高中物理疑难实验解析及解决策略　　

刘小湖　　

（Tel:13575084498; E-mail:lxh6742@yahoo.com.cn）　　

没有实验的物理理论是空洞的，没有理论的实验是盲目的。正是实验家使理论家保持老老实实的态度。 ——帕格尔斯，物理学家。　　

实验可以推翻理论，而理论永远无法推翻实验。——丁肇中，物理学家。　　

“讲给我听的，我会忘记……演示给我看的，我会记得……我动手做的，我会终身不忘…” ——乔.梅尔，美国物理教师协会主席。　　

许多中学物理老师都有这样的体会：中学物理课本中有不少实验，看似简单，你真的去做，往往会发现并非想象中的那么容易。　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　例如，高中物理课本中机械波概念的引入，教材上用的是一个如图所示的绳波演示实验，按课本所述，用手拿着一根绳子的一端（另一端固定）上下摆动，就会看到一列凹凸相间的波向绳子的另一端传去，但拉着绳子的一端上下摆动了老半天，却只见整条绳子在摆动，而不见明显的波。实际上，这个实验要想演示出课本所说的现象，在绳子的选择上很有讲究，绳子如何悬挂以及手拿绳子如何摆动也都是个问题。并不是随便拿根绳子、随便摇两下就可以摇出波来的。而这些细节，作为以中学生为读者对象的中学物理课本一般是不会特别地加以说明的。　　

　　　　　　类似的还如光电效应的演示实验也是如此，照课本介绍，把一块擦得很亮的锌板连接在如图所示的验电器上，用弧光灯照射锌板，验电器指针就张开一个角度，但实际上，用弧光灯或紫外线灯照射了老半天，却不见验电器指针有要张开的迹象。　　

还有一些实验，如牛顿第二定律的验证、用打点计时器验证机械能守恒定律等，虽然均能完成，但实验误差太大，结果令人失望。这样的实验挫折经历多次后，教学新手往往会对实验产生畏惧心理，久而久之虽然教学经验不断丰富，有些还成为了教学骨干，但不少实验在他们的手中，疑难程度却没有相应地降低。　　

一、疑难实验形成的原因　　

中学物理中竟然还有这么多的疑难实验？这是大多数新教师始料不及的。人们不禁要问，中学物理范围内主要涉及的大都是物理学中比较成熟的知识内容，怎么还会有疑难实验呢？这个问题不解决，就会造成前面所说的由忽视或轻视到畏惧的结果。　　

　　　　　　首先，作为科学实验，这些课题都早已在实验室获得了解决。但如今作为教学内容编进中学物理教科书中的，就属于教学的物理实验。作为教学的物理实验，和科学研究中的物理实验或在其他应用领域的物理实验有一个最重要的区别，那就是教学物理实验的设计不仅要体现物理思想、符合科学性原则，而且必须反映教学思想、符合教学原则。例如，简谐运动图象的描绘实验，从技术上来说，有很多的方法可以描绘出正弦或余弦曲线。但若设计成如绘图仪那样的图象描绘仪，虽然具有自动化程度和可靠性高、操作简便等诸多优点，但若考察教学目的，这个实验必要的一点就是要在所获得的图象与振动体的运动之间建立起尽可能直接的、必然的联系，以便学生理解图象所反映的物理意义。从这一点来看，如果图象的描绘是通过一个自动化的装置来实现的而其机理又被有意无意地置于隐蔽地位的话，它就丧失了作为一个教学的物理实验存在所必须有的教学价值。为此，就要设计出一个既简单又要可靠好用的装置，这在技术上提出了更高的要求。同样的道理，前述的光电效应演示实验，采用裸露的锌板并用验电器检验锌板上的带电，从教学思想上来考虑是很值得的，但在技术上又大大地增加了实验的难度。此外，如电磁（阻尼）振荡、光学中的一些实验等也都是同样的问题。这样带来的实验疑难在中学物理疑难实验中占有相当大的比例。　　

