基础实验研究与教学

来源:用户上传      作者: 刘传安　罗小凤

　　搞基础教学的教师普遍感到基础实验研究难以开展，感到无从着手，这里就本人近几年所做的一些研究谈谈自己的体会。
　　(一)我长期从事物理实验基础教学，在热学实验的教学中，在用焦利氏秤(拉脱法)测量液体的表面张力系数实验时，我发现这个实验操作很不方便，实验结果准定度不高，能否提高测量的准确度，我们从原理开始，实验步骤及数据处理每一步都认真分析，我们发现原教科书中使用的公式没有考虑到细丝两次浸在待测液体中受到的浮力不同，在测量拉起的液膜高度h时是用一金属细杆代替弹簧进行操作，根据误差理论：对同一量在相同条件下进行多次重复测量是等精度的测量，用同一仪表的同一量程或量具对不同量值所做的一系列测量也是等精度测量。可见教科书中焦利氏秤(拉脱法)测量液表面张力系数实验中h和L测量不是等精度测量。找到了问题就要针对这些问题找出解决问题的办法，通过反复测验找到了改进仪器，改变实验操作程序，最后圆满地解决了这个问题。经过查询我们发现改进型焦利氏秤这种改进没有先例，是一个创新，并于2004．4．2经申请已获国家实用新型专利，专利ZL：01222687．4。改进型焦利氏秤与传统焦利氏秤实验对比研究显示，改进型焦利氏秤操作简便，数据处理也简单，而且所得结果更接近公论值，准确度提高了。我们把改进焦利氏秤应用于正常教学，效果良好。
　　(二)在电磁学实验中，往往一台仪措只能做一个实验，如电表改装，惠斯通电桥测电阻，低电阻的测量等，但由于商品包装，学生对仪器的构造不容易掌握。对一些自组仪器实验，学生在电路联接时，往往由于电路接触不良，时有导线断路，或者电子元件不便固定．待测元件联接不稳等，致使电路出现故障，有时查找电路故障花费很多时间。
　　如何解决这些问题?我们根据电学实验的特点，抓住各个电磁学实验的共性，设计了一个综合性电路面板，面板用30．0×16．0×0．5cm有机玻璃板制作，其中山A用0―100U表头，K是档位开关，其中1、2、3分别为电阻，电压、电流档住，比例臂Ra比例分别为0．01、0．1、1、10、100，电位器Rm与表头Ll A串联共同组成表头内阻，各结点用中4mm内空外螺母紧固的铜质接线柱。同时还设计了许多配套的电磁学元器件插架，可以很方便地把相应的元器件装在插架上，实验时，只要把装有相关元器件的插架插入相关的接线柱，就可以分别做十六个不同的实验，真正起到一台仪器多种功能的作用，而且可以直接看到仪器内部的构造，消除了仪器包装的神秘感。我们把它应用于教学，深受师生欢迎，此研究成果已于2004年向国家专利局申请国家实用新型专利，申请号：200420069485．1。
　　(三)我们在用量热器测量水的比热容的实验中，由于散逸到环境中的热量是一个不易控制且不能测知的量，实验结果的准确度低，为了消去热量散逸到环境中这一未知因素，可进行两个独立的实验，在实验中使用的水的流速不同．但通过改变电流使温升相同，因为热量散失的速度是温度超过量的函数，对每个实验该函数是一样的，我们设计了一个恒流量热器，实际上是采用动平衡的办法来获得相同的散逸到环境中的热量，详细说明如下。
　　我们用①4mm孔径的有机玻璃管制成一个螺旋管，有机玻璃管中穿一根约1 Q左右的涂有绝缘柒的电阻丝，当水从螺旋管下端进入上端流出时，如果用电通过电阻丝加热，当流速达到稳定时，在单位时间内从电能吸取的热量等于流水带走的热量加上散逸到环境的热量。如果改变电阻丝两端的电压和电流，改变流速但使两端的温度差保持不变，且两次实验时间相同，则两次散逸到环境中的热量相同。水的比热容为C，则
　　
　　其中，V1、J1、m1分别为第一次的电压、电流和流过的水的质量。V2、L2、m2为第二次的电压、电流和流过的水的质量。Q2和Q1为螺旋管上、下端口的温度。
　　通过反复实验证明，本研究消除了实验中散逸到环境中的热量的影9向，使实验结果达到C＝(4．22±0．03)×103J／kg・K。与公认值比较，
　　
　　本实验仪器制作简单，操作方便，实验结果准确度高，改变了热学实验准确度低的面貌。
　　(四)几点体会
　　1、从基础实验教学中找研究课题，内容熟悉，容易找到解决问题的突破口。
　　2、研制的教学仪器可以用于教学提高教学质量，如果研制的仪器属首创可以申请专利。
　　3、研究结果用于教学可充实教材。
　　作者单位：刘传安宜春学院理学院罗小凤宜春学院医学院
　　(编辑／袁昕)

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