第 四 期

    1.R－t关系演示器                                  柴桥中学    叶向阳
    金属导体的电阻率随着温度的升高而增大，其导电性能变差，而某些材料则相反，随着温度的升高其导电能力会急剧增强（如半导体材料）。本器运用大功率白炽灯泡的钨丝和2CZ型整流二极管作为感温材料，通过对两种不同材料的短暂加热而引起小灯泡亮度明显的变化，由此显示R与t的关系。
    制作与使用要点：⑴ 取灯泡的钨丝时须注意安全，为防止灯泡爆裂时伤人，可将灯泡放入厚实的塑料袋后用锤击碎。⑵ 加热的热源以酒精灯为好，因其焰温高且无烟尘，能保持感温材料洁净。

   
    2．楞次定律演示器                                 柴桥中学    叶向阳
    原理简介：因螺线管内的磁通量发生变化而产生微弱的感生电流时，通过4个晶体三极管的放大作用，使两组共6个LED（发光二极管）交替发光，感生电流的方向则由红、绿两种不同的色光来显示，整个演示过程无需接入演示电流表。

    3．风力发电机模型                                 柴桥中学    叶向阳
    现行初中《科学》教材第三册《风》这一节中，在阐述了风的成因、方向、级别等知识后设了“风能为我们做些什么有益的事？”的思考题。让任课教师们感到缺憾的是：在许多学生都能正确地回答“风可以发电”的情况下，却无法适时地插入相应的随堂演示实验……本模型填补了上述的空缺。
    由于选用强磁电动机，传动速比也较为合理，且主要部位均安装了微型滚珠轴承，大大减少了能量的损耗，故本模型具有启动风力小，红、绿LED光色醒目等特点。
    本模型还可在《电磁感应》、《能量转换》等内容的教学中作为演示器具。
    制作要点：⑴ 风轮与电动机的传动速比以1∶3为宜。 ⑵ 为使风轮有一定的转动惯量，四片轮叶用厚度为1.5—2㎜的有机玻璃板制作。
                        （相关文章发表在2005年12月6日《动手做》报上）

    4．（改进后的）人体杠杆系列模型                   柴桥中学    叶向阳
    无论是以前的人教版《物理》，还是现今的《科学》，初中教材“简单机械”中无不提及人体杠杆的问题。教材中虽有人体姿态各异的插图，但在无教具的情况下，让对人体生理解剖知识知之甚少的初中生去找杠杆的五要素，实在是勉为其难；教师授课恐也有“徒手舞剑”之感。本教具制于三年之前（本栏目第一期作已过介绍），整套教具由“脊梁”、“前臂之一”“前臂之二”3个杠杆模型组成。现将改进部分作一简介。
    ⑴ 为突出杠杆的要素，在原基础上添置了双色LED，使杠杆与人体模型几个要素的对应性更强。⑵ 杠杆与人体模型之间设置了联动杆，能使两者作同步运动，人体杠杆的动作更加形象。
                 （相关文章发表在2006年第3期《中国教育技术装备》杂志上）

