綜合實踐課程中自制多功能物體吸熱散熱演示儀

康峰 王海芬

摘要：通過不同深度顏色的物體在三種不同的位置對光的輻射熱吸收進(jìn)行觀察實驗，可進(jìn)行不同深度顏色的同種物質(zhì)在同位置的吸熱對比實驗;進(jìn)行同種深度顏色的不同種物質(zhì)在同位置對光的輻射熱吸收對比實驗;還可進(jìn)行同深度顏色的物質(zhì)在不同位置的吸熱實驗，及進(jìn)行以上三種情況下的各自散熱對比實驗，通過顯示板展示出來。

關(guān)鍵詞：吸熱;散熱;傾斜;輻射熱;連通器;受熱膨脹;單位面積;回流現(xiàn)象

因為物理實驗及其實驗裝置的設(shè)計無不滲透著技術(shù)的思想和方法，物理實驗裝置的改進(jìn)和物理實驗教具的革新也無不運用技術(shù)的思想和方法。所以，我們一旦了解和掌握一定的實際操作技術(shù)，進(jìn)入物理實驗室每做一個實驗，不僅僅是為觀察實驗現(xiàn)象、得出實驗結(jié)論，更重要是應(yīng)有問題意識，對于教材上一些設(shè)計欠完美的實驗要能發(fā)現(xiàn)問題，并能用綜合實踐課程的思想和方法去研究解決，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。這樣，我們才會不由自主地用技術(shù)的思想和方法去自覺進(jìn)行物理實驗的創(chuàng)新。本教具是配合《誰熱得快》一課教學(xué)而設(shè)計的不同顏色吸熱散熱實驗裝置，旨在探究物質(zhì)顏色與吸收輻射熱之間的關(guān)系，物質(zhì)擺放位置與吸熱散熱之間的關(guān)系，從而認(rèn)識到世界萬物之間都是互相聯(lián)系的。

實驗材料：木質(zhì)抽屜盒一個，涂有黑色試管2只、深紅色、紫色、黃色、藍(lán)色、白色管的試管各一支，試管架2個，微小壓強(qiáng)刻度塑料刻度板七塊，直徑五毫米的塑料管八米，塑料線卡七個，塑料洞洞板一塊，顏料三原色加白色一套，日光燈一臺，小吹風(fēng)機(jī)一個，溫度計七支以及其他輔助工具如鋼鋸、強(qiáng)力膠，電鉆等。

制作過程：演示器由三部分組成，即光燈照射裝置，物體位置自控裝置，U型管顯示板裝置。

（一）物體位置自控裝置。用四個萬能塑料棒和四個塑料片做成兩個三腳架，中間加一橫軸。把四個L形塑料棒做成的U形支架固定上試管架套在橫梁上，可自由翻轉(zhuǎn)。在U形支架和三腳架之間連接一洞洞條用來調(diào)節(jié)支架的角度。把七個外表涂有黑（2只）、深紅、紫、黃、藍(lán)、白色管的試管內(nèi)裝酒精液體15mL，試管口部用PVC管頭封住，用直徑五毫米塑料管把管頭與U型管連接，在軟管中間加一三通管，用以隨時調(diào)節(jié)U形管內(nèi)液體平衡。

（二）U型管顯示板裝置。制作七個小U形管，分別固定在有刻度的塑料板上。用橡膠軟管連接一端，一端與涂有顏色試管相連接，形成七個完整的連通器。在U型管中注入與試管相對應(yīng)的顏色，使兩邊液面剛好達(dá)到零刻度線。以便觀察溫度的高低變化并能方便明確對應(yīng)的顏色。

