對“晶體和非晶體導熱性能演示實驗”的改進
在高一物理“晶體和非晶體”這一節中,需要做雲母片和玻璃片的導熱性能的演示實驗。教學實踐表明,按照課本所述方法進行實驗,效果極差,嚴重影響教學順利進行。
按照課本上的方法進行實驗,主要存在以下缺陷。(1)對雲母片和玻璃片要塗上一層薄而勻的石蠟,操作起來很麻煩,而要達到真正薄而勻實際上很難做得到;(2)用燒熱的鋼針做熱源,一是由於散熱現象不可避免,鋼針的溫度很快下降,二是鋼針與雲母片和玻璃片的接觸麵很小,這兩個原因產生的後果是,形成的蠟斑很小而且熔融的石蠟很快回流凝固,實驗後幾乎看不出明顯的蠟斑;(3)一手拿鋼針,一手持雲母片或玻璃片進行操作演示,手極易抖動或晃動,使得受熱點不停移位,得到的蠟斑形狀極不規則(不是橢圓形或圓形),而且這樣操作,即使得到橢圓形和圓形蠟斑,也不能使學生信服;(4)石蠟、雲母片和玻璃片三者的顏色差不多,因此形成的蠟斑和背景間的對比度極小,學生用眼直接觀察或放到投影儀上投影到銀幕上顯示,蠟斑不明顯。
廣東東莞實驗中學章劍和老師經過多次試驗和反複研究,發現要使該實驗成功,教學效果顯著,必須做到以下三點:
(1)在雲母片和玻璃片上塗蠟要薄而勻,為使實驗效果明顯,塗的蠟層應是深顏色的。
(2)熱源要能相對較長時間維持一定的溫度且發熱均衡,最好熱源與雲母片和玻璃片的接觸麵稍大一些。
(3)在實驗操作時,熱源在接觸雲母片和玻璃片塗蠟的反麵時,要平穩,不能有晃動,抖動等,必須保持受熱點位置恒定。
針對課本上演示實驗的缺陷和該實驗的關鍵點,作了如下的改進。
(1)不在雲母片和玻璃片上塗白色的石蠟,而改成塗抹一層藍色的“打字蠟紙改正液”,待片刻風幹後即在雲母片和玻璃片上得到一薄蠟層,真正可做到薄而勻,而且塗起來很簡便,特別是“打字蠟紙改正液”呈藍色,而受熱後形成的蠟斑為透明白色,對比非常明顯。
(2)廢棄鋼針和酒精燈,改用15W內熱式電鉻鐵,去掉烙鐵前部的尖頭,用剩下的平直頭作為熱源,通電半分鍾後就行。電烙鐵熱效率高,熱得快且溫度高而均衡,烙鐵的平直頭是一個規則的圓麵,因此用它作為該實驗的熱源極佳。
(3)為克服操作時手的抖動或晃動,保證實驗的成功且使學生信服,特設計製作了“晶體和非晶體導熱性能實驗儀”,如圖1所示為其平麵圖。其中1為放置雲母片或玻璃片的嵌縫,2為去掉尖頭的電烙鐵,3為烙鐵電源線,4為烙鐵固定架。
實驗演示程序:
(1)向學生出示雲母片和玻璃片;(2)在雲母片和玻璃片的一麵塗上一層藍色的“打字蠟紙改正液”。注意,無需塗滿整個表麵,隻塗表麵的三分之二即可。
(3)片刻後塗層風幹,再出示塗蠟後的雲母片和玻璃片,讓學生觀察雲母片和玻璃片受熱前的背景。如有投影儀,最好投影給全班學生觀察。
(4)將雲母片塗蠟層朝上水平插進實驗儀的嵌縫,雲母片塗蠟層反麵正好緊貼烙鐵平直頭,將電烙鐵的電源插頭接通電源約半分鍾即拔下。從實驗儀的嵌縫中取下雲母片讓學生觀察或投影到銀幕上,雲母片上形成一個規則的白色透明橢圓形蠟斑。
(5)接下來將玻璃片插進實驗儀的嵌縫,重複第4步操作程序,觀察到玻璃片上形成了一個規則的白色透明圓形蠟斑。
改進後的晶體和非晶體導熱性能演示實驗簡明易做,特別是教學實踐中使用設計製作的“晶體和非晶體導熱性能實驗儀”,成功率百分之百,而且和投影儀配合使用,教學效果極佳,深受師生歡迎。
用感熱紙顯示晶體與非晶體的導熱特性
高中物理以導熱性為例,通過實驗從熱學性質方麵反映了晶體的各向異性和非晶體的各向同性。教材上采用的實驗方法是,用燒熱的鋼針的針尖接觸雲母片或玻璃片,使接觸點周圍的石蠟薄層熔化成不同圖形,從而反映晶體與非晶體的導熱特性和差別。這一實驗方法雖然比較簡便,但由於石蠟薄層的固態或液態都呈透明狀,必須仔細觀察才能看清熔化了的石蠟圖形,為了提高該實驗的可見度,江西新幹縣教研室劉則平老師介紹可以用感熱紙代替石蠟,這樣實驗效果較為理想。