創新設計實驗方案　提高課堂教學效率

曹開錚

摘要：“比較不同顏色物體吸收光能的本領”和“探究色光的熱效應”是初中物理必做的兩個實驗，但某些教材上設計的方案可操作性差、效率低，用自創的“光熱轉化演示儀”，一切問題迎刃而解。

關鍵詞：設計；光；熱效應

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

《全日制義務教育物理課程標準》中寫到：“通過實例認識能量可以從一個物體轉移到另一個物體，不同形式的能量可以互相轉化”、“討論：太陽能在地球上怎樣轉化成各種形式的能?”［1］各版本教材為了落實這個要求，都安排了“比較不同顏色物體吸收光能的本領”和“探究色光的熱效應”實驗，但教學實踐發現，教材所設計的實驗普遍存在耗時長、現象弱、誤差大、陰雨天無法進行實驗等問題。現介紹自創的“光熱轉化演示儀”與大家共享。

1 現行教材的設計方案

1.1 人民教育出版社教材的設計方案

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

1.2 上海科學技術出版社教材的設計方案

教材通過作業題，讓學生分析實驗數據，總結不同顏色物體吸收太陽能的性能：

小迪設計了如下的實驗研究物體的吸熱性能，她將質量、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。經過30min的實驗，小迪得到兩瓶中的水溫變化情況如下表所示：

小迪對上述的實驗數據進行分析，得出的結論是______________。［3］

點評：這兩個實驗具有實驗時間長、散熱量大、現象不明顯、陰雨天無法進行的特點。人教版教師用書建議：“把玻璃板拿開后測水溫”，造成讀數時要等待和散熱量更大，實驗誤差會更大。

1.3 江蘇科技出版社教材的設計方案

1.3.1探究活動

在光的色散實驗中，小明在測量不同色光區域的溫度時，驚奇地發現：將溫度計放在紅光的外側時，溫度會上升，如圖3所示。你的探測結果與小明一樣嗎？這一現象說明了什么？［4］

1.3.2課后練習

（1）太陽光能使物體發熱。在光的色散實驗中，我們知道太陽光可以分解為各種色光。猜一猜，哪種色光發熱本領大?用溫度計測一測，你的想法對嗎?［5］（2）任選兩種物質，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］

點評：由于太陽光經三棱鏡色散后所占據的空間變大，造成各色光單位時間內照射到溫度計感溫泡上的能量很小，使溫度計的示數變化極微小。所以，利用如圖3所示的方法，測出各色光的熱效應是很困難的。

2 光熱轉化實驗的創新設計

2.1 實驗器材與裝置

實驗器材：相同規格的燒瓶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個(或紅色、藍色各1個)，開關2個，支架1個和導線若干。

實驗裝置和原理：如圖4所示，其中電路的連接如圖5所示。

2.2 實驗方法和步驟

2.2.1比較不同顏色物體吸收光能的本領

選用圖4中的燒瓶A和B，只閉合開關S₁，讓白熾燈L₁發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強。

2.2.2探究色光的熱效應

選用圖5中的燒瓶A和C，先閉合開關S₂，再閉合開關S₁，讓燈泡L₁發出的紅光照射燒瓶A，燈泡L₂發出的藍光照射燒瓶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，說明紅光的熱效應比藍光強。有了這個實驗做基礎，學生就不難理解紅外線有較強的熱效應了。

3 光熱轉化實驗的可行性分析和注意事項

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

（2）教材設計的實驗多數要用30min才能完成，而且實驗現象不明顯，測量觀察困難，誤差大。而本實驗利用空氣受熱膨脹快的特點，在10s內就可以觀察到明顯的實驗現象，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）白熾燈最好選用發熱量較大的100W燈泡，此時實驗現象明顯，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，便于學生觀察。

（5）在進行“探究色光的熱效應”實驗時，一定要先閉合開關S₂再閉合開關S₁，以保證兩燈泡同時發光；兩彩燈的顏色在光譜圖上要盡可能相距遠些，從而增大兩玻璃管中水柱上升的高度差，提高實驗的可見度。

參考文獻：

［1］全日制義務教育物理課程標準.北京師范大學出版社,2008.6(27)

［2］張大昌.義務教育課程標準實驗教科書物理九年級.人民教育出版社,2008.6(156)

［3］義務教育課程標準實驗教科書物理九年級.上海科學技術出版社,2003.8(49)

［4］劉炳升, 李容.義務教育課程標準實驗教科書物理8上.江蘇科技出版社,2008.6(61，60，45)

(欄目編輯王柏廬)