王 翚

(河南科技大學物理工程學院，河南 洛陽 471023)

物理實驗

便攜式物理演示實驗的開發(fā)、制作及其應(yīng)用

王 翚

(河南科技大學物理工程學院，河南 洛陽 471023)

本文以力學、振動與波、熱學、電磁學、光學等5部分中的15個實驗為例，說明如何開發(fā)、制作便攜式物理演示實驗裝置，并展示它們在課堂教學中的應(yīng)用。這些物理演示實驗取材于生活，制作簡單，易于攜帶，便于推廣；既能夠在課堂上現(xiàn)場展示，也可以讓學生自己動手制作，部分實驗還可以讓學生編寫程序?qū)ζ溥M行模擬，從而滿足不同層次的教學需求。開發(fā)、制作能夠帶入課堂進行展示的物理演示實驗，既能有效地提升課堂教學效果，也能激發(fā)學生的求知欲，提高學生的實驗素養(yǎng)。

物理演示實驗；便攜；物理教育

好奇心是學習的源動力，快樂是學習的支撐點。教師需要從教學中尋找快樂，才能更深入地投入到教學中，并將快樂傳遞給學生，達到相得益彰、教學相長的效果。演示物理實驗恰恰能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的效果。

物理演示實驗以其直觀性、趣味性一直深受廣大師生的歡迎[1-3]。很多高校都建有演示物理實驗室，對教學起到了良好的促進作用；但部分儀器體積偏大，不易移動，無法在理論課的課堂上進行現(xiàn)場演示，因此教師只能退而求其次，在課堂上播放相應(yīng)的視頻資料?，F(xiàn)在已經(jīng)進入互聯(lián)網(wǎng)時代，學生可以搜索到大量的趣味物理實驗視頻。如果教師還是僅僅在課堂上播放視頻資料，就很難激發(fā)起學生的興趣。如果能將演示物理實驗帶入課堂，直接在學生們面前進行展示，讓學生進行參與、互動，不僅能夠彌補以上缺陷，更能夠帶來直接的視覺、聽覺和觸覺感受，從而過目不忘。在這一過程中，學生得到了樂趣，增長了信心，掌握了知識，受到極大的鼓舞[4-6]。

我們使用生活中常見的物品對演示物理實驗裝置進行改良，使其小型化、便攜化、趣味化。我們從力學、振動與波、熱學、電磁學、光學[7]等5部分中選取了15個具有一定特點的實驗，以它們?yōu)槔f明如何根據(jù)知識點設(shè)計演示實驗，如何利用生活中常見的物品制作實驗裝置，如何利用它們在課堂教學中激發(fā)學生興趣、喚醒學生的求知欲、并讓學生掌握相關(guān)知識。

1 力學演示實驗

(1)

圖1 使用彈簧、鐵絲和磁鐵制作的“轉(zhuǎn)動慣量”演示實驗改變鐵絲質(zhì)量分布，從而改變其轉(zhuǎn)動慣量，使得扭轉(zhuǎn)振動和豎直振動發(fā)生共振

其中，kc表征耦合強度；z為振子沿豎直方向的位移；θ為振子的角位移。如圖1所示，在彈簧的底端吸附小磁鐵，并將鐵絲從磁鐵中穿過。通過改變磁鐵的個數(shù)，可以改變振子的質(zhì)量，通過改變鐵絲的質(zhì)量分布，可以改變振子的轉(zhuǎn)動慣量。質(zhì)量分布越靠近轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)動慣量越小。彎折鐵絲可以使扭轉(zhuǎn)振動頻率ω2增大，但振子總質(zhì)量不變，因此豎直方向的振動頻率ω1不變。這說明在保持質(zhì)量不變的前提下，改變質(zhì)量分布，可以改變剛體的轉(zhuǎn)動慣量。通過調(diào)節(jié)鐵絲的質(zhì)量分布，改變磁鐵的個數(shù)，可以使得ω1與ω2非常接近。此時，豎直振動和扭轉(zhuǎn)振動發(fā)生共振，扭轉(zhuǎn)振動的振幅出現(xiàn)周期性的增大和減小。因此，利用同一個實驗裝置，既能夠演示質(zhì)量對豎直振動頻率ω1的影響，也可以演示轉(zhuǎn)動慣量對扭轉(zhuǎn)振動頻率ω2的作用，還能夠展示兩者之間的共振，有利于學生將熟知的質(zhì)量和陌生的轉(zhuǎn)動慣量進行對比學習。

