3 基于光具座组装的系列教具.docx

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3基于光具座组装的系列教具

基于光具座组装的系列教具

甘肃省白银市会宁县第一中学韩独石730079

基于光具座组装的系列教具是挖掘校本教育资源，拓宽现有教学仪器用途，将继承与创新结合，采用通用技术的设计理念，以不太常用的光具座为主，利用实验室现有仪器（或其零件）和废旧材料组装而成的创新性低成本教具。

开发成本低，教学效果好，能启发学生的创新思维意识是其主要特色（见图0）。

该套教具的设计、制作及使用过程，是通用技术实践与物理实验教学融合实施的过程，该过程充分体现了技术的目的、创新、综合、两面、专利五大性质和设计的创新、实用、经济、美观、技术规范、可持续七个原则，所以也是训练学生将知识与能力、过程与方法结合，提升情感态度与价值观的过程。

全套教具含6种11件：

1．测定金属丝电阻率固定架；2．匀速直线运动演示器；3．琴弦上的驻波演示器；4．微小形变演示器；5．弹簧振子（双弹簧振子、单弹簧振子）；6．桥梁模型[梁式桥、拱形桥、斜（索）拉桥、桁架桥、悬索桥]。

全套教具的综合特点：

1．将光具座的双滑轨、四滑块和一条刻度尺的特有功能，采用移花接木方式，分别用于不同教具的设计中，是对通用技术设计方法的拓展性应用。

2．拓宽光具座使用范围，运用桃代李僵创造技法，把电学仪器稍加改进后跨学科移植到力学、运动学、声学领域做实验，赋予系列教具创新、实用性。

3．利用现有仪器或其零件，由师生共同组装教具并用于教学，既是对开发教具模式的大胆探索，又能激发学生学习兴趣，启发学生创新意识，培养和训练学生的动脑动手能力，符合新课改理念。

4．全套教具以组装为主、制作为辅，组装制作简单，拆卸及储存方便，可操作性强。

5．制作成本低，节省实验经费，适宜于贫困地区学校推广应用。

组装全套教具所用的主要器材：

6种教具都使用了光具座，还在不同的教具中依据其组装需求，选用了实验室其它现有仪器（或其零件）和废旧材料。

一、测定金属丝电阻率固定架

1．教具装置图（图1-1）

2．特点和用途

2.1特点

1）改变金属丝长度方便，所测电阻较为准确，求得的电阻率精度相对较高。

2）金属丝易拉直，测量其直径或长度均方便，节省实验时间。

2.2用途

2004年5月人教版《普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1》第2章“恒定电流”第6节“电阻定律”学完后，用于增做测定金属丝的电阻率实验。

3．制作器材

光具座1，光具座附件插杆4，双孔有机玻璃片2，接线柱（带帽）2，自制有机玻璃标牌2，电阻丝（300W）约950mm，鱼嘴夹导线2。

4．制作方法

（1）自制安装电阻丝用双孔有机玻璃片（2mm厚）2块（如图1-2）。

（2）自制角形有机玻璃标牌（2mm厚）2个（如图1-3）。

（3）给2块双孔有机玻璃片各用M4螺母固定插杆1根和接线柱一个后，分别插在光具座左端固定插孔和从左至右第4个滑块（共4个）的插孔内，调整到等高后用固定丝固定插杆。