    5．匀速直线运动演示仪                           柴桥中学    叶向阳
    匀速直线运动是一种简单而特殊的运动形式，但要做好这个演示实验却并不简单。部分学校有气垫导轨、气泵等，其演示效果固然不错，然而大多数初中无此设备，这给《科学》相关内容的教学带来了困难。那么有没有简易而实用的教具可代之呢？回答是定的，关键是须有一个匀速运动的“源头”（或称之为“匀速运动发生器”吧。）
    ⑴ 构思和组件：   
    ①“源头”的选定   在较长一段时间里，笔者一直在寻觅一种合意的器械作为匀速运动的“源头”，经无数次选择、实验、观测和记录（仅机械、电动类玩具就不下五六种），最后发现废弃的录像机和录音机机芯是极好的“匀速运动发生器”。我们只要稍留意就会发现：正常的机子在运转中，一旦转速发生微小的变化，其视频及音频立即失常——失真的图像与声音使我们的感官无法接受（盒式录音机磁带的正常带速是4.76㎝/s）。可见这两种电器对稳速的要求是非常高的。两者相比，后者更具有来源广泛（许多学校都有报废的盒式录音机芯）、机身轻巧，工作电压低等优点，因此制作中可选定它作为本教具的主件。 ②轨道  为了保证小车直线运动，可将其四轮嵌入薄型有机玻璃铺成的简易轨道中。  ③牵引  由于机芯上的电机附有性能优良的稳速电路，这为牵引带（磁带）牵引着小车在轨道上作匀速运动提供了可靠的保障。 ④自动断电机构  为使处于60㎝高处、被电磁铁吸引的小钢球自动下落，在小车和轨道基板上安装了由微型干簧管、钕磁铁甲、钕磁铁乙组成的自动断电机构 。当带有干簧管、钕磁铁甲的小车经过基板一侧的钕磁铁乙时，干簧管所处的合磁场强度为零，管内两个触点因失磁而相互脱离，导致电磁铁无电流，钢球失去电磁铁的引力，在重力作用下落入车面上的小杯子中。 
    本演示仪由于应用了机械机构完好的录音机芯、强磁性的钕磁铁、TDK c－60磁带、动态彩色指示灯等元件，故具有匀速性能优良（保持2㎜/0.02s的恒速）、体积小、无噪音等特点。
    ⑵  主要功能：
    ①显示匀速直线运动现象，使学生对这种运动形式有一种感性认识。 ②演示物体的惯性   钢球从作匀速直线运动的拉杆顶部落下，由于惯性，水平方向仍保持匀速直线运动状态，其速度大小和方向与小车上的小杯子一致，故钢球就（不前不后）落入电磁铁正下方的小杯中。③演示运动的合成    钢球离开电磁铁后即在空中作平抛运动，其之所以仍落入正下方的小杯中，是因为平抛运动是由沿水平方向的匀速直线运动和竖直向下的自由落体运动合成的。
    ⑶ 选料要点：
    ①作为牵引带的盒式磁带应选择抗拉性较强的品牌磁带，忌用杂牌带子以及C－120、C－90等带基极薄的产品，以免在使用中遭遇断带的尴尬。 ②若无体积适用的钕磁铁，也可用普通磁铁代替，如文具盒的搭扣里就有现成的磁铁，但其磁性较差。
   （相关文章已于06年6月初通过《物理实验》杂志编辑部审阅，将在该刊发表）

    6．超重、失重演示器                              柴桥中学    叶向阳
    将一个量程为5N的演示弹簧秤稍作加工，添上少许自制的附件，就成了一架轻巧、省时、能见度高、效果显著的超重、失重演示器。
制作要点：⑴ 利用低密度海绵块（取自某些仪器的包装盒中）弹性适中的特点，制成超重和失重时的记忆标志，标色后将其置于指针上下的必经之处。⑵ 因嫌原指针尺寸太小，能见度不足，故用厚度为2 ㎜的红色有机玻璃制作一个较大的“凸”字形指针，用铆钉铆合在原指针上。
    使用：手提演示器的拉环，将质量为200g的钩码挂在演示器下端的金属钩上，使钩码静止不动，此时红色的指针约处于“2N”的刻度线上。然后将指针下方粘有红色塑料片的海绵块移向指针，使海绵块的上表面恰好碰到指针。紧接着，迅速向上提起拉环，使钩码随着演示器往上作短暂的加速运动。几乎同时，我们可看到红色海绵块被指针推向下方并在某一刻度线上停下，而此刻度读数已远远超过“2N”（F＝G＋ma），十分清晰地显示了钩码在向上作加速运动情况下的超重现象。
    手提拉环，使演示器处于较高的位置静止不动，指针仍指向“2N”处。将粘有蓝色塑料片的海绵块往下移向指针，并让海绵块的下表面恰好碰到指针。然后突然让演示器自由下落（此瞬间手指穿过拉环但不接触拉环），此时可看到指针将蓝色海绵块推向上方并在“0”刻度线上停下（F＝G－mg）。同样，这个过程能有效地反映出钩码在向下作加速运动情况下的失重现象。