圖2 使用搟面杖、透明膠和繩子制作的“力矩方向”演示實驗搟面杖放置在水平桌面上，拉動繩子： (a) 搟面杖逆時針轉(zhuǎn)動； (b) 搟面杖不轉(zhuǎn)動，向右平動； (c) 搟面杖順時針轉(zhuǎn)動； (d) 實驗裝置示意圖，其中O點為外側(cè)圓柱與地面接觸點

力矩的方向涉及兩個矢量的叉乘，是大學物理教學中的難點。開門和關(guān)門是生活中最常見的與力矩有關(guān)的現(xiàn)象之一：力矩的方向不同，門的轉(zhuǎn)動方向不同。但是，開關(guān)門的現(xiàn)象太普通，難以激發(fā)起學生的好奇心。圖2是利用搟面杖、透明膠和繩子制作的演示實驗裝置，可以非常生動地展示力矩方向的重要性。將兩卷透明膠分別插入搟面杖的兩端，將繩子纏繞在搟面杖中間。兩卷透明膠與地面交點的連線相當于“門軸”，搟面杖相當于“門”，繩子的方向則相當于“門的受力方向”。如圖2(a)、(b)、(c)所示，當繩子豎直向上時，搟面杖逆時針轉(zhuǎn)動；當繩子的延長線通過瞬時轉(zhuǎn)軸時，搟面杖只發(fā)生平動；當繩子與地面平行時，搟面杖順時針轉(zhuǎn)動。圖2(d)為以上3種情況的示意圖，當繩子的延長線通過外圈圓柱與地面接觸點O時，繩子的作用力對O點的力矩為零(灰色)；其他兩種情況下，繩子的作用力對O點的力矩方向相反(白色和黑色)。在課堂上演示這個實驗時，先向?qū)W生提問：如果拉動繩子，搟面杖向哪個方向運動？學生們通常會認為搟面杖只能向左或者向右運動。然后再向?qū)W生展示圖2中的3種狀態(tài)，從而引發(fā)學生思考，最終找出其中的物理原理。

圖3 利用撲克牌展示剛體的角動量和進動

角動量是剛體力學中非常重要的概念，有很多的應(yīng)用實例。子彈繞對稱軸高速旋轉(zhuǎn)是最常用的例子之一，但這個例子只能通過高速攝影機拍攝的視頻進行展示，無法在課堂上進行現(xiàn)場演示。使用撲克牌則可以彌補這一缺陷。如圖3所示，手持撲克牌的一角，快速轉(zhuǎn)動手腕，將撲克牌拋出。如果撲克牌的角動量方向與質(zhì)心的初速度方向垂直，則撲克牌可以飛出十幾米遠。撲克牌在飛行過程中，如果速度方向不再與角動量方向垂直，角動量的方向則會繞速度方向旋轉(zhuǎn)，發(fā)生進動。子彈在飛行過程中，也伴隨著高速旋轉(zhuǎn)。但是子彈的初速度方向與其角動量方向平行，而撲克牌的初速度方向與其角動量垂直。除了用手來拋擲撲克牌，還可以使用彈弓來發(fā)射撲克牌，得到更大的角動量。這個實驗既能展示角動量對撲克牌飛行的穩(wěn)定作用，也能展示無自轉(zhuǎn)時撲克牌快速掉落的過程。兩者對比，效果非常明顯，比單純展示子彈的視頻更具有說服力。此實驗具有很好的參與性，可以給每個學生發(fā)一張牌進行練習，并進行比賽，讓學生在其中體會到力矩和角動量的特性。