其次，实验的难度是相对于教师的知识、能力和经验而言的。有很多实验不是疑难问题，但是到了新教师手里，却成了难题。还有一些实验，如静电演示实验，由于以著名物理教育家朱正元先生为代表的许多前辈学者的不懈努力，实验本身已不象很多人想象的那么难，但是要很好地驾驭它，实验者必须有比较扎实的基本功。必须在掌握有关知识的同时，花时间去认真琢磨、体会实验的奥妙，将资料上的分析介绍、别人的经验内化为自己的真正理解和切身体会，并坚持在实践中不断摸索和积累，才能练就出做好静电实验的真功夫。然而，许多刚走上讲台的教师在碰了几次钉子、特别是在看到许多老教师对静电实验也感到头痛之后，没有信心和恒心深入钻研下去。结果，静电实验在很多教师的手里成了头号疑难实验，只有在天气干燥的气候条件下才敢在课堂上演示。　　

此外，中学物理实验仪器本身的缺陷也是导致疑难实验问题的一个重要原因。由于体制的问题，现有的中学物理实验室仪器设备还较普遍地存在许多不如人意的地方。主要表现：一是在仪器的生产和配备上对新技术、新成果的反映太迟钝，这样使得一些已经很好地解决了的疑难问题由于没有新的仪器可用而依然疑难如故；二是不少仪器由于粗制滥造导致可靠性很差，使一些根本不难做的实验由于没有合格的仪器可用而成为疑难实验。　　

二、典型疑难实验释疑　　

1、与惯性有关的实验释疑　　

　　　　　　惯性是物体运动中的的基本概念。但是，学生要从中思考清楚惯性在所观察到的现象中所起的作用，恐怕不是件容易的事情。因为影响这两个实验的因素并不是很单纯，特别是如图所示的实验，实验应演示的现象是松开弹片后，钢球下面的硬纸片被弹出，而钢球则掉到了下面的筒里，所作的解释是钢球由于惯性要保持原来的静止状态，就留在原处。实际上并不是这样简单。在这个实验中，钢球具有惯性，要保持原来的静止状态，但钢球受到了硬纸片所施加的摩擦力的作用，它能否掉进筒中，肯定还跟这个摩擦力的大小及作用时间有关。　　

　　　　为简化起见，我们不考虑钢球的滚动，钢球（A）和硬纸片（B）进行受力情况分析。设钢球和硬纸片之间的动摩擦因数为μ，　　

则硬纸片B对钢球A的摩擦力：　　

　　　　　　　　而：                  所以：　　

    可见，a_A与钢球的质量无关，只由钢球和硬纸片之间的动摩擦因数来决定。这说明什么问题呢？实际上，在弹片对硬纸片作用的过程中，钢球和硬纸片的加速度方向相同，钢球能否掉进筒中，必须满足的一个条件就是硬纸片的加速度至少大于钢球的加速度，是否满足这个条件，从外力来说，当然弹片对硬纸片的打击力越大越好；从A、B系统来说，决定的因素是B对A的摩擦力，只有当使A加速所需要的摩擦力大于B对A所能施加的摩擦力时，A、B之间才可能相对滑动，钢球才可能掉进筒中。即使A、B之间有了相对滑动，钢球的加速度a_A也不可能太大，否则仍可能掉出筒外。而钢球的加速度a_A竟与质量无关，最后起作用的是A、B之间的动摩擦因数！换句话说就是，若A、B之间足够光滑的话，钢球才有可能掉进筒中，否则不然，而不管钢球的质量如何。这就值得思考了，因为我们知道质量是物体惯性大小的量度，一个演示惯性的实验，能否得到所期望的现象，竟与物体的惯性大小无关，而是由与惯性无关的摩擦来决定，这难道说得过去吗？这使得我们不得不要考虑它作为惯性演示实验的合适性问题。类似的大同小异的例子还很多，也都被用来说明惯性的存在和作用。事实上，这个实验真正能说明的倒是冲量定理！用于作惯性的演示实验，不仅存在前面所讲的问题和影响因素过于复杂的问题，而且对学生的前概念没有多少针对性，学生很容易用肤浅的“那是由于惯性”等说法对付所有这一类现象。　　

