高中物理实验教具创新三例

摘要：物理是一门以实验为基础的自然学科，每一个物理原理、定律都需有实验依据作为支撑。实验教具对于实验教学效果有着举足轻重的作用。选取平抛斜抛仪、向心力探究仪、声速测量仪三个教具创新案例，阐述相关实验原理、实验器材、实验步骤和教学应用。

关键词：高中物理;实验;教具;创新

物理是一门以实验为基础的自然学科，每一个物理原理、定律都需有实验依据作为支撑。实验教具对于实验教学效果有着举足轻重的作用。笔者近几年一直跟踪研究我校开设的国际物理课程（使用ALevel教材）课堂，从中发现一些创新实验教具能有效提升实验的可视化和可操作性。以下分享三例。

一、平抛斜抛仪的制作与运用

平抛运动实验是高中物理一个非常重要的实验，国内实验室也有各种各样的实验装置，但操作起来大多有一个缺点：由于平抛运动发生时间很短，就算采用频闪照片技术也只能拍摄几个不同的瞬间。使平抛运动现象稳定地、长时间地显示在学生面前，提升实验的可视化程度，并且易于测量，是创新开发实验教具平抛斜抛仪的初衷。

（一）实验原理

平抛运动可以分解为竖直方向的自由落体运动和水平方向的匀速直线运动，所以从起始点开始水平方向相同的位移所用时间相等，竖直方向在相等的时间间隔内位移之比为1∶3∶5∶7…。测出相等时间间隔内竖直方向的位移（线的长度）之比，就能对上述结论进行验证，还可以根据测出的数据算出平抛运动的初速度。

（二）实验器材

整套吊瓶装置（如图1，包括针头）、规则长木条（等间距地标上一些刻度线）、细线若干、小铁环、透明胶布、铁夹。

（三）实验步骤

1.如图2所示，用胶布将针头固定在长木板上，使针头前端与长木板上某条刻度线对齐。

2.用软管把A、C连接起来，调节长木条高度，保持木条水平，使针头出水水流合适（水流大小便于观察且整个下落过程不会分叉），用铁架台固定长木条。可以在长木条后面放置白色背景，用红色的水来做实验，效果更明显。如图3所示，平抛运动的轨迹就能清晰地显示出来。

3.在每一条刻度线处挂上下端系着铁环的线圈，调整线圈长度，使水流可以正好通过下端铁环，此时用铁夹在长木条上固定住线圈的位置。

（四）教学运用

可借助平抛斜抛仪研究如下问题：（1）测出平抛运动下落的竖直高度，验证相同时间位移的比值;（2）求出水流的射出速度。

还可以引导学生拓展研究：保持针头位置不变，把长木条向上或者向下倾斜一定角度，变成斜抛运动（如图4），我们会惊奇地发现水流还会穿过原先固定住的那些铁圈，这是为什么？进一步激发学生对斜抛运动的研究兴趣。

二、向心力探究仪的制作与运用

匀速圆周运动是非常重要的高中物理知识。多数常规教学中，基本是以视频形式呈现匀速圆周运动。让学生自己去体验甚至动手设计一个匀速圆周运动，并通过测量工具去探究，以增强学生的动手设计能力，把学到的知识转化为具体的应用能力，是创新开发实验教具向心力探究仪的主要目的。

（一）实验原理

利用一根一端開口、另一端封闭的管子，通过调节空气柱长度，使入射声波和被封闭端反射的反射声波叠加干涉形成驻波，发生共振，如图9所示，在封闭端总是波节，而开口端总是出现波腹。测出L，再考虑到管口修正值，可求出λ和v。

（二）实验器材

玩具射水枪（长度不小于40 cm，内径3 cm左右）、可连入计算机的扬声器或者音箱、计算机（事先安装好音频发生器软件，如Audacity，用于发出不同频率的声波）、刻度尺。

（三）实验步骤

1.锯掉射水枪前面的喷水口，使活塞可以在管内自由滑动以改变空气柱长度，按照图10组装好实验装置。

2.将扬声器箱接到电脑上，打开软件，点击“制作”，选择“单声调”，出现如图11所示对话框，在“频率”中输入人耳听觉范围（20 Hz—20 KHz）内的任意频率，输入“时间长度”，点击“”按钮，扬声器就会发出该频率的声音。

3.先从管口逐渐朝里移动活塞，用耳朵在管口处听声音。第一次听到声音变响时，反复通过拉杆微调活塞位置，直到听到的声音最响。用刻度尺测出此时活塞距离管口的长度。反复做3次，求出平均值。

4.改变单音调发生器频率，重复上面的操作，再做5次，得到5个不同频率时对应的长度平均值，求出声音在空气中传播的速度。

（四）教学运用

声速测量仪不仅可以用来测量声音的传播速度，还可以作为学生课后拓展实验的有力工具，让学生利用所学知识，通过合理的设计初步去解决一些（如：实际问题利用声音震碎玻璃杯，发现玻璃杯的固有频率;自主设计方案测出声音在水中、固体中的传播速度;等等），使学生对科学技术就是第一生产力有更深的体会。

参考文献：

[1] 张为宏.巧用“玩具水枪”测声速[J].物理通报，2012（4）.

[2] 张为宏.自制教具让课堂教学充满创造力[J].教学与管理，2012（31）.

[3] 张为宏，张飞翔.有效开发课本实验资源——“用圆锥摆粗略验证向心力的表达式”实验的再开发[J].教学月刊·中学版（教学参考），2014（4）.