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物理大学先修实验室 介绍一

2014-01-28阅读次数:357文章作者:杨帆文章来源:杨帆

物理大学先修实验室的建设以学生发展为本,培养学生的创新思想和创新能力提高学生的学科素养,满足对物理实验有偏爱的教学需要,能利用现代科技新技术新知识的实验方法独立完成综合性实验,能在教师的指导下自主完成设计性创造性实验。同时促进教师专业知识的发展、更新与深化,为教师提供研究实验的平台,并可能取得一定的研究成果。现行设计方案经团队老师不断取舍参观大学的基础上确定。

  • 总体规划

开辟四个实验区,按力、原子物理、电磁、三D打印技术等四区

第一区:以力学实验为主,突出验证性实验、综合性实验。如抛体类实验和轨道类实验,可涉及高一学年的主干知识,突出学以致用同时涉及转动问题等高中设计较少但大学学习的基础理论,完成衔接,如角动量守恒问题,陀螺仪的定向问题(惯性导航)

第二区:以电磁学实验为主,主要磁场问题的研究,电荷的偏转,地磁场的测量以及现在大学流行的插件式实验等,对高二学生学习的补充,同时可利用传感器实验对现在的传统实验进行精细化研究。

第三区:原子物理区,设计分子量级的问题,利用电子显微镜用以研究微观领域。

第四区:3D打印成像技术的学习及使用,此部分是正在兴起的新技术,可以让学生充分发挥想象的空间和电子技术,用以研究受力的特点及分析论证。

 

二、具体内容

1、力学实验

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1)研究物体的运动情况。物体的运动是高中物理的基础内容之一,高中主要涉及匀变速直线运动,常规的实验仪器为打点计时器。但在日常生活中经常遇到的是变加速的运动,基于现在高考物理贴近生活实际应用的特点,本实验室引入了高速摄像机。高速摄像机能够拍摄出物体各个时刻的位置,准确形象的研究物体的位置随时间变化的情况(如图1)。此外还引入了视频雷达测速仪,该仪器能够监测物体的瞬时速度,常用于测量公路上的车辆是否超速(如图2),应用的原理也是高中会学到的多普勒效应。

 

 

2)研究物体的转动情况。物体的转动在高中物理中涉及到的内容不多,除了圆周运动中会涉及到一些简单的概念和原理,而在物理竞赛和自主招生中却是经常用到。因此本实验室引入了研究角动量守恒的如可夫斯基转椅、角动量守恒转台和陀螺进动,学生可以亲身体验角动量守恒所带来的奇特的实验现象。此外还有研究物体转动惯量的滚柱式转动惯量演示仪和旋柱式转动惯量演示仪,展示地球转动的傅科摆(如图3)。

 

3)研究波动情况。弹簧纵驻波演示仪,弦驻波演示仪,环驻波演示仪可以演示纵波、横波、驻波,进而全面的研究波动情况。

4)研究物体受力。传感器中涉及到的力传感器,多用力学轨道,机械能守恒试验器,力的合成与分解实验器,摩擦力实验器等都是可用于定量的研究物体的受力情况。此外还有研究非惯性系中的惯性力的科里奥利力演示仪。

5)能量的转化和守恒。学生自己动手组装的关于能量转化和守恒的实验器材,例如小球的机械能守恒装置(如图4),可以提高学生的动手能力和实验的趣味性。

基于以上的实验器材,学生可以研究物体的各类运动,还可以自己设计趣味实验。培养学生的创新性和动手能力。