摘要：物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，每一個物理原理、定律都需有實驗依據(jù)作為支撐。實驗教具對于實驗教學(xué)效果有著舉足輕重的作用。選取平拋斜拋儀、向心力探究儀、聲速測量儀三個教具創(chuàng)新案例，闡述相關(guān)實驗原理、實驗器材、實驗步驟和教學(xué)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高中物理;實驗;教具;創(chuàng)新

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，每一個物理原理、定律都需有實驗依據(jù)作為支撐。實驗教具對于實驗教學(xué)效果有著舉足輕重的作用。筆者近幾年一直跟蹤研究我校開設(shè)的國際物理課程（使用ALevel教材）課堂，從中發(fā)現(xiàn)一些創(chuàng)新實驗教具能有效提升實驗的可視化和可操作性。以下分享三例。

一、平拋斜拋儀的制作與運用

平拋運動實驗是高中物理一個非常重要的實驗，國內(nèi)實驗室也有各種各樣的實驗裝置，但操作起來大多有一個缺點：由于平拋運動發(fā)生時間很短，就算采用頻閃照片技術(shù)也只能拍攝幾個不同的瞬間。使平拋運動現(xiàn)象穩(wěn)定地、長時間地顯示在學(xué)生面前，提升實驗的可視化程度，并且易于測量，是創(chuàng)新開發(fā)實驗教具平拋斜拋儀的初衷。

（一）實驗原理

平拋運動可以分解為豎直方向的自由落體運動和水平方向的勻速直線運動，所以從起始點開始水平方向相同的位移所用時間相等，豎直方向在相等的時間間隔內(nèi)位移之比為1∶3∶5∶7…。測出相等時間間隔內(nèi)豎直方向的位移（線的長度）之比，就能對上述結(jié)論進行驗證，還可以根據(jù)測出的數(shù)據(jù)算出平拋運動的初速度。

（二）實驗器材

整套吊瓶裝置（如圖1，包括針頭）、規(guī)則長木條（等間距地標(biāo)上一些刻度線）、細線若干、小鐵環(huán)、透明膠布、鐵夾。

（三）實驗步驟

1.如圖2所示，用膠布將針頭固定在長木板上，使針頭前端與長木板上某條刻度線對齊。

2.用軟管把A、C連接起來，調(diào)節(jié)長木條高度，保持木條水平，使針頭出水水流合適（水流大小便于觀察且整個下落過程不會分叉），用鐵架臺固定長木條?？梢栽陂L木條后面放置白色背景，用紅色的水來做實驗，效果更明顯。如圖3所示，平拋運動的軌跡就能清晰地顯示出來。

3.在每一條刻度線處掛上下端系著鐵環(huán)的線圈，調(diào)整線圈長度，使水流可以正好通過下端鐵環(huán)，此時用鐵夾在長木條上固定住線圈的位置。

（四）教學(xué)運用

可借助平拋斜拋儀研究如下問題：（1）測出平拋運動下落的豎直高度，驗證相同時間位移的比值;（2）求出水流的射出速度。

還可以引導(dǎo)學(xué)生拓展研究：保持針頭位置不變，把長木條向上或者向下傾斜一定角度，變成斜拋運動（如圖4），我們會驚奇地發(fā)現(xiàn)水流還會穿過原先固定住的那些鐵圈，這是為什么？進一步激發(fā)學(xué)生對斜拋運動的研究興趣。

二、向心力探究儀的制作與運用

勻速圓周運動是非常重要的高中物理知識。多數(shù)常規(guī)教學(xué)中，基本是以視頻形式呈現(xiàn)勻速圓周運動。讓學(xué)生自己去體驗甚至動手設(shè)計一個勻速圓周運動，并通過測量工具去探究，以增強學(xué)生的動手設(shè)計能力，把學(xué)到的知識轉(zhuǎn)化為具體的應(yīng)用能力，是創(chuàng)新開發(fā)實驗教具向心力探究儀的主要目的。

（一）實驗原理

利用一根一端開口、另一端封閉的管子，通過調(diào)節(jié)空氣柱長度，使入射聲波和被封閉端反射的反射聲波疊加干涉形成駐波，發(fā)生共振，如圖9所示，在封閉端總是波節(jié)，而開口端總是出現(xiàn)波腹。測出L，再考慮到管口修正值，可求出λ和v。

（二）實驗器材

玩具射水槍（長度不小于40 cm，內(nèi)徑3 cm左右）、可連入計算機的揚聲器或者音箱、計算機（事先安裝好音頻發(fā)生器軟件，如Audacity，用于發(fā)出不同頻率的聲波）、刻度尺。

（三）實驗步驟

1.鋸掉射水槍前面的噴水口，使活塞可以在管內(nèi)自由滑動以改變空氣柱長度，按照圖10組裝好實驗裝置。

2.將揚聲器箱接到電腦上，打開軟件，點擊“制作”，選擇“單聲調(diào)”，出現(xiàn)如圖11所示對話框，在“頻率”中輸入人耳聽覺范圍（20 Hz—20 KHz）內(nèi)的任意頻率，輸入“時間長度”，點擊“”按鈕，揚聲器就會發(fā)出該頻率的聲音。

3.先從管口逐漸朝里移動活塞，用耳朵在管口處聽聲音。第一次聽到聲音變響時，反復(fù)通過拉桿微調(diào)活塞位置，直到聽到的聲音最響。用刻度尺測出此時活塞距離管口的長度。反復(fù)做3次，求出平均值。

4.改變單音調(diào)發(fā)生器頻率，重復(fù)上面的操作，再做5次，得到5個不同頻率時對應(yīng)的長度平均值，求出聲音在空氣中傳播的速度。

（四）教學(xué)運用

聲速測量儀不僅可以用來測量聲音的傳播速度，還可以作為學(xué)生課后拓展實驗的有力工具，讓學(xué)生利用所學(xué)知識，通過合理的設(shè)計初步去解決一些（如：實際問題利用聲音震碎玻璃杯，發(fā)現(xiàn)玻璃杯的固有頻率;自主設(shè)計方案測出聲音在水中、固體中的傳播速度;等等），使學(xué)生對科學(xué)技術(shù)就是第一生產(chǎn)力有更深的體會。

參考文獻：

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