几个物理实验的改进与创新

史硕阳

(淮阴中学 江苏 淮安 223002)

物理学是一门以观察和实验为基础的自然科学,实验教学是物理教学的重要组成部分.笔者在实验教学中，发现有些物理实验中还存在不足，通过研究，加以改进与创新.

1 平面镜成像实验的改进与创新

1.1 创意

探究平面镜成像特点的实验是初中物理重点实验，在教学过程和考试评价中一直受到高度关注；同时，它也是难点实验.难点在于如何确定物体在平面镜中成虚像的位置.如图1所示，通常是用玻璃板代替平面镜，采用“重合法”来确定虚像的位置.然而，这带来了许多不足.

(1)探究物距和像距的关系时，得出“像距和物距相等”的结论，存在系统误差[1].如图1所示，相同的蜡烛A和B，把蜡烛A放在玻璃板前面，让另一蜡烛B放在玻璃板后面缓慢移动.实验者在A的一侧观察到A在玻璃板上成的像与B重合.那么蜡烛B所在的位置，则可认为是A在镜中的像的位置.此时蜡烛B到玻璃板反射面的距离，即为物体A的像距.然而，实验中B与A的像重合并不是蜡烛B与A的像重合，而是人眼通过玻璃板看到蜡烛B的虚像与A蜡烛的虚像重合.由于折射，光线非垂直通过玻璃板时，蜡烛B的虚像发生了“移动”，因此存在系统误差.

图1

(2)即使在较暗的环境中，操作像的重合也有一定难度.原因是点燃的蜡烛A在玻璃板前、后表面分别反射形成的两个像(重影)，蜡烛成像中，火焰的亮度很大.但是蜡烛自身成像的亮度偏小，有时会看不清楚.

(3)用玻璃板代替平面镜做实验增加了教学的难度.蜡烛A在玻璃板上成像是光的反射现象，从A的一侧看到蜡烛B则是光的折射现象，用玻璃板来探究平面镜成像特点要综合应用光的反射和折射知识.而通常光的折射知识教学是在光的反射知识之后，因此，用玻璃板代替平面镜做实验有较大的教学难度.具体表现在，在实验方案设计时，学生很难想到用玻璃板代替平面镜.在实验过程中，理解实验的内涵和实验操作有一定难度.在练习和考试中，围绕该实验，有大量的题目，给学生带来了一定负担.

选用两个相同(较大)的矿泉水瓶和一个较窄小的平面镜来做实验，不仅能弥补上述实验的不足，而且使实验简单、明了，实验现象更加明显.

1.2 改进与创新过程

1.2.1 实验器材

如图2所示，平面镜(高10 cm，长40 cm，不带有镜框)，用以固定平面镜用的金属镜架，能使平面镜垂直于桌面，两瓶相同的矿泉水瓶(高25 cm，550 ml)，白纸，刻度尺，铅笔.

图2

1.2.2 实验操作过程

(1)在平面镜前放一个矿泉水瓶A，看一看，它的像是在镜前，还是在镜后？

(2)如图3所示，把另一个相同的矿泉水瓶B放在平面镜后并且前后、左右移动.从矿泉水瓶A的左侧和右侧观察.将矿泉水瓶A在镜中成的像与矿泉水瓶B未被平面镜遮住的部分整合.看起来，矿泉水瓶A在镜中成的像与矿泉水瓶B未被平面镜遮住的部分都组成了一个完整矿泉水瓶.此时矿泉水瓶B的位置就是矿泉水瓶A的像的位置.

图3

(3)如图3所示，改变观察视角.从平面镜的上方或下方，都可以观察到矿泉水瓶A在镜中成的像与矿泉水瓶B未被平面镜遮住的部分始终组成一个完整矿泉水瓶，从而说明平面镜成的像与物体大小相等.

(4)用铅笔在白纸上画出平面镜的位置.再描下矿泉水瓶A和矿泉水瓶B的位置，画出它们的连线，并用刻度尺分别测出两矿泉水瓶到镜面的距离.

(5)移动矿泉水瓶A，重复上述实验步骤多次.

1.2.3 注意点

由于视差，必须从矿泉水瓶A的左、右两侧观察.矿泉水瓶A在镜中成的像与矿泉水瓶B未被平面镜遮住的部分都组成一个完整矿泉水瓶，那么矿泉水瓶B的位置才是矿泉水瓶A的像的位置.

1.3 改进与创新后的优点

选用较大的矿泉水瓶和较窄小的平面镜来做实验.从镜前，实验者既可以看到矿泉水瓶A在镜中成的像；同时也能看到矿泉水瓶B未被平面镜遮住的部分.通过眼睛观察，将矿泉水瓶A在镜中成的像与矿泉水瓶B未被平面镜遮住的部分整合来确定虚像的位置，就消除了原实验方案中的系统误差.新方案是在明亮的环境中做实验，矿泉水瓶在平面镜中成像清晰并且重影大大减弱了，便于实验操作.新方案只包含光的反射，不涉及光的折射，降低了教学难度，学生容易接受和理解.