2 振動與波演示實驗

下面以3個演示實驗為例，說明拍、一維駐波和二維駐波的特征。拍是由振動方向相同、頻率相近、振幅相近的兩個振動相互疊加形成的一種物理現(xiàn)象。關(guān)于這一現(xiàn)象最常見的例子是音叉。雖然音叉容易攜帶，可以在課堂上直接演示，但是離開課堂后學生通常無法接觸到音叉，也就無法重復(fù)相關(guān)實驗?？谇賱t克服了這一困難。如圖4所示，單音口琴一共4個孔，可以發(fā)出8個音(吹、吸)，每個音只對應(yīng)一個簧片的振動。因此，吹奏單音口琴的某一個音時，其振幅基本恒定。復(fù)音口琴則不同，每個音對應(yīng)上下兩個簧片的振動，并且兩個簧片的振動頻率非常接近。吹奏復(fù)音口琴時，可以非常清晰地聽到聲音忽大忽小的現(xiàn)象，不同音調(diào)對應(yīng)的拍頻也不相同。課堂上，可以先讓學生們辨別單音口琴和復(fù)音口琴音效的區(qū)別，隨后引導(dǎo)學生找出兩種口琴在構(gòu)造上的差異，并用振動方向相同、頻率相近、振幅相近的兩個振動的疊加來對實驗現(xiàn)象進行解釋。

圖4 使用復(fù)音口琴演示拍頻與單音口琴不同，復(fù)音口琴的一個音對應(yīng)上下兩個簧片，它們的頻率略有差異，吹奏時能夠聽到拍頻

駐波是普通物理學中非常重要的概念，對理解量子力學的內(nèi)容也有一定幫助。對于兩端均為固定或者自由邊界條件的一維駐波而言，其振動頻率ν滿足如下關(guān)系(忽略管口修正)：

(2)

圖5 使用可伸縮軟管演示一維駐波的頻率壓縮(a)； 拉伸(b)； 旋轉(zhuǎn)(c)軟管，可以產(chǎn)生不同頻率的駐波

其中，n是正整數(shù)；u是波速；L是駐波所處一維空間的長度。在課堂上通常使用繩波或者彈簧來演示一維駐波。這種方式雖然能看到波形，但聽不到振動頻率。在科技館中經(jīng)?？梢钥吹接瞄L短不一的空心管。當耳朵貼在管道端口時，可以聽到不同的音調(diào)。日常生活中使用的塑料下水管道(見圖5)與科技館中的展品非常相似，并且可以通過伸縮來改變長度。將管道從最短的狀態(tài)一節(jié)一節(jié)的拉伸，其發(fā)出的聲音頻率逐漸降低。這與方程(2)所給出的規(guī)律是一致的：管道中駐波的頻率ν隨著管道長度L的增大而降低。如果管道一節(jié)一節(jié)的收縮，管道中所發(fā)出聲音的頻率則不斷增高。這與學生在開水房打水時聽到的暖水瓶中的音效非常相似，因此立即就引起學生的興趣。除了改變L，還可以通過改變n來改變駐波頻率ν。如圖5(c)所示，手握管道一端使其旋轉(zhuǎn)。隨著旋轉(zhuǎn)頻率的增加，管道中能發(fā)出不同頻率的聲音：轉(zhuǎn)動頻率越高，所發(fā)出的聲音頻率也越高。

圖6 利用雙耳平底鍋演示駐波(a) 雙耳平底鍋； (b) 雙手摩擦鍋耳，水花四濺； (c) 二維圓形薄板的本征振動模式

二維駐波最著名的例子是克拉尼圖形和中國古代的魚洗[13]。克拉尼圖形實驗需要振源、平板、沙子等材料，裝置相對比較復(fù)雜，并且只能觀察到波節(jié)，無法確定波腹的準確位置。魚洗需要專門制作的敞口平底盆來演示，不易攜帶和推廣。如果可以使用家中做飯的鍋代替魚洗，學生則會覺得非常驚奇，也會主動嘗試這一實驗。如圖6所示，將雙耳平底鍋裝滿水，然后用雙手摩擦雙耳部位，水花四濺，同時還聽到相應(yīng)的振動頻率。我們將xy平面等效為均勻分布的離散質(zhì)點，最近鄰質(zhì)點之間有彈簧相連。借助于力常數(shù)方法[10-12]，我們得到了振動的本征方程：