2、与摩擦有关的实验释疑　　

　　　　　　　　　　　　人教版教材设计的演示摩擦力实验，是利用弹簧测力计来研究摩擦力的变化情况，如图甲所示，该方法结构简单、操作方便。但实验中用手拉弹簧，由于手的拉力不是均匀变化的，在拉动木块时既要保证测力计始终水平又要使木块匀速直线运动,很难做到，因此实验现象不明显，教学效果甚差。而乙图中，木板拉动起来后，木块P达到稳定状态（相对地面静止），此时，滑动摩擦力等于弹簧弹力，之后无论木板加速、匀速还是减速运动，都不影响滑动摩擦力大小，所以可以稳定地读取弹簧弹力，且理论上能保证弹力等于滑动摩擦力。　　

相对运动趋势的方向是很难观察到的。学生理解起来难免会吃力。如果采用毛刷动手演示，学生就会一目了然。如图所示，毛刷放在桌面上，用力拉毛刷，毛刷虽静止，但毛刷向左弯曲，它表面静摩擦力的方向是向左的。　　

每个学生都可以做一个自己去体验。所需的材料只是　　

一个气球、一个有孔的橡皮塞和一块泡沫塑料。将泡　　

沫塑料加工成圆盘形，在其中间开一个小孔，孔的上　　

半段较大，可使橡皮塞刚好塞进孔中；孔的下半段较　　

小，以免将气球内的空气很快放完。实验时将气球吹　　

足气，捏住出气口将气球套在橡皮塞上，再将橡皮塞塞进泡沫塑料圆盘的孔中，将圆盘放在平滑的桌面上，松开气球的出气口，圆盘就会被从下面小孔中喷出的空气托起，轻轻一推，它就可在桌面上接近匀速地运动。　　

3、与振动和波有关的实验释疑　　

本文开篇所述的关于波的“手抖绳”演示实验，为什么有的老师拉着绳子的一端上下摆动了老半天，却只见整条绳子在摆动，而不见明显的波呢？　　

　　　　　　一是：用手抖动软绳之后，绳传播的运动状态很快消失，不能长久保持绳波传播的运动状态。二是：由于绳波经固定端反射回来与原波叠加形成驻波，故演示效果一般不太好。[改进演示]把一条长4m卷动窗帘带珠子的拉绳拉直放在教室内的走道地板上，一位同学把拉绳的一端紧按在地上不动，教师手握拉绳另一端，在水平方向上，左右抖动拉绳。经过上述操作后，在地上可以清晰地看到绳波传播的运动状态。若教师手握拉绳一端，在水平方向上，左右抖动半个周期后停止，清晰的看到半个波长的波形由波源向远处传播。若教师手握拉绳一端，在水平方向上，左右抖动一个周期后停止，清晰的看到一个波长的波形由波源向远处传播。经过改进后，可以实现更多的实验目的，学生直接参与实验，互动效果好，且可长久保留波的运动状态，便于观察分析，印象深刻。　　

　　　　　　我们都有这样的经验：用如图所示的装置来演示共振，则发现拉开驱动摆再释放后，需要等较长的时间才可看到，摆长与驱动摆A摆长相同的B和C两个摆振幅最大，摆长与驱动摆摆长相差最大的D和E两个摆振幅最小的实验现象。但稍后这种格局即开始变化，使教师不得不赶紧将整个演示停下来。究其原因，首先是因为有关的摆长很难调得一致，从而产生“拍”的现象；其次是驱动摆的驱动力是通过张紧的挂单摆的绳子传给其他摆的，而其他摆一有振动也同样可以通过绳子影响驱动摆的振动，这样相互影响，使得问题变得很复杂；此外挂单摆的绳子的松紧程度影响着能量沿绳子的传播快慢，适当放松张紧的绳子，可以加快能量的传递，缩短开始等待的时间。　　

