間凸起,并安裝有電感線圈、磁鐵等其他配件,而打點計時器的重心位置約在其底座的幾何中心位置,底座周圍露出邊緣部分的寬度左右只有1.7 cm,上下約有1.7 cm,試管夾的寬度為2.6 cm,為了不影響實驗的正常操作,燒瓶夾只能選擇固定在打點計時器左下角的位置.固定位置極大地偏離了它的重心位置,燒瓶夾的寬度又遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過打點計時器底座露在邊緣的寬度,選擇遠(yuǎn)離其重心的固定位置、用來固定玻璃試管的固定器材,在實驗時打點計時器必然會發(fā)生向下轉(zhuǎn)動,又如何能起到牢固固定打點計時器、使打點計時器的位置在整個實驗過程中穩(wěn)定保持不變,確保紙帶和打點計時器在同一個豎直平面內(nèi)的作用呢?又如何保證在實驗中不損壞打點計時器呢?

2 改進方法

(1)將鐵夾臺放在實驗臺上,由鐵夾臺的底座面和所配的燒瓶夾共同固定打點計時器.如圖2所示,把打點計時器的底座豎直立起橫放在鐵夾臺的底座面上,使帶有接線柱的一側(cè)面緊貼鐵夾臺的底座面上,把鐵夾臺立柱上的垂直夾降低到合適的位置,用燒瓶夾夾住打點計時器的右上角,使其帶有限位孔的一端伸出臺面,兩個限位孔要上下對正,調(diào)整打點計時器的底座處于豎直狀態(tài).由于打點計時器受到鐵夾臺的底座面向上的支持力和燒瓶夾的穩(wěn)定的固定作用,打點計時器被牢固地固定在鐵夾臺的底座面上,完全符合此實驗的實驗要求.其他步驟跟教材的要求相同.這樣做,既能把打點計時器牢固地固定在鐵夾臺的底座面上,其底座與運動的紙帶保持在同一豎直平面內(nèi),同時,學(xué)生在實驗時也便于實際操作,符合儀器配件的實際結(jié)構(gòu)及其作用,更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生根據(jù)其具體實驗儀器靈活合理調(diào)整實驗方案的創(chuàng)新、合作精神,也避免了教師在教學(xué)時根據(jù)教材裝置因不便于實際操作出現(xiàn)的尷尬局面.同時,實驗時一方面要向?qū)W生強調(diào)說明教材做法不合理的原因,另一方面還要說明改進后的具體步驟,便于學(xué)生進行實驗,否則,就會引起學(xué)生思維地混亂,帶來不必要的麻煩!

(2)實驗時紙帶要舒展.一般中學(xué)實驗室使用的紙帶出廠時為了便于裝箱運輸,都是卷成圓形的盤在一起的紙帶卷,學(xué)生實驗時由于紙帶長期卷曲,直接放入打點計時器中摩擦力較大,而電磁打點計時器工作時受到的阻力要絕對小于2.49×10-2N,而且,打下的跡點也不清晰,因此,實驗前教師應(yīng)要求學(xué)生把分發(fā)的紙帶用手多捋幾遍,使紙帶由卷曲變得自然平展,以減小實驗時的摩擦阻力,使打下的“跡點”更加清晰,也避免了紙帶上“拖點”現(xiàn)象的出現(xiàn).同時,筆者也建議教儀廠生產(chǎn)紙帶時選用的材料紙不要過硬、過厚,應(yīng)選用材料較薄、質(zhì)地較軟、韌性較好的紙張,實驗效果會更加清晰明顯.

圖2

3 結(jié)束語

從上述對該實驗不足之處的分析探討中可看出:中學(xué)物理教材對各種實驗的編排、裝置設(shè)計應(yīng)符合大多數(shù)中學(xué)物理室儀器實際的結(jié)構(gòu)、性能,才能更有利于物理實驗教學(xué),否則,只能是“紙上談兵”,造成實際實驗教學(xué)中的混亂與不便!同時,此例也說明教材編寫與物理實際實驗儀器確實存在脫節(jié)之處,教材的某些實驗設(shè)計滯后于實驗儀器的改進與發(fā)展趨勢,建議教材編寫人員在編寫物理實驗內(nèi)容時,應(yīng)多深入基層學(xué)校、教儀研制院所進行調(diào)研,了解收集各種儀器的使用及改進情況,使新編教材實驗內(nèi)容的編寫與物理儀器的發(fā)展與時俱進,物理教材才更具有科學(xué)性和指導(dǎo)性,而現(xiàn)今進行的物理課程改革更應(yīng)如此,安排設(shè)計的實驗要與實際生活貼近,要考慮大多數(shù)學(xué)校的儀器配備實際,才更能實現(xiàn)課程改革的理念意圖.而該實驗的改進方法,即克服了原實驗儀器使用中的不足,完全符合一般中學(xué)物理實驗儀器的實際結(jié)構(gòu),又具有操作方便、方法可靠的優(yōu)點,經(jīng)筆者多年的實驗教學(xué)檢驗證明此方法確實是有效可行的!