蘇科版物理教材八年級（上）第四章和人教版物理教材八年級（上）第五章，都設(shè)計了“探究紅外線熱效應(yīng)”的活動，如圖1所示。教材安排意圖一則想說明紅外線在紅光外側(cè)，二則想說明紅外線具有熱效應(yīng)。但在實際教學(xué)中，教師們普遍反映，無法達到教材所預(yù)期的實驗現(xiàn)象——溫度計的示數(shù)根本就不會改變。

為了突破這個難題，筆者查閱了相關(guān)資料，并且進行了許多的嘗試和研究。筆者發(fā)現(xiàn)：將溫度計的玻璃泡涂黑，看不出現(xiàn)象；換用電子溫度計并且把探針涂黑，現(xiàn)象還是看不出；換用演示用的大三棱鏡，現(xiàn)象還是看不出。

圖1

這個實驗到底能否成功？如果能，應(yīng)該如何加以改進呢？筆者經(jīng)過一段時間的研究、嘗試，歸納出了如下幾點，并且分別進行了改進，以供大家商討。

一、改進“溫度計”，使現(xiàn)象放大更明顯

考慮到經(jīng)過三棱鏡折射得到的紅外線強度較小，同時普通溫度計測溫液體比熱容和質(zhì)量都較大且玻璃泡向光面積較小，使得測溫液體的膨脹量少，導(dǎo)致現(xiàn)象不明顯。下面就對以上缺點進行改進——自制“空氣溫度計”。

器材準(zhǔn)備：收集3～5根透明、細(xì)、薄的吸管或已經(jīng)用盡的細(xì)圓珠筆芯，最好是某些藥品口服液所用的吸管；少量紅色水；5cm×15cm白色硬紙板一塊；電工用的黑色絕緣膠帶10cm左右。

制作過程：如圖2所示，將吸管一端浸入紅色水內(nèi)約0.5cm，用手指堵住上端，將吸管提出，再逐漸傾斜吸管，慢慢松開堵住的手指，使液柱下降約3～5cm左右（視吸管長度而定，如果吸管較長，液柱可以下降的多一點，盡量使封閉的空氣柱短一點）。然后將另外一端也用手指堵住，將下端在液態(tài)蠟燭油上蘸一下，待蠟燭油凝固后即可。重復(fù)再做四根，最好使五根吸管內(nèi)的液柱在同一高度處，如果有困難，可以在排放時再調(diào)節(jié)。然后將五根吸管依次靠近擺放在白色硬紙板上，用黑色絕緣膠帶將其固定住。黑色絕緣膠帶的作用是固定吸管，同時也可使紅外線吸收更多一點。建議將五根吸管內(nèi)的紅色液柱調(diào)整到同一高度，便于觀察和比較。這樣，自制“空氣溫度計”就制作完工了。

圖2

使用方法：自制“空氣溫度計”可以根據(jù)需要在豎直方向和水平方向同時使用。由于實驗時無法精確定位紅外線的位置，因此，實驗時可以將自制“空氣溫度計”的黑色絕緣膠帶平放在紅光外側(cè)，觀察和比較五根吸管內(nèi)液柱的上升情況來進行實驗。由于紅外線的吸收需要一定時間，所以在實驗過程中，應(yīng)等待大概50s左右，就會發(fā)現(xiàn)液柱有明顯上升或者移動。

二、改進紅外獲取方式，使現(xiàn)象更明顯

在常規(guī)實驗TZ5Efe7IzqE9Ec+hpxgsH/0GDuYUtsUrwtgJfgxgecY=中，使用的三棱鏡單個表面透光面積都比較小，導(dǎo)致折射得到的紅外線強度也較小。為了能使“紅外線的熱效應(yīng)”現(xiàn)象明顯顯示，就要通過改進獲取方式得到更多的紅外線，同時將其強度增加。

依據(jù)：通過查閱相關(guān)資料獲知，化學(xué)中的二硫化碳和四氯化碳都能很好地透過3.4μm波長的紅外光；球形容器注有液體后可以對光線具有匯聚作用。

器材準(zhǔn)備：容量200ml，口徑14mm的短頸圓底燒瓶一個（也可以選用其他規(guī)格），帶對應(yīng)軟塞；200ml左右的二硫化碳或四氯化碳（二硫化碳或四氯化碳常態(tài)下都是液體，有毒，需要注意安全保護）；黑色碳素墨水一瓶；滴管一支；適量石蠟；普通溫度計（或電子溫度計）一支；白色硬紙板一塊；雙面膠若干；筆一支。

