中學(xué)常用物理實(shí)驗(yàn)的技巧及實(shí)驗(yàn)儀器調(diào)試

馮冠楠

【摘要】在物理實(shí)驗(yàn)及物理儀器的使用中，總是會出現(xiàn)一些實(shí)際與理想情況不一樣的現(xiàn)象，這就要求教師根據(jù)具體的情況，對物理儀器進(jìn)行一些改裝及搭建。這不但要求教師有一定的理論基礎(chǔ)，還要有很強(qiáng)的動手能力，使物理實(shí)驗(yàn)達(dá)到更好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗(yàn)儀器；常用物理實(shí)驗(yàn)；技巧

中學(xué)教學(xué)中，我們在做物理實(shí)驗(yàn)時，經(jīng)常會碰到實(shí)驗(yàn)儀器不好用或者實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不好測等常見的現(xiàn)象。下面就我在實(shí)驗(yàn)中常常遇到的問題，跟各位同行談一談。

一、電池的檢測技巧

電流表法：對使用過一段時間或存放了一定時間的電池，如果只用電壓表測量，有時效果不是很好。幾個電池的電壓差不多，但是能夠使用的時間大不一樣，因此，我利用多用表的電流擋來挑選，效果很好，特別是在配對挑選電池時更好。

我們知道：ε=U外+U內(nèi)=IR外+Ir

I= ε/（R外+r）

r為內(nèi)阻，當(dāng)電池使用一段時間以后，內(nèi)阻會增大，而電動勢變化較小或不變，所以當(dāng)用電壓表測量電池時，因電壓表的內(nèi)阻很大，所以加在電壓表上的電壓很大，即U外，看到的電壓的示數(shù)達(dá)到了一定的值，但因r的增大，而不能向外輸出更大的電流，所以也不能輸出更多的功率。

而用電流表瞬間測一下電池，即在R外很小的情況下進(jìn)行的，就可看出電池能否有大的電流輸出。這樣的方法配對出來的電池，如果測出的電流一樣的話，電池性能則基本一致。

方法：先用2.5V電壓表測出有電壓的電池，然后用500mA以上電流表（或多用表）快速短接電池兩極，電流大者即可。

理論上，電流表是不能直接測電源的兩端的，此方法只適用于從用過一段時間的舊電池中挑選出較好的電池。在測電源的電動勢及內(nèi)阻這個實(shí)驗(yàn)時，用這種方法找出的電池，能取得較好的效果。

二、限流電路中滑動變阻器的選用

在很多情況下，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時常出現(xiàn)移動滑動變阻器R時，測不了幾組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，就滑到頭了。這是因?yàn)榛瑒幼冏杵鬟x得不合適。

一般情況下，常用的小燈泡參數(shù)為U=2.5V，I=0.3A，即最大電流為0.3A，若從I=0.1A開始讀數(shù)，每50mA一檔讀數(shù)，可取0.1A，0.15A，0.2A，0.25A，0.3A。則由歐姆定律：

變阻器應(yīng)選用20Ω左右的，若用工作電壓高的小燈泡，也可用上述方法選擇變阻器的范圍。目前市面上常用的燈有“2.5V，0.3A”“4.8V，0.5A”“6.2V，0.5A或0.8A”。

三、整流電路T、C與R的選擇

有時，我們要在示波器上觀察整流電路的波形，理論上只要在示波器的測量范圍內(nèi)，都可以利用示波器進(jìn)行觀察，但是要取得好的效果，就要用一個易于觀察的值。教材上沒有給出T、C和R的具體數(shù)值，根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，一般的小二極管當(dāng)電流在10-20mA時，效果較好，這就要求自己計算。一般而言，通過D的電流在10-20mA以內(nèi)時，對二極管D和電阻R是比較安全的，電流太大，會燒毀二極管或電阻。去掉電容時，就是半波整流圖形。當(dāng)加上電容時，不同容量的電容濾波圖形也會不同。

D要用2CP型的，R可根據(jù)輸出電壓R=U/I=10-20mA得出，C的耐壓大于輸出電壓U即可。這樣用示波器觀察時可得到比較好的效果。

四、極管放大電路及開關(guān)中元件值的選擇

單管放大電路是電子放大電路的基礎(chǔ)，但是示波器在演示其工作情況時，如果參數(shù)選得不好，就不能顯示出其放大后的圖形。另外，放大電路為了不使電路中元件燒毀，又能使電路工作正常，必須對元件的值進(jìn)行選擇。對開關(guān)電路也是如此，選好參數(shù)能更好地顯示其波形。

若電源電壓EC選6V，則取R1=5-10kΩ，R2=500Ω-1KΩ，Rb用470KΩ可變電阻，調(diào)它可使通過CE極的電流不大于15mA。三極管要選用NPN型中小功率管，其中的電容C1取1-5μF，C2取10-20μF，這樣的選擇，對電子元件可以比較安全。

五、平面鏡成像的誤差

由下圖可見：A成像應(yīng)在A′處，當(dāng)用B物體代替A的像時，由于玻璃厚度的原因就會產(chǎn)生誤差。從光路分析圖中可以看出，玻璃越薄誤差越小。

