“放大思想”在初中物理实验中的应用，本文主要内容关键词为：物理实验论文,初中论文,思想论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
物理实验教学中，有时需要观察一些细微的物理现象，或是测量微小的物理量，或是显现微弱的动态过程。此时，我们就会想办法将这些细微的现象、微小的变化量加以放大，或是转换后再加以放大，使实验现象更清晰，实验效果更明显，便于观察或测量，这就是“放大思想”在物理实验中的体现。我们可以从扩展作用空间、增大观察视角、延长发生时间等思维角度来研究如何实现放大。对于这类问题的研究与归纳，有益于我们体验无处不在的科学思想与科学方法，在思维方式和研究视角等方面会给我们以深刻的启迪。
一、杠杆放大
当杠杆平衡时，根据杠杆平衡条件，满足关系式：
。从这个关系式可以看出，杠杆可以把力或距离进行放大。具体做法是：利用有固定轴的指针作为杠杆，使微小的长度变化或力的变化，作用于指针短臂的末端，而指针长臂的顶端作为实验的观察点，把微小的变化进行放大，设指针长臂和短臂的长度分别为
，则放大倍数
。
图1
例如：探究电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关的实验中，用指针长臂顶端的偏转幅度来显示电磁铁的磁性强弱。如图1所示，指针可用薄铝片或硬塑料片制成，指针短臂的末端处，用双面胶贴上一块圆形薄磁片。当电磁铁的磁性强弱发生变化时，指针偏转的幅度随之发生改变。设短臂末端偏转幅度为△x，指针长臂顶端的偏转幅度△y，则放大倍数
长、短臂的长度之比越大，放大倍数就越大。
二、光学放大
利用单个光学器材或光学器材的组合件，将微小的物理变化进行放大，这就是物理实验中使用的光学放大法。大致可以分成以下几种情况：
1.利用光的直射
光在同一种均匀物质中沿直线传播，根据这一特点，用激光笔可以制作一个简易的光杠杆。如图2所示，激光笔固定在三脚支架上，支架的后脚A与待测物体相连，当待测物体升高或降低一个微小距离△x时，激光笔将转过一个角度，在屏幕上的光点将移动一个较大距离△y，放大倍数
。
图2
例如：演示桌面受到压力作用而发生微小形变的实验。如图3所示，将激光笔固定在粗铁丝制成的三脚支架上，在支架后端处用力压桌面，激光笔照在墙上的光点就会发生明显地移动，激光笔离墙的距离越远，放大效果越明显。
图3
2.利用光的反射
如下页图4所示，入射光线AO照到平面镜MN上，反射光线为OB，当平面镜MN转过一个角度θ时，根据光的反射定律，反射光线将转过2θ，若屏幕到入射点O的距离为D，则反射光线转过的弧长s=2θ×D。
例如：演示磁场对通电导体有力的作用实验。把条形磁铁靠近正在发光的灯泡，钨丝因受磁力作用会发生微小的抖动，但教室中大部分学生很难看清这一现象。如果把这只发光的灯泡放在凸透镜前面，如图7所示，适当调节凸透镜的位置，就可以在屏幕上看到钨丝清晰放大的像，再把条形磁铁的一端慢慢靠近灯泡，同学们都能看到屏幕上钨丝的像发生了非常明显的晃动，这里凸透镜对改善实验的效果起到了关键作用。
利用显微镜、望远镜、实物视频转换器等现成的仪器，能起到视角放大的作用，此处不再详述。
三、转换放大
物理实验中有些微小的变化过程不易观察，也很难直接放大，这时我们就以另外的形式把它显示出来，并且加以放大，这就是转换放大的基本思路。
1.液面升降
一些物理量如压强、温度、体积等发生微小变化时，我们可以把这一变化过程，转化成细玻璃管中液面上升或下降的形式，为了提高实验观察效果，通常把液体染成鲜艳的红色，微小变化的放大效果与玻璃管内径的粗细有关。
图8
例如：一个经典的实验就是观察玻璃瓶的形变。对于柔软的物体受力发生形变，学生都是耳闻目睹的，但对于坚硬的固体也会发生形变，则不太认可。如图8所示，取一椭圆形玻璃瓶，里面装满红色的水，瓶塞中部插入一根细玻璃管。双手用力捏玻璃瓶，细玻璃管中的水柱就会明显上升。细管中增加
