淺談物理教學中的“微小形變”實驗

【摘 要】在高中物理《彈力》的教學過程中，學生對于抽象的理論知識缺少感性認識，因此必須做好“微小形變”的演示實驗，來使學生形成良好的知識基礎，從而高質量地完成教學目標。

【關鍵詞】微小形變 演示放大法

物理學是一門以實驗為基礎的自然科學，在物理學中，每個概念的建立、每個定律的發(fā)現(xiàn)，都是從大量的具體事例中抽象出來的，有其堅實的實驗基礎。因而在物理教學中實驗教學就顯得尤為重要了。下面對幾種常用的“微小形變”放大演示實驗進行分析和討論。

1 光點反射放大法

1.1 應用反射鏡組放大桌面形變

1.1.1 操作與方法

右圖為桌面微小形變的實驗演示裝置。在水平桌面上放兩個平面鏡M和N，讓固定光源發(fā)出的一束光線依次被這兩個平面鏡反射，最后射到刻度尺L上，形成一個光點。當用力壓平面鏡間的桌面時，鏡子就要向箭頭所示的方向傾斜，由于兩面鏡子之間的距離較大，光點就會在刻度尺上有明顯的移動，而把桌面的微小形變顯示出來。

1.1.2 演示注意

為了使演示現(xiàn)象明顯，射向平面鏡的光束不能太粗且光強較大；平面鏡的相對距離和相對位置應事先調節(jié)好，以保證刻度尺上出現(xiàn)光斑并能發(fā)生明顯的移動；實驗演示最好在較暗的環(huán)境下進行，以便于觀察到明顯的光斑。

1.1.3 結果分析

水平桌面加壓后，桌面可看做是兩個斜面，設斜面與水平面夾角為a。由于鏡子始終與桌面垂直，鏡子M偏轉a，于是入射角與反射角都變化了a。反射到第二面鏡子時，光線已比原來向下移動了2a。同理，光線從第二面鏡子出來后已偏差了4a，即光線的偏差放大了4倍。

1.2 應用激光筆放大桌面形變

1.2.1 操作與方法

如右圖，將激光筆A、平面鏡C如圖所示固定在鐵架臺上，平面鏡B放在水平桌面P上。當把重物M放到桌面上時，就可以觀察到激光束反射在屏上的光斑由D移動到D'，這樣就把桌面的微小形變顯示出來。

1.2.2 演示注意

在實驗演示過程中，盡量在較暗的條件下進行，以便于觀察到明顯的光斑；平面鏡的相對距離和激光筆的相對位置應事先調節(jié)好，以保證屏上出現(xiàn)光斑并能發(fā)生明顯的移動。

1.2.3 結果分析

重物M放到桌面上時，重物左側的桌面可看做是一個斜面，設其與水平面夾角為a。由于平面鏡B始終與桌面平行也偏轉了a，于是由激光筆打出的入射角與反射角都變化了a，反射到平面鏡C時，光線已比原來向右了2a。同理，光線第二次從平面鏡B出來后已偏差了4a，即光線的偏差放大了4倍。

1.3 優(yōu)點與缺點

應用此方法設計的演示實驗，器材制作簡單，無關因素對實驗的影響小，實驗結果直觀，便于學生對微小形變的認識。

1.4 思考與總結

光點反射放大法正是利用光在均勻介質中的直線傳播和平面鏡對光線的反射，由兩次反射角的變化使反射光線在顯示屏上的明顯移位來設計而成的。

同時，光點反射法也是整個物理實驗中常用的放大方法，如卡文迪許設計的測量萬有引力的著名扭秤裝置，就是巧妙地運用了光點反射放大法才解決了測量石英絲微小扭轉角的難題，進而算出兩球間的引力。

2 投影儀放大

2.1 操作與方法

右圖所示的支架受力問題，對于初學者來說，力F對支架的兩根梁產(chǎn)生怎樣的作用呢？若只看這靜態(tài)圖，學生很難想象和正確判斷。如能把在O點掛重物后AO梁和BO梁的形變顯示出來，該難題不就迎刃而解了嗎？為此，可設計這樣一個演示實驗，用一細繩代替BO，一細竹條代替AO，用投影儀將實驗投影放大到銀幕上。

2.2 結果分析

當用手向下拉O點（相當于在O點施加了一個重物的拉力F），學生從銀幕上可清楚地觀察到AO梁發(fā)生了彎曲，BO梁則發(fā)生了伸長.通過實物投影后，靜態(tài)變成了動態(tài)，且支架的微小形變放大得清晰可見。

2.3 思考與總結

在傳統(tǒng)的課堂演示實驗中，一些實驗項目不易甚至無法演示，而且準確性較差、過程模糊、制約因素眾多，使學生學習起來普遍感覺枯燥無味、難以理解，這時可借助多媒體技術的優(yōu)勢，利用多媒體技術將抽象的物理現(xiàn)象變成生動的畫面，顯示“微觀”的效果，來幫助學生解決疑難問題，讓學生對物理概念和規(guī)律理解更深刻，掌握更牢固，從而實現(xiàn)教與學方式的轉變。

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