潜谈中学物理实验的改进
常德市第七中学 陈泉锡
内容摘要：
实验是物理学科的基础，实验教学是物理教学中的重要内容，尤其是在新课改环境下，实验所起的作用越来越大，实验创新是物理教学不断发展的重要动力和组成部分，笔者在长期的物理教学和与同仁的探讨研究过程中，获得了一些改进中学物理实验教学的想法，在此与大家分享。
关键词：
实验改进、光源、光屏、光具座、透镜、光的色散、焦耳定律、楞次定律
引 言
创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。创新的关键在人才，人才靠教育。创新人才的培养，离不开创新教育，同时也是新课程标准实施的目的。实施创新教育的主渠道是学科教学，而不同学科都有不同的学科知识体系和特点，创新教育应结合进行。
物理是一门以实验为基础的自然科学，物理的创新教育自然离不开实验创新。笔者在长期的一线教学和与同仁的探讨中，总结一些实验教学创新的观点，希望能和大家分享。
正 文
一、对光学实验改进的几点想法。
光学实验在整个中学物理实验教学中所占的比重不大，但是每一个实验都十分重要。尤其是凸透镜成像规律、小孔成像、光电效应方面的实验。笔者主要探讨一下这些方面的内容和改进意见。
（一）、光源的改进。
在中学物理光学实验中，光源的使用是很频繁的，而目前所用光源一般有三种：蜡烛、激光光源、白炽灯泡。它们分别都有其特点，但是缺点也同样明显。
蜡烛在凸透镜成像规律和小孔成像实验中用得比较多，蜡烛的火焰比较弱、
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光线弱，同时火焰摇摆不定，在凸透镜成像规律的实验中，实验效果不是很明显，受外界光线影响比较大，甚至在明亮的教室中，基本上不可能完成小孔成像的实验。
激光光源光线强，光线路径比较集中，适合用在光的反射和折射实验中，但是却无法在光屏上形成清晰的像，故而不可能用来做凸透镜成像规律和小孔成像实验。
白炽灯泡光线太分散，在单位方向上光线太弱，也无法成清晰的像。 同时，上述光源还有一个共同的缺点，即没有标度和标尺，成像变大还是变小，变化多少都只能由肉眼估计得出，缺乏严谨性。因此光源需要改进。 改进方法是使用发光二极管，在一个平面发光体上设置发光二极管，组成F形状或者L形状的发光字母，横线和竖线用红绿两色发光二极管区别，并在发光体所在平面上设置网格标度。
实践证明，此种光源成像十分清晰，在小孔成像实验中，该光源在教室明亮的光照环境下，仍然能成十分清晰的像，其像上下倒立、左右反向，能帮助学生直观的理解小孔成像的特点。
在验证凸透镜成像规律实验中，此光源成像的位置始终固定在透镜的主光轴上，不会受风的影响而晃动或改变大小，避免了由于蜡烛燃烧变短、烛焰晃动等因素给实验带来的不利影响，使光屏上所形成的像更加清晰、稳定，从而减小了实验误差。使用蜡烛时，烛焰所成的像可以使学生非常直观地得出蜡烛成上下倒立的实像，但却不能观察所成的像也是左右相反的特点。由于该光源为F或L形，从光屏上所成的像可以直观地观察到，像的左右也是相反的，这样在实验的过程中就能纠正学生那种片面地认识，即凸透镜成实像时只是上下倒立的错误观点，全面地体现了“倒立”的全部内涵。这是使用蜡烛作为光源时不能直接观察到的。
（二）、光的色散的改进
光的色散实验证明了白光是复色光，是由红，橙，黄，绿，蓝，靛，紫七种色光组合而成的。为学生进一步了解太阳光谱以及色光三原色奠定了基础。
此实验将受到众多因素的制约，可操作性较差。例如，该法在阴雨天无法进行；为了有较好效果，实验应在暗室进行，这就受到地理位置的限制了；此外，由于入射光线是从窗外引入，若要全班同学在座位上就能看到太阳光谱，操作就更为复杂了。
改进方法是用照相用灯或新闻灯代替太阳光。实践证明，新闻灯发出的白光经三棱镜色散后，形成的七色光带在天花板上十分明显。不受任何光照条件和其它环境的制约。
（三）、光屏的改进。
目前，中学光学实验选用的光屏一般为毛玻璃或白色塑料板，无论哪一种，
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在教室内明亮的光照环境下，都会受较大的影响。
笔者选用了亚光的不透明硬质纸板作为光屏，同时，在硬纸板上刻画出与发光体平面相同尺寸的网格，作为判断像大小的标度。这样的光屏成像清晰，比原有光屏的成像效果要好很多，还能直观的比较成像大小，像与物的具体放缩比例。便于我们研究各种成实像的实验中的成像特点。
（四）、光具座的改进。
传统光具座有个缺点，光具座上的标尺刻度从左到右由零开始一直增加到100cm，这给学生在物距和像距的读数上带来一定的难度。
笔者认为，在原刻度的40cm处标为零刻度，然后向左和向右同时增加，左边一直到40cm，右边一直到60cm。在做凸透镜成像规律时，凸透镜固定在零刻度处不动，左端放光源，右端放光屏，这样，就很容易读出物距和像距。加之光源和光屏上标上了表格状的刻度，就很容易探究物距像距和成像大小的关系。
（五）、透镜的改进。