    7．IC多控传感演示仪                            柴桥中学    叶向阳
    尽力提高每一件产品的“性价比”，这是厂商们十分关注的事。其实教具制作中也有同样值得思考的问题。本教具应用价廉物美的集成电路NE555 (也可用国产SL555 )，使电路结构大为简化，制作费用也随之下降。仅用少量的外围元件就可制成一台集光控、温控和磁控于一体的、声光并茂的多控传感演示仪，十分宜于高二物理《传感器的简单应用》一节的课堂教学。
    制作要点：⑴ 因集成块 NE555体积较小，故在引脚（实用六只引脚）上焊接时动作须迅速，以免烧坏。⑵ 磁控电路中的磁铁最好用钕磁铁，因其磁感应强度远远超过镍钴磁钢。⑶ 因本教具工作电流极小，故电源可用体积较小的9V叠层电池。
                      （相关文章发表在2005年1月4日《动手做》报上）

    8．水火箭                                        柴桥中学    叶向阳
    现行高中《物理》、初中《科学》教材都要求学生在学习相关物理知识的同时开展探究水火箭的活动。事实表明，制作、调试、发射水火箭要涉及到许多物理知识，这过程也是激发学习兴趣，发扬探究精神，培养动手能力的过程。
    这里介绍的两个水火箭，塑料饮料瓶的容积分别为2500 mL和1250mL。
    制作要点： ⑴ 为减小水火箭自重，确保瓶体内有较高的气压，同时又有足够的水量从瓶口高速喷出，瓶内所盛水的体积可在瓶子容积的40%－50%之间调整。⑵ 尾部的稳向翼可用φ2mm的空心铜铆钉铆合，整个尾部用504粘合剂与主体粘接。⑶ 瓶盖上的气门用整套的自行车气阀，为增强气密性，在安装时应再加一层薄型橡胶垫圈。⑷ 考虑到安全问题，初次发射时不可一味追求射程和高度，瓶内气压不要太高。待积累了一定经验，初步掌握了性能后，再逐步增大气压。如竖直发射，则可用铁架台改制一个发射架。⑸ 不要用再生塑料制成的和带棱的饮料瓶，应选用大品牌、手感较柔软而厚实的饮料瓶。

    9． 摩擦力演示仪                                柴桥中学    叶向阳
    ⑴ 功能： ①演示滑动摩擦力的方向。②验证“摩擦力的大小与正压力成正比。” ③验证“摩擦力的大小与两个接触面的材料和表面粗糙程度有关（摩擦系数）。”④验证“在其他条件相同的情况下，滚动摩擦力小于滑动摩擦力。”
    ⑵ 结构：①长木板  在长度为800㎜的木板上铺设长400㎜的薄型低密度海绵和有机玻璃板各一块，长木板的一端装有精致小滑轮。 ②滚柱   φ100㎜、高度等于木板宽度并带有牵引架的木质圆柱体。 ③塑管板  表面装有30根长为50㎜红色塑料细管的矩形木板，形似洗衣刷。
    ⑶ 使用：①用手将塑管板轻按于海绵上并慢慢移动，塑料细管弯折的方向即为塑管板所受的滑动摩擦力的方向。②卸下滚柱上的牵引架，在滚柱一端的圆周上拧一只羊眼圈，将滚柱竖放在长木板上，挂上弹簧秤，牵引滚柱作匀速运动，可读得f滑。接着由小到大在滚柱上放置质量不同的砝码，再牵引滚柱作匀速运动，可得到“摩擦力的大小与正压力成正比”的结论。③让滚柱在两种不同的材料上滑动，其结果告诉我们：“摩擦力的大小与接触面的材料和粗糙程度有关。”④将滚柱卧放在长木板表面，先用弹簧秤牵引滚柱滚动，然后在滚柱一侧的制动孔上插入牙签，再次牵引滚柱，此时滚柱由滚动变为滑动。由弹簧秤先后两次读数答出“在其他条件相同的情况下，滚动摩擦力小于滑动摩擦力。”的结论。