六、光的反射實(shí)驗(yàn)

在做光的反射實(shí)驗(yàn)時，往往是使用木板來插大頭針，由于木板較硬，不好插大頭針，常出現(xiàn)學(xué)生把針插彎，或是用玻璃磚去砸大頭針等情況。現(xiàn)利用一塊包裝用的厚度薄一點(diǎn)的泡沫板或市場上出售的苯板就可以很好地解決這個問題。同時，平面鏡可以用玻璃店里的鍍膜玻璃來代替。

利用實(shí)驗(yàn)室的夾塊把平面鏡豎直放穩(wěn)。

七、激光光學(xué)演示器的調(diào)整

激光光學(xué)演示器具有很好的實(shí)驗(yàn)演示效果，不論是幾何光學(xué)、物理光學(xué)的干涉，還是衍射效果都很好，但是，其激光束的調(diào)試比較麻煩。

激光器發(fā)出的光是一根很細(xì)的光束，要把這一束光變成一個扇面光源，才可以看到在屏上進(jìn)行各種光學(xué)實(shí)驗(yàn)，因此，就要進(jìn)行調(diào)試。

從儀器上可以看到，在激光的射出處，有一個圓柱形的玻璃棒，激光束就是通過這個玻璃棒后，變成了一束呈發(fā)散狀的扇面形光源，當(dāng)這樣的光投射到光屏上時，就可以在屏上看到一條光線了（如果從上向下看，就是一個扇形光源）。

激光器發(fā)射出的是一束很細(xì)的單色光，要把它變成平行光需要借助一些輔助設(shè)備，并進(jìn)行一系列的調(diào)整。

首先，把玻璃柱裝置卡到對應(yīng)的槽中，然后慢慢移動，同時在玻璃柱上方，即激光出射方向用一張白紙來觀察激光，使激光變成一條光，然后移開白紙，在反光鏡上能看到一條橫的激光線。

反射鏡上出現(xiàn)激光后，再微調(diào)螺母，使光線在整個光屏上能顯現(xiàn)，然后調(diào)整三個反光鏡出現(xiàn)三束平行光，最后調(diào)整激光器背后的兩個螺絲線，使中間的光與光屏的水平中心線重合。這樣，這個激光器就可以使用了。

八、自感現(xiàn)象演示器的調(diào)試

自感現(xiàn)象是中學(xué)物理較難理解的一個物理現(xiàn)象，利用此物理實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生理解這個現(xiàn)象。但是自感現(xiàn)象演示儀器不是拿來就能用的。另外，由于長時間的使用，也會出現(xiàn)小燈泡壞掉的情況。因此，也要常進(jìn)行調(diào)整。所加電壓標(biāo)6的是10V。但是經(jīng)測量得出，通電自感一側(cè)電感的直流電阻有66Ω，這樣一來，就是把10V電源都加到電感上，也就只能有150mA的電流通過。因此，很多教師拿到后，不管用什么燈泡都不亮。

對于一個2.5V的小燈泡，小燈正常工作時的電流將達(dá)到300mA，其電阻是8.3Ω左右，而在冷卻時電阻只有1.5Ω左右。

在通電自感一側(cè)裝上2.5V小燈泡，電源電壓加到10V，這時測得電感一端的小燈泡兩端的電壓為0.95V，燈泡微亮，這時從后側(cè)可以摸到可調(diào)電阻上加的51Ω限流電阻很燙，當(dāng)電壓加到12V時，測得小燈兩端的電壓為1.3V，燈泡的亮度加強(qiáng)，可以看得比較明顯。當(dāng)加到16V時，限流電阻因太熱而焊接端的錫熔化，就掉下來了。

所以，在使用時應(yīng)當(dāng)選用2.5V的燈泡，加12V的電壓，然后調(diào)整可調(diào)電阻，使兩個小燈泡的亮度一致，這時進(jìn)行演示，效果很好。

對于斷電自感，因在斷電時有較大的自感電動勢，所以要用一個工作電壓為6V的小燈泡，不然，自感電動勢就會把小燈泡燒毀。

九、電磁振蕩演示儀的注意事項(xiàng)

電磁振蕩演示儀在演示時也必須讓學(xué)生看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但是，有些教師把電源接上以后的效果不好，根本原因是這個儀器的內(nèi)部是一個電子線路，對電源的直流穩(wěn)定性有一定的要求，最好用電池或者有穩(wěn)壓的電源，電源電壓為6V，不然效果就不好。實(shí)驗(yàn)室里面的教學(xué)電源有交流、直流和穩(wěn)壓三種，一定要接到穩(wěn)壓電源這一檔，才能達(dá)到好的實(shí)驗(yàn)演示效果。

以上案例是我在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中常常遇到的問題，也是我在實(shí)踐中總結(jié)出的一些心得體會，以期能夠幫助各位同仁在物理實(shí)驗(yàn)中解決常見的問題。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王興乃，羅棟國.初中物理實(shí)驗(yàn)大全[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，1988.

[2]王興乃，羅棟國.高中物理實(shí)驗(yàn)大全[M].北京：電子工業(yè)出版社，1988.