曹開錚

摘要：“比較不同顏色物體吸收光能的本領(lǐng)”和“探究色光的熱效應(yīng)”是初中物理必做的兩個實(shí)驗(yàn)，但某些教材上設(shè)計(jì)的方案可操作性差、效率低，用自創(chuàng)的“光熱轉(zhuǎn)化演示儀”，一切問題迎刃而解。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)；光；熱效應(yīng)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-6148(2009)6(S)-0057-2

《全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中寫到：“通過實(shí)例認(rèn)識能量可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，不同形式的能量可以互相轉(zhuǎn)化”、“討論：太陽能在地球上怎樣轉(zhuǎn)化成各種形式的能?”［1］各版本教材為了落實(shí)這個要求，都安排了“比較不同顏色物體吸收光能的本領(lǐng)”和“探究色光的熱效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，但教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，教材所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)普遍存在耗時長、現(xiàn)象弱、誤差大、陰雨天無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)等問題?，F(xiàn)介紹自創(chuàng)的“光熱轉(zhuǎn)化演示儀”與大家共享。

1 現(xiàn)行教材的設(shè)計(jì)方案

1.1 人民教育出版社教材的設(shè)計(jì)方案

教材在“想想做做”欄目中以“自制太陽集熱器”［2］，讓學(xué)生比較不同顏色物體吸收太陽熱的本領(lǐng)，其方案如圖1所示。

1.2 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社教材的設(shè)計(jì)方案

教材通過作業(yè)題，讓學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)不同顏色物體吸收太陽能的性能：

小迪設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn)研究物體的吸熱性能，她將質(zhì)量、溫度都相同的水分別倒入兩個瓶中，用白紙和黑紙分別將瓶包起來(如圖2所示)，然后將兩個瓶子放在太陽光下，每隔3min測一測瓶中水的溫度。經(jīng)過30min的實(shí)驗(yàn)，小迪得到兩瓶中的水溫變化情況如下表所示：

小迪對上述的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出的結(jié)論是______________。［3］

點(diǎn)評：這兩個實(shí)驗(yàn)具有實(shí)驗(yàn)時間長、散熱量大、現(xiàn)象不明顯、陰雨天無法進(jìn)行的特點(diǎn)。人教版教師用書建議：“把玻璃板拿開后測水溫”，造成讀數(shù)時要等待和散熱量更大，實(shí)驗(yàn)誤差會更大。

1.3 江蘇科技出版社教材的設(shè)計(jì)方案

1.3.1探究活動

在光的色散實(shí)驗(yàn)中，小明在測量不同色光區(qū)域的溫度時，驚奇地發(fā)現(xiàn)：將溫度計(jì)放在紅光的外側(cè)時，溫度會上升，如圖3所示。你的探測結(jié)果與小明一樣嗎？這一現(xiàn)象說明了什么？［4］

1.3.2課后練習(xí)

（1）太陽光能使物體發(fā)熱。在光的色散實(shí)驗(yàn)中，我們知道太陽光可以分解為各種色光。猜一猜，哪種色光發(fā)熱本領(lǐng)大?用溫度計(jì)測一測，你的想法對嗎?［5］（2）任選兩種物質(zhì)，比較哪一種在太陽照射下升溫快。想一想，可能的原因有哪些?［6］

點(diǎn)評：由于太陽光經(jīng)三棱鏡色散后所占據(jù)的空間變大，造成各色光單位時間內(nèi)照射到溫度計(jì)感溫泡上的能量很小，使溫度計(jì)的示數(shù)變化極微小。所以，利用如圖3所示的方法，測出各色光的熱效應(yīng)是很困難的。

2 光熱轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)器材與裝置

實(shí)驗(yàn)器材：相同規(guī)格的燒瓶3個，橡皮塞3個，U型玻璃管3個，100W白熾燈泡1個，相同功率的彩色白熾燈泡數(shù)個(或紅色、藍(lán)色各1個)，開關(guān)2個，支架1個和導(dǎo)線若干。

實(shí)驗(yàn)裝置和原理：如圖4所示，其中電路的連接如圖5所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法和步驟

2.2.1比較不同顏色物體吸收光能的本領(lǐng)

選用圖4中的燒瓶A和B，只閉合開關(guān)S₁，讓白熾燈L₁發(fā)光照射分別涂有黑色和白色顏料的燒瓶A和B，我們會立即觀察到D玻璃管中的水柱比E玻璃管中的水柱上升的快，說明了黑色物體比白色物體吸收光能的本領(lǐng)強(qiáng)。

2.2.2探究色光的熱效應(yīng)

選用圖5中的燒瓶A和C，先閉合開關(guān)S₂，再閉合開關(guān)S₁，讓燈泡L₁發(fā)出的紅光照射燒瓶A，燈泡L₂發(fā)出的藍(lán)光照射燒瓶C，我們會觀察到D玻璃管中的水柱比F玻璃管中的水柱上升得快，說明紅光的熱效應(yīng)比藍(lán)光強(qiáng)。有了這個實(shí)驗(yàn)做基礎(chǔ)，學(xué)生就不難理解紅外線有較強(qiáng)的熱效應(yīng)了。

3 光熱轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的可行性分析和注意事項(xiàng)

（1）本實(shí)驗(yàn)所用的材料都是中學(xué)實(shí)驗(yàn)常用的普通器材，只要做一個支架就能輕松完成實(shí)驗(yàn)器材的安裝，制造成本很低。

（2）教材設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)多數(shù)要用30min才能完成，而且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，測量觀察困難，誤差大。而本實(shí)驗(yàn)利用空氣受熱膨脹快的特點(diǎn)，在10s內(nèi)就可以觀察到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，極大地提高了課堂效率。

（3）組裝器材時，要保證燈泡L₁與燒瓶A、B等距離，燈泡L₁到燒瓶A的距離與燈泡L₂到燒瓶C的距離相等。

（4）白熾燈最好選用發(fā)熱量較大的100W燈泡，此時實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，水柱上升的速度適中；彩色燈泡的功率一定要相等(最好是100W)，以保證兩燈泡的發(fā)光量相同；各U型管中的水柱長度要相等，最好染成紅色，便于學(xué)生觀察。

（5）在進(jìn)行“探究色光的熱效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)時，一定要先閉合開關(guān)S₂再閉合開關(guān)S₁，以保證兩燈泡同時發(fā)光；兩彩燈的顏色在光譜圖上要盡可能相距遠(yuǎn)些，從而增大兩玻璃管中水柱上升的高度差，提高實(shí)驗(yàn)的可見度。

參考文獻(xiàn)：

［1］全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn).北京師范大學(xué)出版社,2008.6(27)

［2］張大昌.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理九年級.人民教育出版社,2008.6(156)

［3］義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理九年級.上海科學(xué)技術(shù)出版社,2003.8(49)

［4］劉炳升, 李容.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理8上.江蘇科技出版社,2008.6(61，60，45)

(欄目編輯王柏廬)