2.动态显示
物体位置发生微小移动，或物体发生细微振动时，单用肉眼是很难辨认和捕捉这些现象的。这时，我们可以借助由这些细微变化带给周围物体的影响，来动态地显示与放大所发生的细微变化的效果，如位移或是振动。用来显示的被观察物体，其质量越小、体积越大，色彩越鲜明，动态放大的效果就越明显。
例如：用实验演示声音是如何产生的。当敲击音叉时，学生能听到声音，但看不到音叉的振动。如下页图9所示，将两只相同的音叉靠近在一起，用细线悬挂起一只乒乓球，静靠在音叉乙上。当敲击音叉甲时，看到乒乓球被多次弹起，直到后来音叉不发声了，乒乓球也就不再被弹起。这样音叉的微小振动，就被弹起的乒乓球所转化与放大，学生看到了“真正的”振动，实验效果非常显著。
图9
3.显性转换
有些物理量如电流、电阻、比热容等，我们必须借助它们所发生的一些效应、一些现象的变化，去认识和感知它们，它们本身是隐性的。当这些物理量发生一些微小变化时，我们就应该考虑一种方法，把这种隐性的变化转换成显性的、易于观察和测量的变化过程，并且还要将这个过程加以放大。
例如：演示玻璃加热后由绝缘体转化为导体的实验。如图10所示，灯泡灯芯中的两根金属丝被玻璃隔开，常温下玻璃是绝缘体，我们看到的现象是灵敏电流计的指针不偏转。给玻璃不断加热的过程中，玻璃的电阻会逐渐变小，导电性能逐渐增强，但这些都是隐性的，转换成显性的现象，便是电流计指针的偏转角度在不断增大，直至最后达到满刻度，实验的放大效果非常明显。
图10
四、累积放大
实验中会遇到一些待测的物理量、待观察的物理变化太小，以至于实验仪器无法感知、无法测量。这时，我们首先想到的就是用累积的方法，将这些物理量或物理变化放大，再进行观察或测量。
1.测多算少
将一些相同的待测量直接累加后再测量。如测量较细的金属丝的直径时，可以将其密绕在直杆上，沿杆的方向测量20或30圈金属丝的长度，再用测量值除以圈数，即可得到金属丝的直径值。类似地如测量大头针的质量、测量薄纸厚度的实验等，用累积的方法既解决了不可测或不好测的问题，又提高了测量的精确度。
2.微量叠加
有时实验中一些物理量太微弱，实验仪器无法感知，实验现象几乎无法观察，这种情况下，可以考虑将这些微量叠加起来，以增强实验的效果。如：在探究电磁感应现象的实验中，单根导线切割磁感线所产生的感应电流太微弱，即便是实验室中的灵敏电流计也显示不出。这时，我们可以绕一个线圈，把许多股导线并在一起，同时去切割磁感线，电路中的感应电流就相对较大，可以看到灵敏电流计的指针发生明显偏转。另外，如演示通电导体周围存在磁场的实验，单根通电导体产生的磁场较弱，可以将多根通电导体并在一起来增强磁场。
五、时间放大
所谓时间放大，有两种含义：一种是把与时间对应的物理效应进行放大、加以延长，来增强实验效果；另一种是利用时间的积累来减小实验误差，提高实验精确度。
例如：研究匀速直线运动规律的实验。在装满水的玻璃管中留有一小气泡，把玻璃管翻转后倾斜放置，气泡开始缓慢向上运动并马上达到一稳定速度，进入匀速直线运动状态。为了使气泡运动的速度慢些，可以把水换成黏滞性较大的液体，如机油，植物油等，目的就是要把气泡在玻璃管中运动的时间予以拉长，便于观察和测量，这就是时间放大。
再如，测量某同学跳绳时做功的平均功率，就需要测量该同学在一段相对较长时间内跳绳的次数，如半分钟或一分钟，这种方法就属于通过时间的积累来减小实验误差，也包含有时间放大的思想。
就初中物理教学而言，实验中的放大思想非常重要，它的意义在于：这不仅仅是一种实验手段与方法，更是一种对学生科学素养的培养与积淀。这个过程是漫长的，需要学生亲力亲为，更需要我们教师自觉地将科学思想教育，潜移默化地、润物无声地渗透到在日常的物理教学之中。