原有凸透镜实验在实验前，必须自己在阳光下或平行光源下估算凸透镜的焦距，而这并不是很容易实现。收天气和环境的影响太大。同时也仅仅是个估算值，不利于学生进行科学的论证和分析。
笔者推荐做成一个透镜盘。其形状为一圆盘，圆盘四周固定上各种不同型号的凸透镜、凹透镜和小孔成像实验中用的小孔，其中至少应该包括凸透镜（5cm）、凸透镜（10cm）、凹透镜、一个小孔、两个小孔。透镜的焦距直接标在相应的位置。该圆盘的中轴固定在光具座上，实验者可自己旋转圆盘，选择合适的透镜，将之转到光具座上合适的位置。
这样，实验者可很容易确定凸透镜的焦距，同时可以比较不同焦距的凸透镜对实验影响的不同。更重要的是，它能帮助学生直观的理解小孔成像的特点，一个小孔和两个小孔有什么不同，让学生得出清晰的认识，加深学生的印象。
二、对热学实验改进的几点想法。 (一)、对焦耳定律的改进。
“焦耳定律实验”，在教材中非常重要的验证性演示实验,其常规实验装置主要部分是放置了不同阻值电阻的2个充满煤油的烧瓶。将2个电阻串联通电一段时间后,煤油吸引部分电热发生体积膨胀,通过插在密闭烧瓶中的细玻璃管中的液面差异说明电热的多少。但是作为演示实验,该装置仍然比较复杂,而且密闭要求高,否则煤油会从胶塞渗出。
该实验过程主要还是要通过控制变量法体现出热量的不同，教材中是用电阻
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加热煤油，然后用温度计测量煤油的温度，这个实验还存在三点不足：一是在说明电流越大产生的热量越多的原理时,要分两次实验进行,这要求两只玻璃管的液柱降到原来的高度后才能改变电流做第二次实验。事实上烧瓶中的煤油加热容易,降温难,需很长时间,液柱才能回到原来的高度；二是短时间内煤油膨胀差异不大,演示效果差；三是加热时间长,学生注意力容易分散,并且不能连续重复演示,不利于组织课堂教学。
有两种改进方法。
一是把不同阻值的电阻丝直接绕在温度计的玻璃泡上，在进行实践的过程中感觉到，这样改进后，实验时间要缩短很多，同时实验现象也十分明显。 二是用气体压强变化来反映温度的变化，具体做法是把两端电阻分别密封在密闭容器内，密闭容器连接上压强计用以测量容器内气体压强，通过容器内气体压强变化，可直观反映电阻放热多少。实践证明，这种实验的效果相当好，几乎在通电的同时，密闭容器内压强就有明显的变化，实验效果相当直观，具有很强的对比度。
（二）、对气体沸腾实验的改进。
原有气体沸腾实验，能体现出沸腾的特点和条件，但却未体现出压强与沸点的关系。
笔者曾在做完教材上要求的沸腾实验之后，把注射器通过橡胶管和活塞连接在试管，利用注射器改变试管内的气压，达到了改变液体沸点的目的，并让学生猜测、探究，液体沸点与什么有关。
气压降低导致沸点降低的效果很明显，沸点能够降到30摄氏度左右。气压升高后，沸点升高也很明显，接近115摄氏度左右。气压的升降导致沸点的升降十分明显。“开水不烫手”与常识反差大，符合学生对知识的认知过程。同时该实验安全性高。通过注射针筒自制的泄压阀能够稳定瓶内的气压，保证实验安全进行。实践证明，这样做效果较好，让学生直观的理解了液体沸点与气压的关系。
三、对楞次定律实验改进的几点想法。
人教版普通高中课程标准实验教科书物理《选修3-2》中的电磁感应这一章是高中电磁学中的重点也是学习的难点。它既与前面学习的电场、磁场、恒定电流有密切联系，又是学习交变电流、电磁波的基础。因此很好的演示电磁感应现象是学好这部分内容的起点。而在此基础上判断感应电流的方向更是学习的难点。因此如何通过实验演示感应电流方向也成了理解楞次定律这节内容的关键。
教材在楞次定律实验中，是通过电流表指针的偏转来判断电流的产生和方向。而此实验产生的电流小，持续时间短，电流表指针偏转可见度不大，演示效果差。很难使全班学生都观察到明显的实验现象。
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改进方法可用发光二极管来代替电流表显示电流的产生和方向。二极管对电流强度要求较小，现象却明显，同时用红绿两色二极管可极好的反映电流的方向。
实践证明，改进后的实验现象比以前的演示实验更明显和直观。解决了在课堂上演示不明显的问题，而且使学生对电磁感应现象有很好的感性认识。从而为进一步学习打下基础。
结 束 语
总之，充分开发物理实验功能，为学生“创造性的学”创造环境和条件，是每一个物理教师的责任。转变教学观念，充分利用趣味实验，改进实验教学方法，对学生能力的培养和知识的传授有着重要的意义。只要条件允许，能够用实验说明问题的决不能用嘴说说了事，也不能用计算机多媒体的虚拟实验代替学生分组实验。要充分利用身边的实验条件来完成教材中的实验，这方面，我们物理教育工作者还有很长的路要走。我相信，在这条路上，我们很充实并且幸福。
参考文献：
[1] 南京师范大学教育系编：《教育学》，人民教育出版社， [2] 袁振国主编：《当代教育学》，教育科学出版社，2004年版.[3] 杨泽丽.加强实验室安全管理创造良好实验环境.实验室科学.2008.06.[4] 顾明文.重视实验室安全管理工作.实验研究与探索。2000.3.
