綜合實踐課程中自制多功能物體吸熱散熱演示儀

康峰 王海芬

摘要：通過不同深度顏色的物體在三種不同的位置對光的輻射熱吸收進行觀察實驗，可進行不同深度顏色的同種物質在同位置的吸熱對比實驗;進行同種深度顏色的不同種物質在同位置對光的輻射熱吸收對比實驗;還可進行同深度顏色的物質在不同位置的吸熱實驗，及進行以上三種情況下的各自散熱對比實驗，通過顯示板展示出來。

關鍵詞：吸熱;散熱;傾斜;輻射熱;連通器;受熱膨脹;單位面積;回流現象

因為物理實驗及其實驗裝置的設計無不滲透著技術的思想和方法，物理實驗裝置的改進和物理實驗教具的革新也無不運用技術的思想和方法。所以，我們一旦了解和掌握一定的實際操作技術，進入物理實驗室每做一個實驗，不僅僅是為觀察實驗現象、得出實驗結論，更重要是應有問題意識，對于教材上一些設計欠完美的實驗要能發現問題，并能用綜合實踐課程的思想和方法去研究解決，培養學生創新能力。這樣，我們才會不由自主地用技術的思想和方法去自覺進行物理實驗的創新。本教具是配合《誰熱得快》一課教學而設計的不同顏色吸熱散熱實驗裝置，旨在探究物質顏色與吸收輻射熱之間的關系，物質擺放位置與吸熱散熱之間的關系，從而認識到世界萬物之間都是互相聯系的。

實驗材料：木質抽屜盒一個，涂有黑色試管2只、深紅色、紫色、黃色、藍色、白色管的試管各一支，試管架2個，微小壓強刻度塑料刻度板七塊，直徑五毫米的塑料管八米，塑料線卡七個，塑料洞洞板一塊，顏料三原色加白色一套，日光燈一臺，小吹風機一個，溫度計七支以及其他輔助工具如鋼鋸、強力膠，電鉆等。

制作過程：演示器由三部分組成，即光燈照射裝置，物體位置自控裝置，U型管顯示板裝置。

（一）物體位置自控裝置。用四個萬能塑料棒和四個塑料片做成兩個三腳架，中間加一橫軸。把四個L形塑料棒做成的U形支架固定上試管架套在橫梁上，可自由翻轉。在U形支架和三腳架之間連接一洞洞條用來調節支架的角度。把七個外表涂有黑（2只）、深紅、紫、黃、藍、白色管的試管內裝酒精液體15mL，試管口部用PVC管頭封住，用直徑五毫米塑料管把管頭與U型管連接，在軟管中間加一三通管，用以隨時調節U形管內液體平衡。

（二）U型管顯示板裝置。制作七個小U形管，分別固定在有刻度的塑料板上。用橡膠軟管連接一端，一端與涂有顏色試管相連接，形成七個完整的連通器。在U型管中注入與試管相對應的顏色，使兩邊液面剛好達到零刻度線。以便觀察溫度的高低變化并能方便明確對應的顏色。

（三）家用日光燈一臺。由于陽光受天氣的影響，不能隨時隨地使用，用日光燈，自由靈活方便快捷。

實驗方法

實驗一：吸熱實驗

（一）不同顏色的物質在同一位置的吸熱對比演示

六支試管分別涂上黑色、深紅色、紫色、黃色、藍色、白色管的試管，涂色時留下五毫米寬的長條，以觀察試管內酒精液體受熱時的變化。為了便于觀察試管內水溫變化，在試管內放入少量的木屑，液體受熱分子膨脹，帶動木屑運動，更好地顯示物質的吸熱狀態。試管內裝酒精，為試管三分之二，酒精比熱容較低，吸熱相同時，變化比水強，實驗效果會更明顯。在日光燈強烈照射下，由于不同深度顏色的同種物質吸熱能力不同，受熱后試管內的溫度也不同，受熱膨脹程度各異，所產生的氣壓也不盡相同，所以相連U型管一端內的液拄升高也不一樣，由兩側液拄平衡變成一高一低。升高的液柱由高到低依次為黑色管，深紅色管，紫色管，黃色管，藍色管，白色管。液柱升得越高其溫度就越高，液柱升得低其溫度就低，與溫度計的測溫相一致，這說明不同顏色的物質，吸熱能力不一，顏色越深，吸熱能力越強，反之亦然。

（二）同一顏色的物質在不同位置的吸熱演示

從數學角度來講，由于物體位置不同，所獲得的熱量也不同。一定熱量的光，照射面積越小，其單位面積所獲得的熱量就越多。直射時，光照面積最小，單位面積獲以黑色試管為例，與光線垂直時，接受照射的熱量吸收的最多;斜射時，光照面積變大，單位面積獲得的熱量就少些。

（三）由于物質的比熱容不同，質量相同的不同物質吸收相同熱量后溫度變化不同，不同溫度變化同樣可以在U形管的液面差上體現.如水的比熱容比酒精的大，與之相連的u形管液面相差就小得多。

實驗二：散熱實驗

不同顏色的相同物質散熱對比演示。用白紗布蘸滿酒精，覆蓋在七只試管上，用小吹風機進行吹干，可看到顯示板上U型管內的液柱，由出口管一端下降，其原因是由于酒精不斷的揮發，同時帶走一部分熱量，試管內酒精溫度逐漸下降，U型管內空氣在冷縮，管內液體有回流現象，所以出口一端液柱不斷下降。下降幅度從大到小依次是黑色管、深紅色、紫色、黃色、藍色、白色管，與溫度計測試相吻合，溫度逐步下降。

以黑色試管為例剖析，試管在受到熱輻射時，黑色物質對熱輻射的吸收能力最強，溫度升高得就快。黑色物質受熱其分子膨脹間隙大，所以釋放熱量也快。深顏色物質吸熱快，散熱也快，反之亦然，淺顏色吸熱慢，散熱也慢。

實驗優點

①趣味性強。教具由六支不同顏色另加一只黑色試管組成，與顯示板上七個不同顏色的U型管相對應組成七個完整的連通器。每支試管因顏色或物質不同，所吸收熱輻射也不同，試管內液體膨脹而產生的氣壓各異，所以試管內的液柱升高也不同，不同顏色的液柱高度參差不齊，極為壯觀。②物體傾斜可控性強。物體放置不同與升溫快慢有直接關系，物體傾斜度不同，其吸熱程度也不同。物體與地面呈水平狀態，其吸熱最少;與地面呈垂直狀態，其吸熱較多;與太陽光垂直狀態，其吸熱最多，也就是一定熱量的光，照射面積越小，其吸收熱量越多，反之亦然，所以物體傾斜度，是決定物質吸收輻射熱多少的關鍵。③容量大用途廣。此教具能進行不同深度顏色的同種物質在相同位置對光的輻射熱吸收對比實驗; 進行同種深度顏色的同種物質在不同位置對光的輻射熱吸收對比實驗;也可進行同種深度顏色的不同種物質在同位置對光的輻射熱吸收對比實驗。④一具多能。即可做不同顏色的物質吸熱對比實驗，也可做不同顏色物質的散熱對比實驗。

此教具成本低，制作簡單，操作方便，實用于教學，具有一定推廣價值。