(3)

其中，mk代表第k個質(zhì)點的質(zhì)量；uz(k)代表第k個質(zhì)點沿z方向的位移；K(k,k′)代表第k個質(zhì)點與第k′個質(zhì)點間的力常數(shù)。通過求解方程(3)的特征值和特征向量，我們得到了相應(yīng)的振動模式，如圖6(c)所示。雖然圖6(c)與圖6(b)中水面所展示出的現(xiàn)象非常相似，但它們并不相同。雙耳平底鍋中的水花，是由于側(cè)壁振動導(dǎo)致的，并不是在水的表面形成了二維駐波[13]；而圖6(c)所展示的是二維圓形薄板在自由邊界條件下的本征振動模式。

3 熱學演示實驗

下面介紹熱力學第一定律、絕熱膨脹和熱機對應(yīng)的便攜物理演示實驗。熱力學第一定律是能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律，相應(yīng)的例子很多。但是，如何利用日常生活中的物品做出令學生覺得新鮮有趣的演示實驗，并非易事。圖7(a)和(b)是使用普通橡皮筋展示熱力學第一定律的演示實驗?？焖倮煜鹌そ?，然后立刻將橡皮筋的中部與下巴接觸，能明顯感覺到橡皮筋升溫。這是因為外力對橡皮筋做正功，橡皮筋內(nèi)能增加。與之相反，快速收縮橡皮筋，外界對橡皮筋做負功，橡皮筋內(nèi)能降低，溫度下降。這一現(xiàn)象與氣體絕熱膨脹和壓縮導(dǎo)致的溫度變化正好相反：理想氣體絕熱膨脹，溫度下降；絕熱壓縮，溫度升高。以此為切入點，引導(dǎo)學生找出橡皮筋與氣體之間的差異，從而利用熱力學第一原理解釋相關(guān)現(xiàn)象。

圖7 利用橡皮筋演示熱力學第一定律((a)和(b))；利用礦泉水瓶演示絕熱膨脹((c)和(d))

與等溫、等壓和等容過程的物態(tài)方程相比，絕熱過程的物態(tài)方程比較復(fù)雜。如果能夠找到一個實驗，讓學生自己制造一個絕熱過程，則會增大學生的學習動力。如圖7(c)所示，在550ml的普通礦泉水瓶中注入少量水，然后擰緊瓶蓋，并進行搖晃。隨后左右手反向旋轉(zhuǎn)，將礦泉水瓶的中部擰成麻花狀(圖7(d))。此時，瓶中的空氣體積減小，壓強增大。隨后，用大拇指快速撥開瓶蓋。瓶內(nèi)空氣快速膨脹，溫度降低，水蒸氣凝結(jié)，于是從瓶口升起一股白煙。最后的膨脹過程持續(xù)時間很短，因此可以近似認為是絕熱膨脹過程。利用這個實驗，可以非常生動地向?qū)W生展示絕熱膨脹導(dǎo)致氣體溫度降低。

熱機的循環(huán)過程是對物態(tài)方程的綜合利用，非常有利于提高學生將理論知識應(yīng)用于實際問題的分析能力。圖8是一種簡易的外燃機，只使用了玻璃注射器、銅絲和噴槍。其工作介質(zhì)只與外界交換熱量，不與外界進行物質(zhì)交換，便于從理論上分析其循環(huán)過程[14-16]。首先，利用噴槍將玻璃注射器外筒頂端熔化，封閉。然后在注射器中放入一小團銅絲，其直徑略小于注射器外筒內(nèi)徑，以便銅絲可以在注射器內(nèi)靈活移動。接著，將注射器的玻璃活塞放入外筒內(nèi)，手握注射器玻璃活塞尾部，使注射器尾部略微抬起。最后，用噴槍加熱注射器前端，同時用手向后撥動注射器外筒，于是注射器外筒就會往復(fù)運動起來。

