一、低成本、高科技物理實驗簡介

1.成本低廉（低耗費），操作簡單，運用廣泛

低成本實驗所需材料可以是各類廢舊物品，對原物品的功能不產生損壞，易于獲得，操作方便，只需做簡單改裝即可進行實驗；可以廣泛應用于各種實驗方式（如演示實驗、分組實驗、研究課題、課外活動等）和各種教學（如分析、綜合、示范學習、小組合作學習、做中學等)；可應用于不同的年級水平（不依賴于學生的數學知識和物理背景知識)；可還原學生日常經驗中的各種物理現象和一些物理基本原理。

2.作用強大

許多復雜的設備往往基于一些基本的物理學厚理，如安全氣囊傳感器基于慣性定律、隱形眼鏡基于粘滯力、遙控器基于紅外輻射的調制等等，通過采用這些技術的簡易實驗進行教學，能消除學生對現代技術和新材料的困惑并加深理解，使學生清晰理解設備技術的工作原理’有利于激發學生學習興趣及實際運用物理原理的動機；糊低成本、高科技實驗教學，不僅能更好地發展學生的認知，而且能增強學生社會責任感（如討論手機電磁輻射、新材料對環境的污染等）；不僅能增強學生的合作51能力、計劃組織能力和判斷能力以及基于對物理理解的批判態度（如通過比較侵入式加熱器與微波爐的效率)，而且能促進學生掌握收集和處理信息、素材的方法（如，通過儀器使用說明書和搜索網絡)；通過布置實踐性作業（如研究課題、小制作、小實驗、家庭作業)，還能夠培養學生的動手能力和解決問題能力。鑒于此，物理教師應重視低成本、?科技簡易實驗的開發與制作。為此，物理教師應注意關注學生的生活經驗和日常生活實際，努力拓寬實施物理教學的空間，保證實驗基于簡單組裝和低成本材料，并加強自身制作簡易實驗能力的訓練，設法運用新材料（如聚四氟乙烯、尼龍搭扣等）和日常生活中所使用的現代設備（如電動牙刷、視聽光盤、手機、安全帶傳感器等）設計實驗。

二、低成本、高科技實驗實例

1.新材料實驗舉例——枯滯力確定

(1)材料：A型物理支架（高50cm)、定滑輪、曲柄輪、測力計、移液管（滴管)、物體（如橡膠球、動物眼球、玻璃板以及各種光滑表面物體)、隱形眼鏡、隱形眼鏡分離器、釣魚線（長50cm)、液體（淡水或鹽水)。(2)準備：用一條短線將測力計與隱形眼鏡分離器連接，隱形眼鏡分離器的塑料帽與隱形眼鏡或玻璃板固定在一起，隱形眼鏡可以在物體上移動。建議用死豬或死牛的眼球（可以從屠宰場獲得）作為物體，這樣學生可以在現有條件下做實驗。由于球的直徑與隱形眼鏡的直徑相近，因此，隱形眼鏡將與球可以良好接觸。(3)實驗步驟A.用移液管將液體滴在眼球上。B.將隱形眼鏡放在豬或牛眼球上（以便良好接觸），隱形眼鏡與眼球之間的粘滯力可以由測力計測出。C.轉動曲柄輪豎直向上拉測力計。若眼球與隱形眼鏡之間進入空氣，粘滯力將會減小，隱形眼鏡不再能粘在球上。很明顯，對學生來說，當隱形眼鏡的內半徑與眼球的外半徑相等時，粘滯力最大。用其它材料的物體時要求相同。實際的粘滯力受多方面因素的影響，如球與隱形眼鏡之間的液體、液體膜的厚度、球的材料、球的半徑等。實驗測得豬眼球的粘滯力為0.08#，半徑相同的塑料球的粘滯力為0.06V;兩塊玻璃板之間的粘滯力為0.03iV。(4)解釋：球與隱形眼鏡之間液體膜的厚度對粘滯力的影響很大。因此，在所有實驗中，球上滴液量應該相同。這也是我們為什么建議用移液管將水滴在球上的原因。