但是，其他的问题依然存在。因此，若改用长短不一的细线各栓一个回形针后固定在一支铅笔上，演示时手握铅笔的一端微微振动，回形针也随之摆动，哪个回形针摆幅最大则由驱动的频率决定。这样演示颇为生动有趣，但缺点是演示时驱动力的频率是由演示者把握的，如何能使学生建立振幅最大的摆的自由振动频率与驱动力频率的联系还是个问题，但是这个简易装置极其简易，每个学生都可以当堂自制一个自己亲自来体验什么情况下摆的振幅最大，从中不难发现出共振的条件。　　

4、与热学有关的实验释疑　　

　　　　　　观察布朗运动的实验，用一台显微镜让所有的学生都来观察，课堂上又没有更多的时间；用多台显微镜又不可能。所以一般都是老师在黑板上讲解实验现象，课堂教学效果不理想，学生的学习积极性受到影响。若用激光器观察布朗运动其演示效果就很好。把1只废旧白炽灯泡的底座取掉，将内部的灯丝取出，用水将内外清洗干净，再在灯泡内装满纯净的水；打开激光器，激光通过灯泡射在白色墙壁(有屏幕更好)上，此时在墙壁上会出现一个较大的光斑(光斑的颜色与激光器发出的光的颜色相同)。这是因为玻璃和水的折射率大致相同且又比空气的大，这样装满水的玻璃灯泡就相当一个凸透镜，它具有扩散光束的作用。将少许淀粉撒入玻璃灯泡中的水里，我们立即就会在墙壁上观察到在光斑中有很多微小的发光点在不停地做无规则运动。这是由于液体分子无规则运动从各个方向撞击悬浮在液体中的微小淀粉颗粒，从而引起这些微小颗粒的无规则运动。这些无规则运动的微小颗粒经过扩散的激光束照射，成为一个个不停地运动的光点而映现在墙壁上，这就是布朗运动。注意淀粉不能撒得太多，撒多了光斑很暗，光点的运动也看不清楚。如果我们将玻璃灯泡里面的水倒去一部分，再加入一些热水，发现光点的运动明显加快了。由此更能使学生认识到分子运动随温度的升高而变得更加激烈。　　

　　　　　　中学物理教学中演示固体间分子引力一般采用的是将两个铅圆柱块压紧在一起后不易拉开的方法。这样实验要想令人信服的话，一是最好只用两手用力挤压而不要借助工具，因为若是学生的印象是用两个铅块被压成一块了的话，就没有必要这样做，随便找个物体直接一拉不就得了？而且，两铅块压在一起后，要能抗得住一定的拉力。因为，有学生可能会认为，两铅块压在一起后之所以不分开，是由于大气压的缘故，类似马德堡半球。这种怀疑不是没有道理的，只有通过实验才能解开他们的疑问。　 　　　这样一来，对实验的要求就更高了。首先，要将两铅块接触面的氧化层用玻璃或刀刮去，要注意向同一个方向用力并尽量将两接触面刮平，对两铅块施压时不要采取两个接触面对压的方法，而要按照图所示的箭头方向用力推压，逐渐增大两铅块的接触面。这样压好以后，一般可以承受10N的拉力。而拉开铅块后，从其上的印痕可以看出，两铅块压紧时的接触面积一般都很小，可以估算出远远小于　1cm　²。因此足以说明是分子间的引力在起主要作用。笔者按上述方法处理和压紧两铅块后，最大曾吊起过半桶约　5kg　的水。这样就更令人信服了，老师们不妨一试。　　