再将捋直的电阻丝两端分别接在两个接线柱上，滑动第4滑块，拉紧电阻丝后固定。

（4）给两块角形自制标牌套上插杆且用M4螺母固定后，分别插入第1和第2滑块的插孔内，调整标牌面平行于拉直的电阻丝后旋紧滑块上的固定丝防止其转向或滑下。

5．使用方法

（1）把带鱼嘴夹的导线夹在两标牌中线处，两导线另一端接入实验装置电路。

（2）测直径时直接在固定架上拉直的电阻丝上选任意点测量。

（3）改变长度测电阻时，左端标牌应固定不动，只滑右边标牌到适当位置后夹上带导线的鱼嘴夹即可。

每次测电阻时的导线长度，可以直接在两标牌所在滑块中线之间的光具座上原有的固定毫米刻度尺上读出。

二、匀速直线运动演示器

1．教具装置图（图2）

2．特点和用途

2.1特点

1）采用通用技术设计理念将电学仪器改装成力学实验教具，制作、组装容易，结构简单、新颖。

2）巧用光具座上的固有刻度尺，计量玻璃管内气泡在相等时段的位移比较准确；配用电子节拍器计时较为准确，增强了实验趣味性，无疑提高了实验效果。

2.2用途

适于2004年后的人教版《普通高中课程标准实验教科书物理1必修》第二章“匀变速直线运动的研究”有关匀、变速直线运动内容的教学，还适于做研究液体在密封玻璃管内流动时的受力情况等兴趣实验。

3．制作器材

光具座1，长1000mm外径2mm玻璃管1，2号橡胶塞2，橡皮筋及淡红清水若干；电子节拍器1。

4．制作方法

（1）将一个2号橡胶塞塞入玻璃管一端，给管内装满淡红清水后慢慢将另一个橡胶塞塞入玻璃另一管口（在管口侧壁夹一个小注射器针头排气），使玻璃管平置时内有一个黄豆粒大的气泡。

（2）如图2所示，将光具座上的4个滑块滑到大致等距离位置处，把制好的红水玻璃管平置于一排滑块的一侧，然后用数个橡皮筋通过滑块将玻璃管固定在光具座上。

5．使用方法

（1）将教具右端垫高，使气泡向右移动的速度约达10～15mm/s。

（2）用手将教具左端抬高，让玻璃管内气泡移到左端，在放下左端的同时，打开电子节拍器开始鸣叫（将鸣叫频率调到最低）。

（3）一个学生手拿彩笔，当电子节拍器每鸣叫5次时，迅速在与气泡对齐的刻度尺位置处轻点一痕迹，共点约5～10次为宜。

（4）另一个学生用笔记录，气泡每停一次，迅速将气泡在刻度尺上的刻度数记录下来。

（5）两人配合重复以上实验3次后，对照记录计算出每鸣叫1次气泡移动的距离，然后将3次的对应时段的间距平均，会发现每个鸣叫时段的间距大致相等。

证明气泡大致做匀速直线运动。

三、琴弦上的驻波演示器

1．教具装置图（图3）

2．特点和用途

2.1特点

1）教具装组所用器材少，组装工艺简单，可随堂边组装边实验，以锻炼学生动手能力和加强对驻波概念的理解。

2）运用光具座多个滑块能在双轨杆上自由滑动特点组装的琴弦上的驻波演示器，比用斜面小车配用斜面板组装的该教具有教具移动方便优点。

2.2用途

2005年6月人教版《普通高中课程标准实验教科书物理选修3-4》第12章“机械波”学完后，用于选做“琴弦上的驻波”兴趣实验。

3．制作器材

光具座1，光具座附件插杆2，电磁打点计时器1，尖劈（自制）2，重物盒（约30g）1，1m丝纶线绳（鞋匠处有卖的）。

4．制作方法

（1）自制尖劈：

将约50mm×20mm×10mm木条的两个小面上面削成尖劈状，下面中心钻一个小孔，再将附件插杆插入小孔作为尖劈柄杆。

（2）自制重物盒：

给一个小塑料瓶内装沙子约30g，给瓶盖中央扎一个小孔，将一端打结的丝纶线绳由下而上穿入后盖好瓶盖。

（3）组装：

如图3所示，在光具座左端用一个滑块将电磁打点计时器顺者固定，将插着两尖劈的两滑块一个居中作“码子”不固定，另一个滑到最右端固定；再将一头悬挂重物盒的丝纶线绳的另一头拴在电磁打点计时器的振动簧片条端头，线绳（琴弦）悬空且重物盒悬吊于光具座右端。

