汪路斌 李紅蓮

寧夏回族自治區(qū)銀川一中(750001)

人教版物理選修3教材“固體”一節(jié)中，安排了均勻的石蠟涂層在云母片、玻璃片上熔化后分別呈現(xiàn)橢圓形和圓形的實(shí)驗(yàn)，證明了單晶體導(dǎo)熱性能的各向異性。該實(shí)驗(yàn)采用將縫衣針燒熱，然后用針尖接觸蠟層背面的方法。針尖提供的熱量有限，在實(shí)際操作中有一定難度。改進(jìn)的方法有：用電阻絲穿過(guò)云母片接在電源上以持續(xù)供熱或在電烙鐵上纏上銅絲通電持續(xù)加熱。筆者對(duì)導(dǎo)熱性實(shí)驗(yàn)稍作改動(dòng)，去掉了電烙鐵上纏繞的銅絲，并且用雙解石的雙折射現(xiàn)象驗(yàn)證了單晶體光學(xué)性質(zhì)各向異性，用方鉛礦各個(gè)方向電阻率不同驗(yàn)證了單晶體電學(xué)性質(zhì)各向異性，多角度證明了晶體的各向異性。

1 單晶體導(dǎo)熱性能的各向異性

1.1 實(shí)驗(yàn)器材：

1塊4 cm×4 cm×2 mm的玻璃板、1塊12 cm×12 cm的雙層云母片、1把25 W的電烙鐵、1根蠟燭(最好用紅蠟燭)。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)用電烙鐵將石蠟熔化，均勻涂抹在玻璃板和云母片上，涂層要薄且勻。

(2)電烙鐵插上電源加熱到較高溫度，將玻璃板和云母片持平，用電烙鐵的尖端分別給玻璃板、云母片背面加熱，加熱過(guò)程中尖端不能移動(dòng)。

1.3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

玻璃片上石蠟熔化后呈圓形，云母片上石蠟熔化后呈橢圓形。

1.4 實(shí)驗(yàn)分析

云母片上石蠟熔化后呈橢圓形，表明云母片各個(gè)方向?qū)嵝阅懿煌?，橢圓的長(zhǎng)軸方向傳熱快，短軸方向傳熱慢；玻璃板上石蠟熔化后呈圓形，表明玻璃片各個(gè)方向?qū)嵝阅芟嗤?/p>

1.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

單晶體云母片在導(dǎo)熱性能方面有顯著的各向異性，非晶體玻璃導(dǎo)熱性能各向同性。

2 單晶體光學(xué)性能的各向異性

2.1 實(shí)驗(yàn)器材

1塊梯形玻璃磚、1塊邊長(zhǎng)2 cm的方解石(方解石每個(gè)面都是菱形)、1支激光筆。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)將方解石和玻璃磚放在有字或有線條的紙上，觀察方解石和玻璃磚成像的異同。

(2)激光筆光束分別穿過(guò)玻璃和方解石，觀察在白墻上成像的異同。

2.3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

(1)字或線透過(guò)方解石成2個(gè)像，透過(guò)玻璃磚成1個(gè)像。

(2)激光筆光束穿過(guò)方解石有2個(gè)光點(diǎn)，穿過(guò)玻璃磚只有1個(gè)光點(diǎn)。

2.4 實(shí)驗(yàn)分析

兩個(gè)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是相同的，光經(jīng)過(guò)方解石后發(fā)生顯著的雙折射現(xiàn)象，而經(jīng)過(guò)玻璃磚無(wú)雙折射現(xiàn)象。雙折射的實(shí)質(zhì)是一束光可以分解到2個(gè)方向，不同方向的偏振光經(jīng)過(guò)方解石折射率不同，就會(huì)有雙折射光束。

2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

單晶體方解石在光學(xué)性質(zhì)方面有顯著的各向異性。

3 單晶體電學(xué)性能的各向異性

3.1 實(shí)驗(yàn)器材

1塊4 mm×4 mm×1 mm的方鉛礦(見(jiàn)圖1)、1塊15 mm×15 mm×10 mm的鐵塊、1套演示用歐姆表(見(jiàn)圖2)。

圖1 方鉛礦示意圖

圖2 歐姆表示意圖

3.2 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)先將歐姆表機(jī)械調(diào)零，再將多用電表旋鈕轉(zhuǎn)到歐姆×1檔，然后將紅黑表筆短接進(jìn)行歐姆調(diào)零。

(2)將歐姆表紅黑表筆分別接觸方鉛礦的AEHD、BFGC面的中點(diǎn)，讀出阻值。再將紅黑表筆分別接觸方鉛礦的ABFE、CGHD面的中點(diǎn)，讀出阻值。

(3)重復(fù)步驟(2)，測(cè)出鐵塊2個(gè)方向的電阻大小。

3.3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

方鉛礦2個(gè)方向的電阻約為25 Ω、45 Ω；鐵塊2個(gè)方向的電阻均約為0 Ω。

3.4 實(shí)驗(yàn)分析

3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

單晶體方鉛礦在電學(xué)性質(zhì)方面有顯著的各向異性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)3個(gè)實(shí)驗(yàn)，石蠟在云母片上呈橢圓形驗(yàn)證了單晶體導(dǎo)熱性各向異性，雙解石的雙折射現(xiàn)象驗(yàn)證了單晶體光學(xué)性質(zhì)各向異性，方鉛礦各個(gè)方向電阻率不同驗(yàn)證了單晶體電學(xué)性質(zhì)各向異性，多角度證明了單晶體的各向異性。