（三）家用日光燈一臺。由于陽光受天氣的影響，不能隨時隨地使用，用日光燈，自由靈活方便快捷。

實驗方法

實驗一：吸熱實驗

（一）不同顏色的物質(zhì)在同一位置的吸熱對比演示

六支試管分別涂上黑色、深紅色、紫色、黃色、藍(lán)色、白色管的試管，涂色時留下五毫米寬的長條，以觀察試管內(nèi)酒精液體受熱時的變化。為了便于觀察試管內(nèi)水溫變化，在試管內(nèi)放入少量的木屑，液體受熱分子膨脹，帶動木屑運動，更好地顯示物質(zhì)的吸熱狀態(tài)。試管內(nèi)裝酒精，為試管三分之二，酒精比熱容較低，吸熱相同時，變化比水強(qiáng)，實驗效果會更明顯。在日光燈強(qiáng)烈照射下，由于不同深度顏色的同種物質(zhì)吸熱能力不同，受熱后試管內(nèi)的溫度也不同，受熱膨脹程度各異，所產(chǎn)生的氣壓也不盡相同，所以相連U型管一端內(nèi)的液拄升高也不一樣，由兩側(cè)液拄平衡變成一高一低。升高的液柱由高到低依次為黑色管，深紅色管，紫色管，黃色管，藍(lán)色管，白色管。液柱升得越高其溫度就越高，液柱升得低其溫度就低，與溫度計的測溫相一致，這說明不同顏色的物質(zhì)，吸熱能力不一，顏色越深，吸熱能力越強(qiáng)，反之亦然。

（二）同一顏色的物質(zhì)在不同位置的吸熱演示

從數(shù)學(xué)角度來講，由于物體位置不同，所獲得的熱量也不同。一定熱量的光，照射面積越小，其單位面積所獲得的熱量就越多。直射時，光照面積最小，單位面積獲以黑色試管為例，與光線垂直時，接受照射的熱量吸收的最多;斜射時，光照面積變大，單位面積獲得的熱量就少些。

（三）由于物質(zhì)的比熱容不同，質(zhì)量相同的不同物質(zhì)吸收相同熱量后溫度變化不同，不同溫度變化同樣可以在U形管的液面差上體現(xiàn).如水的比熱容比酒精的大，與之相連的u形管液面相差就小得多。

實驗二：散熱實驗

不同顏色的相同物質(zhì)散熱對比演示。用白紗布蘸滿酒精，覆蓋在七只試管上，用小吹風(fēng)機(jī)進(jìn)行吹干，可看到顯示板上U型管內(nèi)的液柱，由出口管一端下降，其原因是由于酒精不斷的揮發(fā)，同時帶走一部分熱量，試管內(nèi)酒精溫度逐漸下降，U型管內(nèi)空氣在冷縮，管內(nèi)液體有回流現(xiàn)象，所以出口一端液柱不斷下降。下降幅度從大到小依次是黑色管、深紅色、紫色、黃色、藍(lán)色、白色管，與溫度計測試相吻合，溫度逐步下降。

以黑色試管為例剖析，試管在受到熱輻射時，黑色物質(zhì)對熱輻射的吸收能力最強(qiáng)，溫度升高得就快。黑色物質(zhì)受熱其分子膨脹間隙大，所以釋放熱量也快。深顏色物質(zhì)吸熱快，散熱也快，反之亦然，淺顏色吸熱慢，散熱也慢。

實驗優(yōu)點

①趣味性強(qiáng)。教具由六支不同顏色另加一只黑色試管組成，與顯示板上七個不同顏色的U型管相對應(yīng)組成七個完整的連通器。每支試管因顏色或物質(zhì)不同，所吸收熱輻射也不同，試管內(nèi)液體膨脹而產(chǎn)生的氣壓各異，所以試管內(nèi)的液柱升高也不同，不同顏色的液柱高度參差不齊，極為壯觀。②物體傾斜可控性強(qiáng)。物體放置不同與升溫快慢有直接關(guān)系，物體傾斜度不同，其吸熱程度也不同。物體與地面呈水平狀態(tài)，其吸熱最少;與地面呈垂直狀態(tài)，其吸熱較多;與太陽光垂直狀態(tài)，其吸熱最多，也就是一定熱量的光，照射面積越小，其吸收熱量越多，反之亦然，所以物體傾斜度，是決定物質(zhì)吸收輻射熱多少的關(guān)鍵。③容量大用途廣。此教具能進(jìn)行不同深度顏色的同種物質(zhì)在相同位置對光的輻射熱吸收對比實驗; 進(jìn)行同種深度顏色的同種物質(zhì)在不同位置對光的輻射熱吸收對比實驗;也可進(jìn)行同種深度顏色的不同種物質(zhì)在同位置對光的輻射熱吸收對比實驗。④一具多能。即可做不同顏色的物質(zhì)吸熱對比實驗，也可做不同顏色物質(zhì)的散熱對比實驗。

此教具成本低，制作簡單，操作方便，實用于教學(xué)，具有一定推廣價值。