5．使用方法

（1）电磁打点计时器接通4～6V交流电后，簧片条在振动的同时带动拉直的丝纶线绳同时振动，琴弦（线绳）上会发生神奇的驻波现象。

（2）用手扶着悬挂的重物通过压下或提起的方式调整丝纶线绳松紧程度时，琴弦（线绳）上的驻波波幅会明显发生变幻。

（3）滑动撑弦码子，改变其距振源位置时，琴弦上的驻波波节也会随着变化。

四、微小形变演示器

1．教具装置图（图4）

2．特点和用途

2.1特点

1）实验物体长度调整范围大，光斑闪动幅度大，学生感兴趣，实验效果好。

2）运用了光的反射原理，实验掌握物体微小变化知识，一举两得。

3）这一自制教具的设计，是发散性思维在教具研制中的运用，对学生的创新方法能起到潜移默化地启迪作用。

2.2用途

采用多种方法做“物质的微小变化”实验时用。

3．制作器材

光具座1，光具座附件插杆4、毛玻璃屏插卡2、铁质屏1，300mm直尺1，100mm×60mm平面玻璃镜2，激光笔（装在笔套内）1。

4．制作方法

（1）将3根插杆旋在玻璃屏插卡和铁质屏的螺孔内固定，两玻璃平面镜插入玻璃屏插卡内，将内装激光笔的笔套吸贴于铁质屏上。

（2）按图4所示，将直尺竖安在一插杆上且插入光具座左端的固定插孔内用顶丝固定，再由左向右依次在三个滑块上按一次反光镜（较高）、二次反光镜（高）、磁吸激光笔套的铁质屏（低）的顺序，插装固定这些光具座附件。

注意将两反射镜的镜面必须相对，将直尺提到最高位置固定。

5．使用方法

（1）将图4所示的装置进行调试：

把激光笔较深插入笔套内，开关按钮被笔套内壁压迫后发出一束强光，调整激光笔的斜度让光束射到一次反光镜面上。

（2）同时调整一次反光镜、二次反光镜、竖立刻度尺的高度和方向，使激光投射斑点由一次反光镜反射到二次反光镜后再反射到竖立刻度尺中央位置。

（3）用手在光具座两滑轨杆中部轻轻反复下压，就可看到竖立刻度尺中央位置的激光斑点较大幅度地上下闪动，但两滑轨杆几乎看不到有弯曲的变化。

五、弹簧振子

弹簧振子包括：

（1）双弹簧振子，

（2）单弹簧振子。

1．教具装置图（图5-1、5-2）

2．特点和用途

2.1特点

1）两种教具共用一个光具座。

2）双弹簧振子尽管因弹簧和振子（乒乓球）的质量使系统中部略有下垂呈弧形状，但实验时振动时间长，效果仍很理想。

3）单弹簧振子因振子（弹力玩具球）大且发光，视觉效果好，学生兴趣浓厚。

4）两种弹簧振子用1个光具座做架子，制作零件简单，互换组件、变更类型也很容易，充分体现了组装式教具的极大优势。

2.2用途

用于2005年6月人教版《普通高中课程标准实验教科书物理选修3-4》第11章“机械振动”第1节“简谐运动”做演示实验。

3．制作器材

光具座1，光具座附件插杆2，乒乓球1，1N的软弹簧3，双孔有机玻璃片2，接线柱（带帽）2，约50mm发光弹力玩具球1，桌夹1，细线和窄胶带若干。

4．制作方法

4.1双弹簧振子

（1）将两个弹簧的挂钩取下，用透明胶带将这两个弹簧平端头粘在乒乓球轴心线两端头。

（2）如图5-1，将光具座上的1个滑块滑到右端头，给另3个两边的2个滑块上固定上端安装双孔有机玻璃片和接线柱（带帽）的插杆，并将制好的双弹簧振子挂在两接线柱之间。