在循環(huán)過程中，銅絲將氣體分為兩部分：注射器前部的高溫區(qū)(T1)和尾部的低溫區(qū)(T2)。如果銅絲位于注射器的尾端，氣體與溫度為T1的高溫熱源接觸。當銅絲運動至注射器前端時，氣體被擠壓至注射器尾端，使其與溫度為T2的低溫熱源接觸。氣體溫度降低，壓強下降(可近似為等容降溫過程)。隨后，注射器外筒帶動銅絲向玻璃活塞運動，針筒內(nèi)氣體體積減小(可近似為絕熱收縮過程)。當銅絲運動至注射器尾端時，氣體被擠壓至注射器前端，使其與溫度為T1的高溫熱源接觸。氣體溫度升高，壓強增大(可近似為等容升溫過程)。于是注射器外筒遠離玻璃活塞，針筒內(nèi)氣體體積增大(可近似為絕熱膨脹過程)。這是一個制作非常簡單的熱機，其循環(huán)過程可以簡化為兩個等容過程和兩個等溫過程，對于學生掌握理想氣體的物態(tài)方程和熱機效率有很大幫助。

4 電磁學演示實驗

圖9 (a) 磁鐵之間的排斥、吸引作用； (b) 利用球狀指南針演示電流的磁效應(yīng)； (c) 利用電池、磁鐵和銅線制作的電動機，銅線轉(zhuǎn)動； (d) 利用電池、磁鐵、螺絲釘和銅線制作的電動機，磁鐵和螺絲釘一同轉(zhuǎn)動

電磁學在日常生活中有著非常重要的應(yīng)用。圖9中的3個實驗分別涉及磁場、電流的磁效應(yīng)和安培力3個知識點。眾所周知，兩個磁鐵之間可以相互吸引，也可以相互排斥，相互作用力的大小隨距離的增大而減小。利用這一特性，可以制作出圖9(a)中的實驗裝置：磁球(左側(cè))和圓柱磁鐵(右側(cè))放置在水平桌面上，增大它們之間的距離r時，兩者表現(xiàn)為引力；減小它們之間的距離時，兩者表現(xiàn)為斥力。因此，兩個磁鐵之間存在平衡距離r0，此時兩個磁鐵在水平方向上的相互作用力為零。其原理的定性描述比較簡單：磁球與小半徑圓柱磁鐵為排斥力，與大半徑圓柱磁鐵為吸引力。當r>r0時，磁球與大半徑圓柱磁鐵的吸引力大于與小半徑圓柱磁鐵的排斥力，所以兩者相互吸引；當r

圖9(b)為電流磁效應(yīng)演示裝置。此類演示儀器通常使用封裝在扁平圓柱體內(nèi)的磁針。這時磁針只能在垂直于轉(zhuǎn)軸的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，限制了其探測外磁場的范圍。如果換成如圖9(b)所示的球狀磁針，則可以克服這一缺陷。將球狀指南針放在礦泉水瓶口，隨著導(dǎo)線位置的變化，磁針可以向任意方向轉(zhuǎn)動，這樣能夠更好地說明導(dǎo)線附近磁場的方向。

