《中学物理实验研究》讲义(14)

减码法：右盘放一定值的砝码（砝码质量应大于被称物），左盘放入小砝码，使天平平稳。将被称物放在左盘中，减少左盘中的小砝码，使天平恢复平衡，减少的砝码总量即被称物质量。

B．了解仪器的一般用途

有利于更有效地发挥仪器的作用。因为这些仪器在制作时可能是为某一用途设计的，但是，在使用过程中去发现还可作它用。 例如：验电器的用途。

35

随着人们对静电现象的研究以及对验电器的大量使用和研究，验电器的用途已远不止上述的一种。就现在来看，我认为验电器的用途大致有以下六个方面。

（1）检验物体是否带电。将待检验物体靠近或接触验电器的金属球，根据金箔是否张开可判断该物体是否带电。

（2）辨别电荷的种类。先使金箔带上某种已知电荷（例如正电），箔片张角宜在40°～60°左右。再将待测带电体渐渐移近验电器的金属球，根据金箔张角的增减判断带电体电荷的正负。

（3）检验物体的绝缘性。先使验电器带电，金箔张开。然后用待测物体去接触验电器的金属球，若金箔张角不变，表示该物体绝缘性很好；若金箔立即下落，表示该物体的绝缘性很差；若金箔缓慢落下，表示该种物体的绝缘性不佳。

（4）估测导体的电势。这主要指三个方面内容：

①对于有金箔或指针张角对应电压刻度的验电器（或静电计），可用其估测高压电源的开路电压； ②比较电容相同的带电导体的电势的大小；

③估计带电导体的对地电势差，估计精度由带电导体和验电器的几何形状及接触情况所决定。 （5）估测导体的带电量。这也主要指三个方面的内容：

①估计带电导体的电量，估计精度由带电导体和验电器的几何形状及接触情况而定； ②比较电容相同的带电导体带电量的多少；

③将验电器导棒与法拉第冰筒连接后，可测量一定形状的带电导体的带电量的多少。 （6）比较导体电容的大小。

方法是：让两导体带等量的电荷或让两导体电势相同，然后，让它们分别与不带电的验电器接触，根据两次金箔张角大小的不同，可判断两导体电容的大小。 （4）了解仪器的调整方法与分析其作用和原理

仪器在实验前应处于最佳工作状态，这需要检验和调整。而检验和调整仪器不仅需要了解其工作方式，还要分析其作用和原理。

（5）分析仪器的结构原理与改进和自制仪器

仪器经过使用，改进逐步完善。改进和自制仪器是以分析了解仪器结构和工作原理为基础的，要注意如下几点：

A．改进方案要有理有据

对仪器的改进部分，要有改进的理由，要做改进前后的比较。

例1：气体受热膨胀

36

初中物理课本介绍用如图1所示的仪器来演示气体受热膨胀的现象。装置由烧瓶，直角玻璃管，橡皮塞，小水柱组成。用手握着烧瓶，使烧瓶里的空气受热，温度升高，空气的体积要膨胀，可见玻璃管中的小水柱向右移动。

这个实验中，空气受热后体积是否膨胀，是通过在直角玻璃管中的水柱的移动来显示的。显示部件用直角玻璃管的优点主要是使显示部分较灵

敏。因为在水平玻璃管中，水柱容易流动（玻璃管内壁给水柱的阻力可忽略不计），水柱两端只要有一个较小的压力差，就能使水柱移动。但是，这一显示部件也有缺点。

①实验前需保持水平玻璃管处于水平状态，否则，水柱会“自动”移动，甚至会流出管外或流入瓶内，因此，实验前的调整较困难。

②实验中又不能破坏这种平衡，否则，难以向学生说清水柱是由于瓶内空气体积膨胀而移动的。 ③封水柱的操作不容易掌握好。

④空气体积膨胀推动水柱向右移动，很容易将水柱推出管外。这样再演示（课本上所讲的）手离开烧瓶，瓶里空气温度降低，体积收缩，水柱向左移动的现象时，需重新灌封水柱，麻烦。