（3）将中间的一个滑块滑到振子（兵兵球）下端，用作振子振动平衡点标记。

4.2单弹簧振子

（1）取下双弹簧振子，将光具座左端朝上竖直用桌夹固定在桌边上。

（2）如图5-2，将上端1个滑块滑到顶端，将其上插杆倒过来固定；将下端1个滑块滑到底部。

（3）给弹力玩具球上用透明胶带粘一个细线小圈作为挂套，制成单弹簧振子。

（4）将单弹簧振子挂到上端1个滑块固定的插杆端头的接线柱上，再将中间的一个滑块滑到与振子（弹力玩具球）等高位置处固定。

5．使用方法

5.1双弹簧振子

（1）如图5-1所示，先调整挂弹簧的两个滑块间距，再将两插杆调整到等高，待振子（兵兵球）静止时将中间1个滑块滑到振子下部作平衡点标记。

（2）四指并拢，双手伸展，两手指梢夹住振子沿滑轨杆方向平拉一段距离，然后同时松开双手，振子就前后振动起来。

（3）如果振子左右摆动，重新加持、释放，直至振子能大致在滑轨杆所在竖面内振动为止。

5.2单弹簧振子

（1）如图5-2所示，调整好用桌夹竖直固定在桌边上的光具座，达到光具座的双轨滑杆竖直、被拉伸的弹簧挂稳。

（2）滑动作平衡点标记的滑块处于与振子（弹力玩具球）等高位置处固定。

（3）两手伸展的手指夹振子向下拉动适当距离后松开，被释放的振子便作上下振动。

（4）及时调整振子的振动状态，消除振子在上下振动的同时，伴随前后左右晃动，以免振子与双轨滑杆碰撞，影响实验效果。

七、桥梁模型

桥梁模型在开展高一物理新课程“桥梁的研究”课题时不可不用，在通用技术课程教学中更会多处用到，组装桥梁模型既有经济意义，更有教学价值。

基于光具座组装的本套低成本桥梁模型，包括

（1）梁式桥、

（2）拱形桥、（3）斜（索）拉桥、（4）桁架桥、（5）悬索桥五个类型。

1．教具装置图（见图7-1、7-2、7-3、7-4、7-5）

2．特点和用途

2.1特点

1）将光具座作为制作桥梁模型的基准器材，巧妙应用了光具座双滑轨杆和4个滑块的特有功能，既节省了器材又大幅降低了制作难度。

2）用摩擦实验器的木摩擦块作桥墩，便于打孔、安装各种桥梁模型。

3）利用光具座双滑轨杆和滑块，减去了其它建桥辅料，全套模型开发达到超低成本程度，节省了大量实验经费。

4）本套桥梁模型既是高中物理教具，又是高中通用技术学具，其用途广泛。

2.2用途

1）用于2004年后的人教版《普通高中课程标准实验教科书物理1必修》第101页“桥梁的研究”这一课题研究活动。

2）作为通用技术课程的学具，在《技术与设计1》的第一、二、三、五、七章中均可选用；在《技术与设计2》第一单元的一、二部分中更能用到。

3．制作器材

除了1个光具座和2块摩擦实验器的木摩擦块外，各种桥梁模型另用器材为：

（1）和

（2）梁式桥和拱形桥：

4mm厚PVC板，4mm×40mm螺杆（附螺母）4。

（3）斜拉桥：

580mm×60mm×12mm废高密度压缩板1，250mm×40mm槽钢4，4mm×40mm螺杆（附螺母）4，小木螺钉8，接线柱（带帽）12，小塑料圆珠12，300mm～400mm彩色线绳12，中性笔杆胶帽12。

（4）桁架桥：

4mm厚PVC板，502胶水。

（5）悬索桥：

580mm×60mm×12mm废高密度压缩板1，250mm×40mm槽钢4，4mm×40mm螺杆（附螺母）4，小木螺钉8，接线柱（带帽）4，小塑料圆珠42，200mm长彩色线绳14，700mm长丝纶线绳2，黄色极小塑料圆珠224，中性笔杆胶帽28。

