張啟平

湖北省十堰市第四中學(xué) 湖北十堰 442000

妙用注射器比較不同物態(tài)材料的導(dǎo)熱性能*

張啟平

湖北省十堰市第四中學(xué) 湖北十堰 442000

熱傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)中，多是固態(tài)材料(如銅棒、鐵棒和鋁棒等)導(dǎo)熱快慢的比較，很少涉及液態(tài)與氣態(tài)的物質(zhì)(如日常生活中的空氣和水)，學(xué)生只能通過閱讀來了解水或空氣的導(dǎo)熱性能。本實(shí)驗(yàn)利用注射器，較為輕松地實(shí)現(xiàn)了不同物態(tài)的物體導(dǎo)熱性能的比較，使學(xué)生可以更加全面地認(rèn)識(shí)熱傳遞現(xiàn)象。

一、實(shí)驗(yàn)原理

不同材料制成的物體導(dǎo)熱性能一般是不同的。學(xué)生通過觀察火柴倒下的先后順序，比較銅棒、水柱和空氣柱傳熱的快慢。

二、實(shí)驗(yàn)器材

鐵架臺(tái)2個(gè)，酒精燈1個(gè)，5ml注射器一支，銅棒1根(直徑10mm，長(zhǎng)約20cm)，火柴1盒，凡士林若干。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝備圖

實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是水柱和空氣柱的獲得，這里將注射器進(jìn)行改裝：把5ml注射器活塞取下，剝離其頂端的橡膠密封帽，削去帽頂，將其剩余部分緊套在銅棒的一端并使銅棒露出2～3mm，然后再插入注射器針管；將注射器的針頭拔下，用熱熔膠密封住(如圖2所示)。

圖2 注射器活塞前端橡膠密封帽的處理及其與銅棒的連結(jié)

三、實(shí)驗(yàn)過程

1.銅棒與水柱的導(dǎo)熱性能比較

按照實(shí)驗(yàn)裝置圖將實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行搭接，在針管內(nèi)裝滿水并安裝在銅棒上。以酒精燈燈芯為中心，在其兩側(cè)相等距離處用凡士林粘上火柴。檢查無誤后就可以開始實(shí)驗(yàn)了，點(diǎn)燃酒精燈，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

2.銅棒與空氣的導(dǎo)熱性能比較

先排盡針管內(nèi)的水，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。操作過程同水柱的實(shí)驗(yàn)。

3.注意事項(xiàng)

(1)溫度不能太高，更要避免火焰直接加熱注射器，以防橡膠密封圈等的性質(zhì)發(fā)生改變，影響密封性；(2)火焰離火柴的距離不能太小，以免熱輻射的影響過大；(3)為避免液體或氣體在加熱過程中發(fā)生對(duì)流，應(yīng)當(dāng)使裝置水平或者略低于注射器；(4)加熱過程中要盡量保持空氣的穩(wěn)定性，否則由于周邊空氣發(fā)生流動(dòng)會(huì)較為明顯地影響升溫過程。

四、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)論

點(diǎn)燃酒精燈加熱銅棒，2～3分鐘后可以發(fā)現(xiàn)銅棒上豎立的火柴倒落，再過一會(huì)兒水柱上的火柴也倒落，說明銅棒的導(dǎo)熱比水柱要快。再比較銅棒和空氣柱，發(fā)現(xiàn)銅棒上的火柴倒落之后很長(zhǎng)一段時(shí)間，空氣柱上的火柴仍沒有倒落，說明銅棒的導(dǎo)熱比空氣柱要快。將三者比較，可以得出結(jié)論：銅棒的導(dǎo)熱最快，水柱次之，空氣柱最慢。

五、本實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

1.巧妙地使用注射器，可以比較不同物態(tài)物體的導(dǎo)熱性能；

2.實(shí)驗(yàn)材料易得，裝置簡(jiǎn)單，操作方便；

3.觀察火柴倒下，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，便于課堂教學(xué)；

4.可以非常簡(jiǎn)便地接入溫度傳感器，使數(shù)據(jù)采集與實(shí)驗(yàn)過程同步，讓學(xué)生既可以觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，又可以在大屏幕上讀出不同時(shí)刻的溫度。

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2010-06-05

張啟平，本科，中教高級(jí)。

*本文系湖北省教育科學(xué)“十一五”規(guī)劃2009年度立項(xiàng)課題“物理課堂演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理論與實(shí)踐研究”(課題批準(zhǔn)號(hào)：2009B363)。