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1、 牛顿环实验中读数显微镜教学设计范例 周歧刚读数显微镜是光学精密机械仪器中的一种读数装置，是利用显微镜光学系统对线纹尺的分度进行放大、细分和读数的长度测量工具。它常被用作比长仪、测长机和工具显微镜等的读数部件，广泛用于较小的尺寸如线纹间距、硬度测试中的压痕直径、裂缝和小孔直径等的测定等。在高等学校开设的普通物理实验课程中，通常选取牛顿环实验来让学生来加深对光的干涉原理的理解、观察和研究光的等厚干涉现象及其特点，以及用牛顿环测平凸透镜的曲率半径。该实验中，对牛顿环的观察以及各级暗环直径的测试常用读数显微镜完成。实验中用到的实验装置图如图1所示，主要包括读数显微镜、牛顿环仪、单色光源（钠灯）、玻璃
2、片等。其中，读数显微镜是整个装置中的重要观察和测试工具，主要由机械部分和光具部分组成。光具部分是一个长焦显微镜，装在一个由丝杆带动的滑动台上，滑动台安装在一个大底座上。滑动台连同显微镜对准下方，可以左右移动。读数显微镜的机械部分是根据螺旋测微器原理制造的，与螺距为1毫米的丝杆联动的刻度圆盘上有100个等分格，因此，它的分度值是0.01毫米，读数显微镜的量程为50毫米。实验教学中让学生深刻理解读数显微镜的结构原理并掌握其调节和使用方法是重要的教学任务。而实验室的读数显微镜往往在超长的使用年限后磨损老化严重，容易出现一些故障，诸如标尺刻线磨损模糊不清影；回程误差大；毫米刻尺零位不准；镜组不随刻度轮
3、转动向移动；镜筒自行下滑等。以上故障维修不及时当然会影响学生的实验操作以及测试结果。传统教学中，这些故障往往由实验老师在学生上课之前排除，学生实验课在中，按照正确的操作步骤完成实验数据的测试和处理。但我们发现较多同学做完实验后对读数显微镜的理解和掌握并不深刻，最近我们在实验教学中发现充分利用读数显微镜的故障对测试结果的影响，从反面却能够加深学生对读数显微镜结构原理的理解，进而掌握其正常使用与维护保养，提高了学生的动手能力。以下以“读数显微镜毫米刻尺零位不准故障对测试数据的影响”教学案例为例进行说明这种改进的教学范例形式。在“牛顿环测平凸透镜的曲率半径”实验教学中，我们实验室有12套读数显微镜，
4、其中有一套由于长期使用出现“毫米刻尺零位不准”。我们在教学中有意保留该故障。有部分学生甚至比较马虎，没有意识到仪器有“毫米刻尺零位不准”故障，直接就测试记录数据。完成20级到5级暗环左右位置坐标的测试后，学生发现计算出的结果中，少数较低级数的暗环直径却比较高级数的暗环还大！这显然是不符合实际情况的。接着我们让学生在正常读数显微镜下测试牛顿环20级到5级暗环左右位置坐标并计算出各暗环直径，得到正常实验结果。我们让学生思考为什么会有前面的异常测试结果。提示学生观察故障读数显微镜的测微鼓轮零刻线对准其标线后，再观察主尺标线与整毫米刻线的对齐情况，学生终于“看到”了“毫米刻尺零位不准”的现象，进而深刻理解了其对测试结果的影响。最后我们让学生查找资料，自己动手调节读数显微镜将该故障排除，并在维修好的读数显微镜上再次测试，得到正常结果。同样的，我们让学生们先观察了读数显微镜的“回程误差大；镜组不随刻度轮转动向移动；镜筒自行下滑”等故障现象，最后指导学生自己查找资料并动手排除相关故障。通过这种教学设计，学生们深刻理解了读数显微镜的结构原理，掌握了其正确调节和使用步骤以及常见故障的排除方法。参考文献：1杨述武等，普通物理实验（第四版）【M】.北京：高等教育出版社，2007.2黄水平，大学物理实验【M】.北京，机械工业出版社，2012. -全文完-