4．制作方法

（1）梁式桥：

①用美工刀割制1块590mm×45mm的PVC长条板作桥面板。

②给两块木摩擦块的1个圆槽底部各钻2个4mm通孔。

③取下光具座的两个滑块，也各钻2个能将木摩擦块竖直固定在其上的4mm通孔，并用4根4mm×40mm螺杆（附螺母）将木摩擦块竖直固定在两个滑块上。

④将竖直固定木摩擦块的两个滑块按图7-1所示套到两滑轨杆上，调整好间距后架上桥面板。

（2）拱形桥：

①割制1块590mm×45mm的PVC长条板并弯曲成如图7-2中桥下部拱形状态，以此样板在另外的PVC板上划线、切割、雕孔、粘接制成拱形桥体。

②在两桥墩（竖立木摩擦块）内侧下部适当位置处各粘一小块PVC板条，制成架拱形桥体的台阶。

③在光具座的中部调整好两桥墩（竖立木摩擦块）间距，然后将拱形桥体夹在两桥墩（竖立木摩擦块）中间且架在其下的台阶上，再在拱形桥体上面盖上590mm×45mm的PVC长条桥面板。

（3）斜拉桥：

如图7-3，①取下光具座的两个滑块，也各钻2个能将木摩擦块竖直固定在其上的4mm通孔，并用4根4mm×40mm螺杆（附螺母）将木摩擦块竖直固定在两个滑块上，再将两个滑块装到光具座上。

②给4条250mm×40mm槽钢上端正面中线位置各钻3mm孔3个，侧面各钻3个小孔；给其下端正面适当位置各钻2个3mm孔。

然后将这4条槽钢用木螺钉竖直固定于安装在两滑块的两桥墩（竖立木摩擦块）两侧。

③为满足往宽为40mm的两桥墩架置桥面的需要，将1条580mm×60mm×12mm废高密度压缩板两端各20mm一段，锯肩后变为40mm宽制成桥面，再在桥面两边等距离各钻6个小孔。

④给桥面两边的12个小孔内穿彩色线绳，彩色线绳下端头再穿上经刺孔加工过的中性笔杆胶帽后打结。

⑤12根彩色线绳上端各穿1个小塑料圆珠，再将线头穿过竖立槽钢上端对应小孔后缠到相应的接线柱上拉紧并固定。

然后剪去12根彩色线绳在桥面板下面的长余部分。

（4）桁架桥：

如图7-4所示，①割制4块590mm×45mm的PVC长条板。

②将两块PVC长条板雕割成人字状桥侧梁架子，将1块PVC长条板也雕割成不同于侧梁架子的花架子。

③将不同结构的4块590mm×45mm的PVC长条板粘接成长方体状制成桁架桥体。

④将桁架桥体架到梁式桥和拱形桥共用的桥墩上（或另拿两块木摩擦块当桥墩也行）。

（5）悬索桥：

如图7-5所示，①同斜拉桥的制法①制成两桥墩并安装到位。

②给4条250mm×40mm槽钢上端正面中间各钻1个3mm孔，侧面各钻1个小孔；给其下端正面适当位置各钻2个3mm孔。

然后将这4条槽钢用木螺钉竖直固定于安装在两滑块的两桥墩（竖立木摩擦块）两侧。

③同制作斜拉桥桥面的制法制成悬索桥桥面，在桥面两边等距离各钻7个小孔，再将其架到两桥墩上。

④给2根约700mm长的丝纶线绳上各穿112个黄色极小塑料圆珠后，栓挂到对应的两桥墩竖立的承重架（竖立的槽钢）上端接线柱上，制成两根松紧适度的横悬索。

⑤给两根横悬索上挂竖吊索并吊挂桥面：

将14根约200mm长彩色线绳双折挂到两根横悬索上，双折彩色线绳之间夹14个黄色极小塑料圆珠；给每根双折彩色线绳分别穿1个扎孔的中性笔杆胶帽（与横悬索固定）和3个小塑料圆珠后，线头由上而下穿过桥面两边对应的小孔，然后穿套上1个扎孔的中性笔杆胶帽用以抽拉调整竖吊索的松紧。

⑥反复调整横悬索和竖吊索的松紧度，达到两横悬索下垂弧度统一、14根竖吊索松紧一致、桥面两端正好落在两桥墩上面、3粒模拟14根桥栏杆桩的立挂珠整齐美观程度为宜。

⑦剪去14根竖吊索在桥面下长余部分。

5．使用方法

用途决定用法，本套桥梁模型用途广泛但用法简单，使用方法介绍从略。

2012-3-11