在初中物理實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用熱成像儀展示熱現(xiàn)象

吳海毅 謝立行 廣州市白云區(qū)同和中學(xué) 500515

背景：

經(jīng)過初中階段的物理學(xué)習(xí)，在對(duì)物理知識(shí)有一定了解的前提下，我們課題組在調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)的一些缺陷，認(rèn)為有必要對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)、創(chuàng)新。而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，如用溫度計(jì)測(cè)量溫度時(shí)，反應(yīng)緩慢、取樣點(diǎn)單一；觸摸法感知熱量時(shí)，難以讓全體同學(xué)共同參與。為了達(dá)到課程提倡的探究體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，增強(qiáng)同學(xué)們的感官參與體驗(yàn)，需要引進(jìn)更為先進(jìn)的儀器，改良實(shí)驗(yàn)，以收到更好的試驗(yàn)效果。

一、應(yīng)用熱成像儀展示熱現(xiàn)象

1、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的原理：

紅外線是波長(zhǎng)介于微波與可見光之間的電磁波，是一種肉眼看不見非可見光。紅外線有許多作用，其中一種重要的應(yīng)用就是感知溫度。我們知道，熱傳導(dǎo)有三種方式，其中一種叫做輻射。輻射指的是電磁波產(chǎn)生的能量流動(dòng)，而與傳送熱量有關(guān)的電磁波主要在電磁波譜的紅外部分。因此，通過探測(cè)物體的紅外輻射，我們就能得知它的溫度。

紅外熱像儀是利用紅外探測(cè)器和光學(xué)成像物鏡接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測(cè)器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場(chǎng)相對(duì)應(yīng)。通俗地講紅外熱像儀就是將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像。熱圖像的上面的不同顏色代表被測(cè)物體的不同。

下面是我們課題組組織學(xué)生參與的熱像儀合照、正常合照對(duì)比：

2、為什么在初中物理熱現(xiàn)象教學(xué)中使用紅外熱像儀？

紅外熱像儀與傳統(tǒng)的探測(cè)方法相比，直觀明了、取樣全面。

我們課題組使用熱像儀來改進(jìn)初二物態(tài)變化章節(jié)蒸發(fā)吸熱的實(shí)驗(yàn)。

酒精蒸發(fā)吸熱

把酒精涂抹在手臂上，開動(dòng)風(fēng)扇加速酒精揮發(fā)，并用熱像儀拍攝。

在這之后，我們課題組有了一個(gè)意外的發(fā)現(xiàn)：負(fù)責(zé)涂抹酒精的成員的手，在熱像儀的拍攝下，展現(xiàn)出了不同尋常的顏色。

3、分析：通過熱像儀拍攝，我們能直觀，全面的看到平常僅靠感覺才能體會(huì)到的現(xiàn)象。

我們課題組利用熱像儀對(duì)初中物理教學(xué)中其他經(jīng)典熱學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拍攝，并對(duì)比它與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的差異。

二、部分初中熱現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)的對(duì)比改進(jìn)。

實(shí)驗(yàn)1：焦耳定律

實(shí)驗(yàn)2：做功改變物體的內(nèi)能

三、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的體會(huì)

我們課題組通過分析以上實(shí)驗(yàn)在使用傳統(tǒng)方法和熱像儀測(cè)量法時(shí)所展現(xiàn)的效果差異，可以看出傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換法、測(cè)量法、觸摸法都存在著不直觀、不明了、反應(yīng)緩慢、取樣點(diǎn)單一、缺乏感官體驗(yàn)、學(xué)生參與度不高等種種不足；而熱像儀測(cè)量法能夠彌補(bǔ)上述缺陷，學(xué)生們能更深入地參與到實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，更深刻地理解、體會(huì)實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)論，與此同時(shí)，更能活躍課堂氣氛，從而達(dá)到課程提倡的探究體驗(yàn)式學(xué)習(xí)的目標(biāo)。

除了上述實(shí)驗(yàn)，我們認(rèn)為熱像儀測(cè)量法具備了傳統(tǒng)試驗(yàn)所不具備的優(yōu)點(diǎn)，可以更深入廣泛的應(yīng)用到其他有關(guān)內(nèi)能轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，甚至還可以探究“聲音能夠傳遞能量”等實(shí)驗(yàn)，觀察聲音的能量是否可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能這一類話題，以達(dá)到拓展探究目的。