安培力的產(chǎn)生需要3個要素：導(dǎo)線、電流和磁場。因此，利用銅導(dǎo)線、電池和釹鐵硼強磁鐵就可以制作出如圖9(c)所示的電動機。將磁鐵吸附于干電池的負極，放置在水平桌面上。用十字螺絲刀在電池的陽極頂端壓出一個小坑，將銅導(dǎo)線的一端放在小坑內(nèi)，然后使銅導(dǎo)線自然下垂，另一端則會接觸磁鐵，從而構(gòu)成閉合回路。當有電流通過銅導(dǎo)線時，就會有安培力作用在導(dǎo)線上，從而使銅導(dǎo)線旋轉(zhuǎn)起來。由于短路電流過大，銅導(dǎo)線的底端會被拋起，離開磁鐵，電路斷開，安培力消失。隨后，導(dǎo)線底端在重力的作用下下落，再次接觸磁鐵，電路導(dǎo)通，再次被拋起。因此，這是一個脈沖電流驅(qū)動的電動機。圖9(d)與圖9(c)的原理相同，也是利用安培力制作的電動機。在圖9(d)的底端，磁鐵吸附在一個長約3cm的螺絲釘上，螺絲釘則吸附在電池的負極上。導(dǎo)線的上端與電池的陽極接觸，下端則與磁鐵的外沿接觸，從而構(gòu)成閉合回路。此時，通過磁鐵內(nèi)部的電流受到安培力，磁鐵和螺絲釘便開始旋轉(zhuǎn)。

5 光學演示實驗

下面通過液晶顯示器、激光器、深色玻璃和鋼尺來展示偏振光和光柵衍射的內(nèi)容。電腦的液晶顯示屏是采用背光照明，并使用了兩個透光方向相互垂直的偏振片，最終出射的是線偏振光。如圖10(a)所示，在一臺筆記本電腦的屏幕前加入一個偏振片，被偏振片覆蓋部分的光強與周圍其他部分相比，并沒有減弱；將偏振片旋轉(zhuǎn)45°，被偏振片覆蓋的區(qū)域明顯變暗(圖10(b))；將偏振片旋轉(zhuǎn)90°，則被偏振片覆蓋區(qū)域出現(xiàn)消光現(xiàn)象(圖10(c))。這與馬呂斯定律I=I0cos(θ)2是一致的。

圖10 液晶顯示器偏振演示實驗(a)～(c) 筆記本電腦顯示的圖像隨偏振片角度的改變; (d)～(f) 獨立顯示器的顯示效果隨偏振片的角度而發(fā)生改變

上面只是被動地利用了液晶顯示器的偏振特性，下面來展示主動改造液晶顯示器的效果。拆開一臺液晶顯示器的外殼，將其上表面粘貼的偏振片移除，得到一個只顯示白光的顯示器(圖10(a)右側(cè))。在顯示器和觀測者之間加入偏振片后，這個經(jīng)過改造的液晶顯示器就可以正常顯示圖像(圖10(d)右側(cè))。將偏振片旋轉(zhuǎn)不同的角度，則會看到不同的色彩效果(圖10(e)和(f))。將這個改造過的顯示器帶入課堂給學生展示，學生們都很驚奇，急切地想知道其中的物理原理。

圖11 利用線偏振光照射黑色玻璃片，反射光強度隨入射角的變化

布儒斯特角與光的偏振特性有密切的聯(lián)系，它有兩種表現(xiàn)方式：一種是以自然光入射，反射光為線偏振光；另一種是以線偏振光入射，如果入射光的偏振方向與入射面平行，則只有折射光，無反射光。圖11是利用第二種方式展示布儒斯特角特性的演示儀。首先，讓一束激光通過起偏器，照射在黑色玻璃板上。然后，調(diào)整黑色玻璃板的角度，使得入射光的偏振方向與入射面平行。最后，改變?nèi)肷浣?，觀察反射光強度的變化。當入射角大于布儒斯特角時，反射光斑較為明亮(圖11(a))；當入射角等于布儒斯特角時，反射光斑亮度達到極小值(圖11(b))；繼續(xù)減小入射角，反射光斑亮度增加(圖11(c))。如果入射光不是理想的線偏振光，或者入射光的偏振方向與入射面不完全平行，則圖11(b)中的反射光光強不會等于零。