2 液体扩散实验的改进与创新

2.1 创意

液体扩散实验说明液体分子是运动的.该实验成功的关键在于“实验开始时，两种液体的分界面是否清晰”.常常在量筒中盛半杯清水，然后用长颈漏斗把蓝色硫酸铜溶液缓缓注入底部.实验要求开始时上面无色水与下面蓝色硫酸铜溶液的分界面要清晰，然而在实际操作中很难做到.原因较多，用长颈漏斗向水中加硫酸铜溶液时，由于漏斗管颈中会有空气，在加液时容易产生气泡；从漏斗中向下注入的硫酸铜溶液，遇到筒底后改变流向，不断向上冲击清水；在闭压提升漏斗时，如果闭压不严密，漏斗里的硫酸铜溶液就会随漏斗提升而流入筒内；取出长颈漏斗时，不能做到不搅动液体.这些都会破坏液体分界面的清晰度.

利用大气压能托住杯内液体，液体不会向下流动，上下液体不会流动，避免了上述因素破坏液体分界面清晰，从而能保证了液体分界面清晰.

2.2 改进与创新过程

2.2.1 实验器材

两只相同的圆形玻璃杯，硫酸铜溶液，纯净水，一张硬纸片，一个盘子.

2.2.2 实验操作过程

(1)把一只玻璃杯放在盘子中央；在杯中注满硫酸铜溶液.

(2)将另一玻璃杯注满纯净水；将比杯口略大的硬纸片轻轻盖在杯口上.

(3)如图4所示，一边用手轻压着硬纸片，一边慢慢将杯子倒过来，扣到另一杯口上，仔细地把两个杯口对齐.

图4

(4)一手握住两只玻璃杯，一手轻轻地抽掉中间的硬纸片.如图5所示.可以看到两种液体的分界面非常清晰，像刀切一样分明.

图5

2.2.3 注意

为了防止硫酸铜溶液产生絮状沉淀物而影响实验效果，采用纯净水或蒸馏水来配制硫酸铜溶液，并且在硫酸铜溶液中滴几滴稀硫酸，使之形成酸性硫酸铜溶液.

2.3 改进与创新后的优点

实验巧妙利用大气压，使上面杯中的水不会向下流动.上下液体不流动，从而保证了两种液面的清晰度.虽然两个杯口不可能完全密合，但是由于液体本身具有的表面张力，杯口之间的微小空隙会被填满，液体不会流出来，实验可保持较长时间.

3 磁悬浮实验的改进与创新

3.1 创意

磁悬浮技术是一种能带动众多高新技术发展，具有广泛前景的应用技术.模拟磁悬浮实验可让学生了解磁悬浮，关注高新技术的发展和培养学生学习物理的兴趣.通常用电磁来模拟，但实验条件要求较高.用永磁体来模拟，实验条件要求低，安全可靠.

3.2 改进与创新过程

3.2.1 实验器材

两个磁性较强的短小条形永磁体，透明塑料小桶( 可用针筒 ).

3.2.2 实验操作过程

(1)一手握住塑料小桶，将一个条形磁体竖直放入塑料小桶内.

图6

(2)如图6所示，调节另一条形磁体的磁极，使它的下端磁极与小桶内磁体的上端磁极为同名磁极，然后竖直放入小桶.可以看到上面的磁体悬浮在半空中.

3.3 改进与创新后的优点

这个实验利用永磁体同名磁极之间的排斥力来克服磁体受到的重力；再利用容器壁阻止磁体的侧移、跳开或者翻转过来吸在一起，从而达到平衡.实验装置取材容易，制作简单，现象明显，可以作为教师课堂演示实验，也可以作为学生课后兴趣实验.

4 带电体吸引轻小物体实验的改进与创新

4.1 创意

为了演示带电体有吸引轻小物体的性质,通常让摩擦过的带电体靠近碎小纸屑，纸屑受到吸引力飞向带电体.然而由于纸屑小，飞向带电体经历时间短，加之有时带电体带电量少，被吸起的纸屑少，导致实验可视时间短，实验现象不太明显.可以用易拉罐代替纸屑做实验，实验可视时间长，可视空间大，实验现象明显.

4.2 改进与创新过程

4.2.1 实验器材

橡胶棒，毛皮，易拉罐.

4.2.2 实验操作过程

(1)将空的易拉罐侧放在水平工作台上，处于静止状态.

(2)用橡胶棒与毛皮摩擦，使橡胶棒带电.

(3)如图7所示，将带电的橡胶棒靠近易拉罐，易拉罐受到吸引力会滚动.移动橡胶棒，并与易拉罐始终保持一定距离，易拉罐会越滚越快.

图7

4.3 改进与创新后的优点

用易拉罐代替纸屑，易拉罐体积大，可视性强.它的质量小，与台面间的滚动摩擦小，容易滚动，实验持续时间长，实验现象明显，给学生留下深刻印象.

通过改进与创新，使实验现象更加明显，取材容易，操作简单，提高了实验成功率，减小了实验误差.改进与创新过程不仅有助于培养学生观察能力、思维能力和动手能力，还有助于培养学生实事求是的科学态度和激发学生的创新思维.

参考文献

1 闫雪 .平面成像实验系统误差的消除 .物理教学探讨，2010 (5):57