5、与静电有关的实验释疑　　

用摩擦的方法起电，带电体往往是绝缘体，如何将它所带的电荷转移到验电器或其他物体上去呢？人们自然想到使它们相互接触，如将已起电的有机玻璃棒与验电器的导电球接触，使验电器带电。但是，做过这个实验的老师一定会有这　 　　　　　样的体会，仅仅将棒与导电球接触往往不易使电荷转移到验电器上去，特别是在天气较潮湿时更是如此。而若照如图所示使棒在导电球上转动摩擦几下，往往可使验电器带上足够多的电荷。这是什么原因呢？实际上，大家知道，作为绝缘体，它带电的情况与导体大不一样，绝缘体所带的电荷是以束缚电荷的形式出现的，因而不能象导体上所带的电荷那样可以自由移动、以传导的方式实现电荷的转移。试想，如果绝缘体上的电荷可以通过传导的途径转移，那么从电荷产生伊始，它不就可以通过我们的持棒之手跑掉了吗？哪里还谈得上转移电荷呢？实际上，带电的绝缘棒与导体接触后，导体上所得到的电荷是通过放电的形式转移　 　　　　　而来的，即金属中的电子在强电场的作用下从金属表面逸出。导体表面电荷集中的尖端部分最易发生这种放电现象。如图所示，在验电器导电杆上插一表面光滑的薄金属板，用带电的有机玻璃棒或者橡胶棒靠在金属板面上来回移动摩擦数次后移开棒，发现验电器并未带上电荷，但若将棒靠在金属边缘上刮擦一次，即可使验电器带上电荷。这正是由于金属板边缘电荷集中，电场较强，容易产生放电之故。事实上，在天气干燥时，只要将带电棒靠近金属板边缘而并不与之接触，就足以使验电器带上净电荷。若在此过程中细听，可听到带电棒与金属板边缘之间有“喳喳”的放电声，这个实验是很说明问题的，前述的将带电棒在验电球上转动摩擦，其作用也正是促进放电的发生。　　

     综上所述，通常我们通过接触可以实现绝缘带电体上电荷的转移，但其本质上不是传导而是放电。对于这个问题的正确理解，有助于我们把握静电实验的成败关键，提高实验的成功率。如利用法拉第圆筒演示静电平衡时电荷只分布在导体外表面的实验，许多物理老师感到棘手，主要是将验电球从内壁取出后，验电球上也常常带有电荷。发生这种现象的原因大多是，圆筒与验电球之间产生了放电（圆筒内壁若存在尖端部分也会显著地影响试验结果）。在验电球从圆筒筒口经过时，它与筒口边缘之间，最易发生放电，从而导致验电球带电。为此，可采取适当扩大筒口特别是对筒口边缘进行磨光处理的措施，同时选用合适的验电球和注意操作，就可以保证实验的成功。　　

6、与恒定电流有关的实验释疑　　

正确地选译择仪器和电路的问题，有一定的灵活性．解决时应掌握和遵循一些基本的原则、即“安全性”。“精确性”、“方便性”和“误差小”、“仪器少”、“耗电少”等各方面要综合考虑．灵活运用． 　　

　　　　　　如何选择滑动变阻器的接法设计控制电路是教学中的难点。　 　　　

①限流法.如图（a）所示，待测电阻上电压调节范围为　 　　　.显然，当R₀<<R_L时，在移动滑动触头的过程中，电流的变化范围很小，总电流几乎不变，U_L也几乎不变，无法读取数据；当R₀>>R_L时，滑动触头在从b向a滑动的过程中，先是电流表、电压表的示数变化不大，后来在很小的电阻变化范围内，电流表、电压表的读数变化很快，也不方便读数，只有当R_L与R₀差不多大小时，才能对电流、电压有明显的调控作用.在同样能达到目的的前提下，限流法较为省电，电路连接也较为简单.　　

②分压法.如图（b）所示，待测电阻上电压调节范围为0～E，且R₀相对于R_L越小，R上的电压变化的线性就越好.当R₀>>R_L时，尽管U_L变化范围仍是0～E，但数据几乎没有可记录性，因为在这种情况下，滑片从左端滑起，要一直快到右端时，电压表上示数一直几乎为零，然后突然上升到E，对测量几乎没有用处.因此，分压接法要用全阻值较小的滑动变阻器。　　

下列情况必须选用分压式接法　　

（1）要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时（如：测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路），即大范围内测量时，必须采用分压接法.　　