制作過程：如圖3所示，將短頸圓底燒瓶注滿水，按如圖所示組裝。將白色硬紙板用雙面膠固定在鐵架臺底座上（也可以直接在地上放一張白紙）。通過上下調(diào)節(jié)支架，使得太陽光在白色硬紙板匯聚成較小的亮斑，用筆標(biāo)上記號為A。將短頸圓底燒瓶內(nèi)的水倒掉，注入適量的二硫化碳或四氯化碳（大約180ml左右），用滴管向短頸圓底燒瓶內(nèi)加注黑色碳素墨水適量（視顏色而定，感覺黑的可以即可），稍微搖晃一下，使其充分混合，然后用塞子塞緊，最后用石蠟將塞口密封。

圖3

實驗方法：將注有適量二硫化碳或四氯化碳的短頸圓底燒瓶再次組裝到鐵qtEEJlmphdUMcvjTcwnJQm9xmOTeOmS9hTMrWXxDeR8=架臺上，夾子所夾位置與第一次吻合。這時太陽光中的可見光都被瓶內(nèi)液體吸收，透過的幾乎全部是紅外線。但是由于紅外線的波長比可見光長，其頻率比可見光低，所以通過短頸圓底燒瓶后折射角度比可見光小，因此紅外線的匯聚點應(yīng)該在A點右側(cè)。

將普通溫度計的玻璃泡用黑色碳素墨水涂黑（或?qū)㈦娮訙囟扔嫷奶结樛亢冢⑵浞胖迷贏點右側(cè)緩慢移動，尋找紅外線的匯聚點，很容易就發(fā)現(xiàn)溫度計的示數(shù)有較大上升。

三、改進紅外光源，使現(xiàn)象更明顯

太陽光譜上紅外線的波長大于可見光線，波長為0.75～1000μm。紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長為（0.75-1）～（2.5-3）μm之間；中紅外線，波長為（2.5-3）～（25-40）μm之間；遠紅外線，波長為（25-40）～l000μm之間。如果天氣不好，或其他原因，以上改進無法滿足的情況下，可以通過改進“紅外線光源”來完成實驗。

可以替換太陽光中紅外線的光源有：

1.白熾發(fā)光區(qū)（Actinic range），又稱“光化反應(yīng)區(qū)”，由白熾物體產(chǎn)生的射線，自可見光域到紅外域。如白熾燈泡（鎢絲燈，TUNGSTEN FILAMENT LAMP）。

2.鹵素?zé)羲l(fā)出的光95%在紅外線波長的范圍之內(nèi)，能量特性基本上與紅外線燈相同。

3.熱體輻射區(qū)（Hot-object range），由非白熾物體產(chǎn)生的熱射線，如電熨斗及其他的電熱器等，平均溫度約在400℃左右。也可以將普通鐵球加熱之后替代。

以上的前兩個“紅外光源”可以直接和改進二進行結(jié)合使用，實驗現(xiàn)象經(jīng)過檢驗非常明顯，而且可以使用普通溫度計，將玻璃泡涂黑。對于第三個“紅外光源”，以加熱后的鐵球為例，可以進行以下簡單改進，如圖4所示。

圖4

鐵球位置應(yīng)該在凹面鏡焦點位置，該位置可以用小燈泡或蠟燭火焰來測定。另外，鐵球加熱溫度不要太高，也不要太低，可以加熱幾次嘗試一下，以碰到水就能使水快速汽化為標(biāo)準(zhǔn)。

四、操作建議和注意事項

1.在自制“空氣溫度計”的環(huán)節(jié)中，可以找一些較長的管子，但是粗細(xì)仍然要注意，不要選擇內(nèi)徑大的，應(yīng)該選擇內(nèi)徑小一點的。在制作時，讓液柱距離頂端有一段距離，這樣可以和改進二中的器材配合使用，否則容易把液柱全部排擠出吸管。

2.在“改進紅外光源”環(huán)節(jié)中，一定要特別注意安全。二硫化碳和四氯化碳都有毒，因此在操作時要戴口罩和手套，并且請化學(xué)實驗員幫助進行。此外，二硫化碳極易燃燒，所以在操作過程中一定要遠離明火，注意安全。

3.如果化學(xué)實驗室沒有二硫化碳或四氯化碳，也可以換用其他“紅外線光源”。

以上各部分的改進可以根據(jù)實際情況進行組合使用，如果選擇了較大強度的“紅外線光源”，就不要自制“空氣溫度計”了，因為現(xiàn)象很明顯，會很容易就把液柱排擠出管外，采用普通溫度計將玻璃泡涂黑即可。