由上述可见，这显示部件——直角玻璃管＋小水柱——不够完善，有改进的必要。怎样改进呢？

一般说来，改进仪器有下述两条基本思路：

（1）从原仪器结构出发，在原仪器结构的基础上“取长补短”，哪不满意改哪。

如将直角玻璃管改成如图2中所示的直角曲玻璃管。这样，它既保持了原直角玻璃管的显示部分较灵敏的优点，又克服了直角玻璃管的①、③、④三个缺点[为什么克服不了第②个缺点？]。虽然弯曲玻璃管麻烦一些，但也是容易办到的。总的来看，完全可以认为图2所示的仪器比图1所示仪器改进了。

（2）从实验要求和工作原理出发，另想办法，设计新的结构。图1所示的仪器中的小水柱的作用，一方面密封烧瓶的空气，另一方面显示密封空气的膨胀和收缩（参照标记）。水柱处于水平状态主要是为了将水柱重力的影响降低到可忽略的程度。如果水柱不处于水平状态，充其量由于重力的影响而降低显示部分的灵敏度。但瓶内空气变热后使水往外移动是必然的，至多手握的时间长一些，水柱移动的速度慢一些。因此，我们可以将直角玻璃管改成竖直玻璃管，如图3所示。实验表明这个仪器的灵敏度仍能令人满意，同时也克服了图1仪器的①、②两个缺点，但封水柱

37

的操作仍不太容易掌握好，而且，若玻璃管不太长，空气受热膨胀仍容易将水柱推出玻璃管外，以及空气受冷收缩时将水柱吸入瓶内。总的来看，仍可以认为图3所示的仪器优于图1所示的仪器。

上述两条“基本思路”在实际研究中常需结合起来考虑或交叉考虑。如图3所示的仪器虽然在结构与图1所示的仪器有不同，更进了一步，但它还不够完善。我们可在图3基础上，再进一步完善。如将竖直玻璃管改为直、曲玻璃管，如图4所示。这样，就保持了图3仪器的优点，又克服了其封水柱操作不容易掌握好的缺点。

不管用哪条思路，考虑问题的着眼点不同，思维的结果（改进的方式、部件和效果等）也可能不同。 上面，我们对图1所示仪器提出了四个改进方案。由此可见，如果一个仪器不够完善，可以改进的话，那么，改进方案往往有好多个。因此，我们不能满于提出一个改进方案，而应该尽可能朝两个基本思维方向，从不同的角度反复考虑，尽可能多地提出改进方案，从而分析、比较选出最佳的或最易办到的改进方案。

B．改进方案要切实可行

如环境条件、制作工艺、技术要求等等。

例2：惯性演示器

厂制惯性演示器如图1所示。它由：1．底座；2．按在底座上的顶端有一小坑的立柱；3．弹片组成。演示时，在立柱顶端放一块薄木板或硬塑料衬板或硬纸片4，在4上放一钢球5。一手按住底板，一手用弹片将塑料衬板弹出。可见，钢球并没有跟塑料衬板飞出，而是停留在立柱顶端的小坑里。由此可说明惯性现象。

这个仪器的结构很简单，各部件的作用是：底座1用于固定立柱，使其在实验中不易动，不至于在弹片将衬板弹出时倒下或移动位置，从而接不住钢球；固定弹片，便于一只手操作弹片。立柱2用于支持塑料衬板、钢球，以及接住钢球。弹片3只要能迅速有效地将衬板弹出，又不至于打在立柱上，影响立柱的位置就行了。

从上面对各部件作用的分析来看，这个仪器中最主要的部件是立柱。必须确保立柱稳定不动。要做到这一点有两个办法：①使其与底座固定在一起（在实验中保持底座不动）；②是增大立柱的质量，这样就不至于在衬板飞出时使立柱移位。如果按后一个办法做，那么，底座就完全没有必要（因为我们可以用两只手来操作弹片）。

如何仿制这个仪器呢？首先选择制作立柱。如果按上面后一个办法做，我们用一个装了大半杯水的玻璃杯作为立柱就行了（为什么？）。弹片可用一根钢锯条（ …… 此处隐藏：1442字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……