（2）当用电器的电阻R_L远大于滑动变阻器的最大值R₀时，必须采用分压接法.因为按图（b）连接时，因R_L>>R₀＞R_ap,所以R_L与R_ap的并联值R_并≈R_ap，而整个电路的总阻值约为R₀，那么R_L两端电压U_L=IR_并=　 　　　·R_ap，显然U_L∝R_ap,且R_ap越小，这种线性关系越好，电表的变化越平稳均匀，越便于观察和操作.　　

（3）若采用限流接法，电路中实际电压（或电流）的最小值仍超过R_L的额定值时，只能采用分压接法.　　

下列情况可选用限流式接法　　

（1）测量时对电路中的电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且R_L与R₀相差不大或R_L略小于R₀，采用限流式接法.　　

（2）电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压式接法的要求时，采用限流式接法.　　

（3）没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时，可考虑安装简便和节能因素优先采用限流式接法.　　

7、与电磁感应有关的实验释疑　　

　　　　　　高中物理课本中有一个验证楞次定律的演示实验，但是用学校的仪器来做，其效果很不好。原因是通过单匝铝框的磁通量变化较小，产生的感应电动势和感应电流不大，因此感应电流的磁场不强，原磁场与感应电流的磁场作用力不大。　　

改进方法：用直径为0.5ｍｍ左右的漆包线，绕制两个匝数各为50～100匝，直径为8ｃｍ左右的圆形线圈，其中一个线圈将线头上的漆刮掉，把两个线头连接起来形成一个闭合线圈；另一个不连接成闭合线圈，将两个线圈都用透明胶布或细线绑紧。再把楞次定律演示器上两边的铝环取下，分别换上两个线圈，如图所示，这样演示器就改好了。如果两边不平衡，可以在较轻的一边多绑一些透明胶布或其它物体，直到调整到平衡后再进行实验。　　

改进后的线圈由１匝增加到ｎ匝，在相同的磁通量的变化情况下，感应电动势由原来的E增加到nE。而由于整个线圈的总电阻也增加到原来的n倍，所以每一匝线圈中的电流强度没有增加，但是n匝线圈中的感应电流所产生的磁场叠加起来，就使总的感应磁场大大增强了，从而增大了感应磁场与原磁场的相互作用力，因此，实验效果非常明显。　　

　　　　　　我们可以用一个简单的装置来演示电磁驱动与电磁阻尼。用磁铁（最好是钕铁硼材料的强磁铁）做一秋千，把一铝板（或铜版）放在秋千的下面，如图。首先证明磁铁和铝板是不相互吸引的，调节摆线的长度，使磁铁与铝板间的距离大约在　1cm　左右。　　

（1）电磁驱动。水平推动铝板，使铝板相对磁铁发生靠近或远离的相对运动，磁铁秋千也随之运动。铝板向右，磁铁也随之向右；铝板向左，磁铁也随之向左。　　

（2）电磁阻尼。让磁铁秋千做单摆运动，它将在平衡位置附近持续运动一段时间后缓慢停下来。把铝板放在磁铁秋千的下方，运动的磁铁很快停下来。　　

（3）共振。铝板与磁铁秋千相对运动时，铝板对磁铁秋千施加了一策动力，当铝板推动的频率与磁铁秋千的固有频率相同时，秋千摆动的幅度最大。　　

8、与光学有关的实验释疑　　

常规的光学演示实验有两种做法:第一种是如教材所示用手电筒作为光源在教室演示;第二种是用激光发生器作为光源在暗室中演示。这两种方法的弊端很多。其一:手电筒的发光呈发散状,光能较为分散,在演示光发射和光折射时可视性差,实验现象不明显;其二:在暗室中作实验学生的管理是个问题,另外暗室中的光线也不利于学生记笔记。　　

光的传播实验改进：在暗室里将一束光射到空气中，观察光在空气中的传播径迹。存在的问题是不适合在教室演示。【实验的改进】点燃一根蚊香放在空矿泉水瓶口，当矿泉水瓶内烟雾缭绕时，用激光笔从瓶口让激光穿过烟雾，一条清晰的直线光路在空气中就显现出来了。　　