2.新技術實驗舉例一模擬安全氣囊傳感器

(1)材料：壓電晶體、玩具車、木板（長1/?，寬0.2m)、燈泡（4廠)、直流放大器、細繩（長1/w、0.2m各一條)、潤滑油、導線（長2m和0.5w米的各兩根)、米尺、帶泡沫的擋板、物體（100g)、鋼球（質量100g，半徑10/wm)、帶有支架的定滑輪。(2)準備：玩具車上有一懸球裝置，壓電晶體m固定在玩具車上距離鋼球5w;w,以便當鋼球擺動時能與壓電晶體準確撞擊。因壓電晶體受擠壓時產生的電壓較低，必須通過直流放大器放大才能點亮燈泡。直流放大器與壓電晶體之間用兩根2m長的導線連接，燈泡與放大器之間用痛o.2wW導線連接。整快木板被分成O.l/w的間隔，擋板固定在木板末端，以便泡沫吸住玩具車。玩具車與質量為100g的物體通過1/?長的細線相連，細線跨過定滑輪。物體豎直懸掛在桌邊。玩具車在物體的牽引下就會加速運動。(3)實驗：給車的輪軸上加潤滑油，2w長的導線位置固定或拿在手上以防影響玩具車運動的加速度。當玩具車向擋板運動時，懸掛的鋼球撞擊壓電晶體，產生電壓，點亮燈泡（燈泡的亮度取決于玩具車撞擊擋板時的速度，撞擊速度愈大，燈泡的亮度愈亮）。（4)解釋：壓電晶體受到力?A作用時，電荷累積在壓電晶體表面。電荷累積量與壓電晶體的形變成正比。在安全氣囊傳感器里，燈泡的亮度正比于鋼球所施加的作用力，進而正比于玩具車撞擊時的加速度。在實際中，汽車在水平方向運動的加速度由以變形的壓電晶體記錄。在新一代安全氣囊傳感器上，所產生的電壓通過模擬數字轉化器反饋給計算機。汽車與障礙物撞擊時的加速度超過一定值時，由壓電晶體產生的電壓可使安全氣囊在10ms時間內打開，從而防止駕駛員與方向盤之間的劇烈撞擊。

3.綜合實?舉例一”模擬分光計

（1)材料：一張CZ)盤、白熾燈泡、熒光燈、氣體發光燈。（2)實驗方法：將三種光源置于桌面上，相互間隔約0.1/w,合上?怨氐懔戀婆蕁Ｗ雷佑Ρ扯苑考浯盎Х胖茫?員閎松硤逭詰蔡?艄猓?跎僮勻還舛允笛櫚撓跋臁＝?D盤水平置于觀察者面前（貼標簽一面向下)，慢慢傾斜并向光源移動，直至在CZ)盤上呈現出光譜（即七彩光)。用遮光罩遮住其它兩個光源，依次觀察與單個光源對應的光譜。（3)實驗原理：一張O)光盤作為反射式光柵，當光照射到光盤上時，就會產生出反射光譜。比較不同光源所發光的光譜，可以看出白熾燈所發光的光譜是連續光譜，熒光的光譜在各種顏色之間有小小的間隔，而氣體發光燈所發光的光譜是不連續線性光譜。

三、可用于簡易物理買驗的新材料新技術

新材料、新技術在現代生產、生活中隨處可見，只要物理教師善于發現，善于組織、引導學生進行開發，同時能很好地將物理學科內容與現代技術結合起來，低成本、高科技物理實驗就能發揮更大的作用。為了方便教師開發此類實驗，下面就羅列出一些常見的新技術、新材料，以供讀者參考。

1.新技術

BS(防抱死系統)、安全氣囊、條形碼讀卡機、照相機（膠片式、數碼式）（手動、自動)、照相機閃光燈、視聽光盤（CZ)盤)、硬幣分揀機、計算機鼠標、圣誕節電子蠟燭、電動牙刷、鞭炮、防偽標志、垃圾分揀機（機械式、電磁式)、廚房技術（天然氣灶、電磁灶、微波爐、消毒柜、洗碗機等)、紅外運動探測器、電視機（等離子、液晶）、紅外遙控器、液晶顯示器(LCD)、發光二極管aLED)、高音喇叭（靜電的、壓電的）、金屬探_器、移動電話、打印機和復印機、袖珍計算器、原子鐘、簽名識別器、煙霧報警器、溫度計（電子式、紅外輻射式）、觸摸式開關、聲光控開關、觸摸屏等等。

2.新材料

錫或錫箱、防反光涂料、新型建筑和裝飾材料、萬能膠、陶瓷材料、隱形眼鏡、玻璃纖維、眼鏡（變色鏡、太陽鏡)、?溫超導材料、隔熱玻璃、紅外傳感芯片、激光筆、液晶（電敏式、熱敏式)、魔板、縻方、金屬涂層、外包裝材料、偏振片、剃須刀刀片、亞光油漆、鏡片渡膜、超導材料等等。

四、總結

總之，利用低成本、新材料、新技術資源不僅可以彌補由于實驗器材不足所造成的弊端，還可以消除學生對高科技、新材料的神秘感，對培養學生的動手操作能力和物理學習興趣有重要的作用。物理教師應充分挖掘身邊資源，積極引導學生通過實驗真正體驗、感受物理學的無窮魅力，從而提升學生的科學素養。

作者：袁麗 單位：江蘇技術師范學院數理學院