徐飛洋 呂金陽 何宇紅

(延邊大學(xué)理學(xué)院 吉林 延吉 133002)

彈力是生活中常見的一種力，在力的作用下物體的形狀或體積發(fā)生改變，這種變化叫做形變[1]．彈力是相互作用中一大重要板塊，而形變是生活中常見的一種現(xiàn)象．有時物體的形變很小，肉眼無法觀察，微小彈性形變的演示有助于學(xué)生對微小形變的直觀感受和加深對知識的理解，設(shè)計一個靈敏的彈性形變演示儀對教學(xué)演示很有必要．

1 原有的彈性形變演示儀

原有的演示儀是利用指針偏轉(zhuǎn)來演示微小的彈性形變，如圖1所示．當(dāng)掛鉤上掛一個重物，玻璃板發(fā)生彈性形變，指針偏轉(zhuǎn)．實驗表明，較輕的物體放在玻璃板上，不易使指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因為指針自身具有一定質(zhì)量，即使是通過杠桿省力，指針也有可能不發(fā)生偏轉(zhuǎn)．如果課堂演示時指針未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，將導(dǎo)致學(xué)生的認(rèn)知對象與事實發(fā)生沖突，為了避免此類事情的發(fā)生，這就對實驗儀器的靈敏度要求較高．本文改進(jìn)的微小彈性形變演示儀具有靈敏度高的特點，適宜在教學(xué)中使用．

圖1 彈性形變演示儀

2 改進(jìn)的彈性形變演示儀

2.1 設(shè)計思路

本實驗儀設(shè)計的靈感來自人教版教科書高中《物理·必修1》彈力一節(jié)的演示實驗．新設(shè)計的形變演示儀利用自制激光器發(fā)出的平面光，照射放在有機(jī)玻璃板上的平面鏡上，其反射光照射在直尺上，通過觀察光線在直尺上刻度值的變化來觀察玻璃板發(fā)生形變的現(xiàn)象．自制的微小彈性形變演示儀示意圖如圖2所示.

圖2 自制儀器的示意圖

2.2 制作材料

制作材料有激光器、有機(jī)玻璃板、平面鏡、直尺、鐵板、鉤碼等．

2.3 儀器裝置圖

微小彈性形變演示儀實物圖如圖3所示．

圖3 自制儀器的實物圖

2.4 制作方法

選擇一塊平整的長方形鐵板作為底座，鐵板的長邊向下垂直彎曲，以保持整個裝置的穩(wěn)定性．用另外一塊長方形鐵板作為靠板，有機(jī)玻璃板作為發(fā)生微小形變的對象，直尺作為觀察微小形變發(fā)生的對象，激光器作為光源．本實驗儀所使用的激光器是本校物理實驗室自制的激光器，激光器發(fā)出的光為平面光， 便于在刻度尺上直接觀察光線刻度的變化．

選定好儀器材料后，在底座的兩頭和靠板的兩端打孔，用螺絲固定底座和靠板，保持裝置的穩(wěn)定性．用兩個直角扣將直尺固定在靠板的左側(cè)，緊貼靠板．在靠板的中部某一水平位置處打兩個孔，用兩個直角支架把有機(jī)玻璃板固定在靠板上．固定好有機(jī)玻璃板后，將平面鏡用雙面膠粘貼在有機(jī)玻璃板的中間位置，把激光器用兩塊磁鐵吸附在靠板上的某一個位置上，便于調(diào)整激光器的光線入射角度，使入射光能夠照射到平面鏡上并在直尺上觀察到反射光線．

2.5 使用方法

在未掛重物時，記錄反射光線在直尺上的刻度值；將重物掛在有機(jī)玻璃板下方的掛鉤上，有機(jī)玻璃板會發(fā)生微小的彈性形變，導(dǎo)致光線在直尺上的刻度值發(fā)生變化，記錄變化后的刻度值．從表1中的數(shù)據(jù)值可以看出，重物的質(zhì)量越大，兩刻度值之間差距越大，則有機(jī)玻璃板發(fā)生的形變越大，反之形變越?。?/p>

表1 重物重量與玻璃板形變的關(guān)系

新設(shè)計的實驗演示儀的演示效果更為明顯，能夠讓學(xué)生更好地觀察到微小形變的發(fā)生，增強(qiáng)學(xué)生的直觀感覺．新實驗儀使得演示效果更加明顯、直觀，操作簡單，實驗現(xiàn)象判斷更加準(zhǔn)確、容易．本實驗儀是從教材中的案例得到啟發(fā)，加以改進(jìn)和創(chuàng)新，既可以幫助師生更好地觀察和理解微小彈性形變，又可以使學(xué)生知道學(xué)習(xí)不僅僅是學(xué)教科書上的知識，還可以加以運用和創(chuàng)新，體現(xiàn)“從生活走進(jìn)物理，從物理走向社會”的物理觀念．