光在水中传播的实验改进：在暗室里将一束光射到水中，观察光在水中的传播径迹。存在的问题是不适合在教室演示，且光在水中的传播路径不明显。【实验的改进】在装满清水的矿泉水瓶中滴入几滴牛奶或在水中混入适量肥皂水，使水呈轻微的浑浊状态，再用氦氖激光等光源射向水中，此时从侧面可以看到一条笔直的光路。　　

光在透明固体中传播的实验改进：直接用激光笔从侧面对准不含果肉的果冻射去，能清楚的看到在果冻内有一条直线光路。　　

　　　　　　凸透镜成像实验的改进：该实验用点燃的蜡烛做发光体，实验效果不甚理想，原因是：蜡烛燃烧后，焰心、光心和光屏中心就会不再在同一高度，影响像的位置，且蜡油流到器材和桌面上难清理。【实验的改进】用多个发光二极管做成某一字母的形状，如“F”，作为光源。　　

　　　　　　本文开篇所述的关于“光电效应”演示实验，为什么效果不好呢？原因是：锌板被紫外线照射后，虽然从理论上讲能使锌板释放电子，但在非真空条件下，由于空气电离在锌板的周围形成一层空间电子云，这层电子云严重地阻碍了光电子的运动。若用伦琴射线代替紫外线进行该实验，能够较成功地演示光电效应。因其射线波长是几十到几百埃，能使光电子获得较大的初动能，从而能够克服电子云的阻碍。现将此方法介绍如下，如图所示。将事先用砂纸擦净不带电的锌板固定在验电器金属杆上，验电器指针张角为零。将演示用的伦琴射线管（J2512型）固定在铁架台上，并且离锌板距离为10cm左右。接通电源，伦琴射线照射锌板，验电器指针张开较大的角度（约45度左右）。断开电源，伦琴射线停止照射，验电器指针张角仍然不变。然后，用跟丝绸摩擦过的有机玻璃棒（带正电），靠近锌板，发现验电器指针张角变大。这说明锌板在射线照射下，失去电子而带正电。用这样的实验来说明锌板发射光电子的物理过程是比较确切的。能让学生清楚地认清了光电效应的本质特征和规律。　　

三、如何提高解决疑难实验问题的能力　　

从事任何学习与研究，只有抓住问题一个一个地、扎扎实实地钻研下去，才可能掌握到真正属于自己的知识、练就出独立解决问题的能力，这里不存在投机取巧的捷径可走。疑难实验的学习与研究也不例外。但在扎实努力的前提下，如何才能举一反三、活学活用，则是我们大家所希望的。为此，要求我们在学习和研究的过程中，不仅要针对教学的需要，一个一个地解决问题、积累知识和经验，而且要善于透过具体的疑难实验的研究，发现共同的、规律性的东西。具体来说，研究疑难实验，了解和掌握尽可能多的有关前人研究的资料信息是很有必要的，但一定要特别注重从众多的表面差别甚大的实验装置中发掘和把握其中蕴含的实验方法。因为实验方法是物理实验的灵魂，深入不到实验方法的层次就驾驭不了疑难实验。疑难实验之所以成为疑难，说到底，就是尚未找到满意的实验方法。许多漂亮的实验方法不仅提供给我们化解疑难实验所需的知识和技术窍门，而且更重要的是可以给予我们智慧的启迪和激励，使对它敏感、勤于思考的人获得创造性地解决问题的能力。如，对于光通信，学生很感兴趣但觉得挺神秘。如何用实验来演示光通信的原理，听起来似乎不简单。而用如图所示的光通讯演示实验装置，在手电筒中串联一个电感，再将要传递的音频信号通过隔直电容加于电感两端，原来稳定的发光的小灯泡的亮度就会随着输入的音频信号的变化而变化。这样就实现了用音频信号对光的调制，也就是使电筒射出的光束中包含了要传递的信息。因此，若在另一端用光电池接受光束的照射，就可得到与传递信号变化　 　　　　　规律相同的电信号，从而实现了解调的过程。演示时，从一个信号源发出的信号，可在另一端的接收机上得到，而传递信号的载体却是光，这样就突出了实验的原理，使学生只需要透过较少而且他们比较熟悉的技术细节就可以领悟实验的过程及其原理。像这样的实验简单直观，痛快淋漓，淋漓尽致，不拖泥带水的实验方法！简直是一种智慧的熏陶和享受！　　