光柵衍射是波動光學中重要的內(nèi)容。課堂上可以通過激光器照射光柵或者光盤來進行演示，但肉眼都無法直接看到光柵或者光盤上的周期結(jié)構(gòu)。為了彌補這一缺陷，筆者使用普通鋼尺作為反射光柵來演示光柵衍射。如圖12所示，鋼尺上有均勻刻度。在0～10cm范圍內(nèi)，刻度的最小間隔為0.5mm，這就是光柵常數(shù)d。反射光柵的光柵方程為

(4)

其中，θ1和θ2分別代表入射角和衍射角；λ為入射光波長；k為整數(shù)。如果垂直入射(θ1=0)，則衍射條紋過于密集，難以直接觀測。如果掠射(θ1≈90o)，則可以在幾米遠的墻上看到清晰的衍射條紋(圖12(a))。此時，學生可能會質(zhì)疑，認為墻上觀察到的不是衍射條紋，而是經(jīng)過鋼尺的反射光。此時，將入射光斑從鋼尺的0～10cm范圍調(diào)整到10～20cm范圍。此時，鋼尺的最小刻度則從0.5mm增大為1mm，因此光柵常數(shù)d也增大一倍。此時，在原有衍射條紋的中間，出現(xiàn)了新的衍射條紋，衍射條紋變得更加密集(圖11(b))。這與光柵方程預(yù)期的結(jié)果一致，而與鏡面反射的預(yù)期相反。因此，墻上觀察到的是衍射條紋，不是鋼尺的反射光。

圖12 利用激光和鋼尺演示光柵衍射一束激光掠射鋼尺上的刻度，在0～10cm范圍(a)和10～20cm范圍(b)形成的衍射條紋

6 結(jié)語

教師在課堂上現(xiàn)場演示物理實驗，能夠?qū)⒗碚摵蛯嶒炦M行結(jié)合，滿足多層次的教學要求：既可以對現(xiàn)象做定性解釋，也可以對其進行定量求解，并利用計算機程序進行模擬，還可以提高學生的實驗技能。開發(fā)、制作便攜物理演示實驗裝置，可以激發(fā)教師的教學熱情和學生的求知欲，使學生能夠利用生活中的普通物品在課堂和實驗室之外來探索物理的奧秘。通過多年的不懈努力，我們已經(jīng)積累了近兩百個便攜物理演示實驗，不僅在本校得到了廣泛的應(yīng)用，還受邀到深圳、銀川、貴陽等地進行經(jīng)驗交流和推廣。本文是筆者從事教學工作近15年的一些心得體會，還比較粗淺，對于其中不足之處，還望讀者不吝賜教。

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DEVELOPMENT, PRODUCTION AND APPLICATION OF PORTABLE PHYSICS DEMONSTRATION EXPERIMENTS IN CLASS EDUCATION

Wang Hui

(School of Physics and Engineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang Henan 471023)

We take fifteen experiments in five categories of mechanics, vibration and wave, heat, electromagnetism and optics as examples to illustrate how to develop and make the portable physical demonstration devices and the special role of physics demonstration experiments in class education. These physics demonstration experiments are based on living, simple, easy to carry and promote. They can not only be directly used in class, but also be made and simulated by students, which meets different levels of needs in teaching. Development and production of the physics demonstration experiments can effectively improve the effect of classroom teaching, stimulate students’ thirst for knowledge, and improve their experimental attainments.

physics demonstration experiments; portability; physics education

2016-12-02

教育部高等學校大學物理課程教學指導(dǎo)委員會高等學校教學研究項目(DWJZW201601zn)，河南省教育技術(shù)裝備和實踐教育研究項目(GZS274)，河南科技大學重大教育教學改革項目(2015YBZD-012)，河南科技大學教育教學改革項目(2015YB-024)，河南科技大學SRTP項目(2016083)。

王翚，男，副教授，主要研究方向為物理演示實驗、計算物理，nkxirainbow@gmail.com。

王翚. 便攜物理演示實驗的開發(fā)、制作及其應(yīng)用[J]. 物理與工程，2017，27(5)：33-39,46.