    10．（改进后的）涡流演示器                      柴桥中学    叶向阳
    本栏目第一期已作过介绍，现将改进部分作补充说明。
    ⑴ 将原荡板下部的镍钴磁钢改为强磁性钕磁铁，使涡流更强，荡板更易起动。⑵ 改荡板上纸质卡通人为自制立体小动物。⑶ 原先小车上是单一的铜板，现增设了规格相同的铝板和铅板，使本器在演示涡流的基础上添加了演示“不同的金属材料导电能力不相同”的功能。
   （相关文章发表在2004年第12期《教学仪器与实验》杂志

    11．力的合成演示器（2台）                     柴桥中学    叶向阳
    现行高一物理教材第一章第五节《力的合成》的教学中，教师们十分重视P12的演示实验，这是因为做好此实验，不仅有利于学生理解和掌握这一基本知识点，同时也为下一步学生自主性的分组实验作好垫铺工作。
    但是目前作为产品的这一教具尚有某些不足。笔者根据课堂教学的需求，以教材图1－26为蓝本，制作了两台《力的合成演示器》。
    制作要点： ⑴ 为减少摩擦损耗，合力和两个分力处均安装了内径为5mm的微型滚珠轴承。⑵ 用不同颜色的涤纶线表示合力和分力。⑶ 若用磁性黑板作为本器的基板，则圆形彩色磁片（文具店有售）可作为演示时十分合用的辅助用品。

    12．共振台                                      柴桥中学    叶向阳
    以前笔者曾用直流小电机及小型凸轮制作过一只效果不错的按摩盒（发表在03年9月上海的《动手做》）。受此启发，继而寻思是否可通过控制电机转速来调节振动频率从而制作一个共振器呢?
    ⑴ 制作要点： ①台板  取一块350mm×200mm的九夹板作为台板，在台板的一侧安装一只带有铅质凸轮的电动机，电动机的转速由耗散功率不小于2W、阻值在50－100Ω之间的线绕电位器来控制。将装有四节1号干电池的电池盒固定在台板上。  ②凸轮  先用刻刀在一块质地细腻的砖头上刻划出一个长20mm、R＝10mm（大头）、r＝5mm（小头）的凸轮阴模，阴模深度3－5mm。取适量的铅块，加热熔化后将液态的铅小心地倒入阴模，待冷却后用锉刀将凸轮毛坯略作修整。在小头圆心钻一个直径等于电机轴直径的圆孔，将电机轴插入此孔后蘸上少许504粘合剂。③振动杆  用圆板牙分别在φ3mm、长度为120mm、180mm、290mm的a、b、c三根铜杆（交电五金商店有售）的一端旋削出螺纹，然后用螺母和垫圈将a、b、c三根铜棒以60mm的间距紧固在台板表面作为振动杆。为增大可见度，在三条振动杆的顶端各扎上红、蓝、白色的穗子。④使用中因振动过烈，共振台会在讲台上大幅度跳动，产生很大噪音并影响振动杆的振幅，为防止出现此现象，可在台板下粘结一块厚约30mm、高密度海绵块。
    ⑵ 使用方法：将电位器调至最大阻值，闭合开关后缓缓调小阻值至凸轮起动，直调至最长的铜杆发生剧烈晃动（共振），而此时另外两条铜杆却“无动于衷”。用同样方法先后使另外两条铜杆发生共振。