此外，还有几个问题在疑难实验的学习和研究中也是需要加以注意的。　　

1、必须高度重视对疑难实验的学习和研究。　　

由于众所周知的原因，目前在不少中学，仍存在着不重视实验的教师仍能受到重视、实验技能低下的教师也能成为教学骨干甚至“教学能手”的不正常现象，这就误导了优秀教师的标准。因为对中学物理教师而言，不象大学教师那样有专业方向的分工。虽然，不同的教师都因个人的特长而会形成自己独特的教学风格。但具有较强的实验教学技能和一定的实验研究能力是对每一个中学物理教师的基本要求，更不用说对优秀教师了，只会凭空口讲实验、用粉笔在黑板上“做实验”的教师就不是一个真正合格的中学物理教师，因为这样的教师在基本的教学技能上尚未达标。　　

2、实验研究需要教育理论的指导。　　

作为教学的物理实验，除了要有物理理论的根据、反映物理思想外，还要符合教学原则、反映教学思想。这个问题比较复杂，不容易三言两语说明白。但是，有一点是可以非常明确地提出的，那就是通过实验的教学应用，应该有效地促进学生的有意义学习过程，避免机械学习过程。这应该成为贯穿整个教学物理实验设计与改进过程始终的教学思想。所谓的“有意义学习过程”，是与“机械学习过程”相对应的，它的实质“就是符号所代表的新知识与学习者认知结构中已有的适当知识建立非人为的（非任意的）和实质性的（非字面的）联系。”这就要求我们在教学中，要特别注意将新知识的传授与学生已有的概念和理解联系起来，在学生原有认知结构的基础上设计和组织我们的教学。否则学生头脑中充斥的多是些靠模仿和记忆得来的东西。物理教与学都被降格成在头脑中发生的“机械运动”，就只能是徒有智力活动的虚名了。本来，物理实验在教学中的地位受到肯定的重要原因之一，就是它具有培养学生能力的教育功能。但从功能到变为现实之间还需要有精心的实验设计和有效的教学过程。否则，机械学习在实验学习的情境下照样可以大行其道。例如，滑线变阻器是一个中学物理实验中最常用的仪器之一，学生自己使用和看老师使用的次数应该不算少。但即使是在大学生中，不能正确地自己独立使用它的人仍不少。因为他们在以往的学习中，知识照方抓药、依葫芦画瓢地对着那些实验讲义或练习册连线，根本就没有弄懂这样一个并不复杂的仪器的结构、原理和各个部件的功用。这样的机械学习怎么能产生培养能力的效果！　　

3、要以科学的态度对待疑难实验的学习与研究。　　

科学态度首先是实事求是的态度，那种当学生时抄实验数据作弊、作老师时由于自己的无知使实验失败却欺骗学生是仪器不好的倾向，是阻碍自己提高的最大障碍。此外，在实事求是的前提下，科学态度还应表现为批判性的态度。疑难实验的研究是在不断发展的，没有一成不变的释疑方法，需要不断创新。即使一些很出色的解决方法，可能它们保持先进地位的时间要长一些，但也要用批判的眼光去消化、吸收它，囫囵吞枣式的学习是难以获得真知的。要成为一个有创造性的优秀教师，真正重要的是要培养自己敏于发现并抓住问题、勤于分析研究问题和善于解决问题的能力。　　

只要我们做个有心人，处处留心，就会创意无限！　　

作业：请您列举一则在教学实践中遇到的疑难实验，分析其物理过程，剖析产生疑难的主要原因，并说说您的解决方案。（500－1000字，有图）。　　

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