综合实践课程中自制多功能物体吸热散热演示仪

康峰 王海芬

摘要：通过不同深度颜色的物体在三种不同的位置对光的辐射热吸收进行观察实验，可进行不同深度颜色的同种物质在同位置的吸热对比实验;进行同种深度颜色的不同种物质在同位置对光的辐射热吸收对比实验;还可进行同深度颜色的物质在不同位置的吸热实验，及进行以上三种情况下的各自散热对比实验，通过显示板展示出来。

关键词：吸热;散热;倾斜;辐射热;连通器;受热膨胀;单位面积;回流现象

因为物理实验及其实验装置的设计无不渗透着技术的思想和方法，物理实验装置的改进和物理实验教具的革新也无不运用技术的思想和方法。所以，我们一旦了解和掌握一定的实际操作技术，进入物理实验室每做一个实验，不仅仅是为观察实验现象、得出实验结论，更重要是应有问题意识，对于教材上一些设计欠完美的实验要能发现问题，并能用综合实践课程的思想和方法去研究解决，培养学生创新能力。这样，我们才会不由自主地用技术的思想和方法去自觉进行物理实验的创新。本教具是配合《谁热得快》一课教学而设计的不同颜色吸热散热实验装置，旨在探究物质颜色与吸收辐射热之间的关系，物质摆放位置与吸热散热之间的关系，从而认识到世界万物之间都是互相联系的。

实验材料：木质抽屉盒一个，涂有黑色试管2只、深红色、紫色、黄色、蓝色、白色管的试管各一支，试管架2个，微小压强刻度塑料刻度板七块，直径五毫米的塑料管八米，塑料线卡七个，塑料洞洞板一块，颜料三原色加白色一套，日光灯一台，小吹风机一个，温度计七支以及其他辅助工具如钢锯、强力胶，电钻等。

制作过程：演示器由三部分组成，即光灯照射装置，物体位置自控装置，U型管显示板装置。

（一）物体位置自控装置。用四个万能塑料棒和四个塑料片做成两个三脚架，中间加一横轴。把四个L形塑料棒做成的U形支架固定上试管架套在横梁上，可自由翻转。在U形支架和三脚架之间连接一洞洞条用来调节支架的角度。把七个外表涂有黑（2只）、深红、紫、黄、蓝、白色管的试管内装酒精液体15mL，试管口部用PVC管头封住，用直径五毫米塑料管把管头与U型管连接，在软管中间加一三通管，用以隨时调节U形管内液体平衡。

（二）U型管显示板装置。制作七个小U形管，分别固定在有刻度的塑料板上。用橡胶软管连接一端，一端与涂有颜色试管相连接，形成七个完整的连通器。在U型管中注入与试管相对应的颜色，使两边液面刚好达到零刻度线。以便观察温度的高低变化并能方便明确对应的颜色。

（三）家用日光灯一台。由于阳光受天气的影响，不能随时随地使用，用日光灯，自由灵活方便快捷。

实验方法

实验一：吸热实验

（一）不同颜色的物质在同一位置的吸热对比演示

六支试管分别涂上黑色、深红色、紫色、黄色、蓝色、白色管的试管，涂色时留下五毫米宽的长条，以观察试管内酒精液体受热时的变化。为了便于观察试管内水温变化，在试管内放入少量的木屑，液体受热分子膨胀，带动木屑运动，更好地显示物质的吸热状态。试管内装酒精，为试管三分之二，酒精比热容较低，吸热相同时，变化比水强，实验效果会更明显。在日光灯强烈照射下，由于不同深度颜色的同种物质吸热能力不同，受热后试管内的温度也不同，受热膨胀程度各异，所产生的气压也不尽相同，所以相连U型管一端内的液拄升高也不一样，由两侧液拄平衡变成一高一低。升高的液柱由高到低依次为黑色管，深红色管，紫色管，黄色管，蓝色管，白色管。液柱升得越高其温度就越高，液柱升得低其温度就低，与温度计的测温相一致，这说明不同颜色的物质，吸热能力不一，颜色越深，吸热能力越强，反之亦然。

（二）同一颜色的物质在不同位置的吸热演示

从数学角度来讲，由于物体位置不同，所获得的热量也不同。一定热量的光，照射面积越小，其单位面积所获得的热量就越多。直射时，光照面积最小，单位面积获以黑色试管为例，与光线垂直时，接受照射的热量吸收的最多;斜射时，光照面积变大，单位面积获得的热量就少些。

（三）由于物质的比热容不同，质量相同的不同物质吸收相同热量后温度变化不同，不同温度变化同样可以在U形管的液面差上体现.如水的比热容比酒精的大，与之相连的u形管液面相差就小得多。

实验二：散热实验

不同颜色的相同物质散热对比演示。用白纱布蘸满酒精，覆盖在七只试管上，用小吹风机进行吹干，可看到显示板上U型管内的液柱，由出口管一端下降，其原因是由于酒精不断的挥发，同时带走一部分热量，试管内酒精温度逐渐下降，U型管内空气在冷缩，管内液体有回流现象，所以出口一端液柱不断下降。下降幅度从大到小依次是黑色管、深红色、紫色、黄色、蓝色、白色管，与温度计测试相吻合，温度逐步下降。

以黑色试管为例剖析，试管在受到热辐射时，黑色物质对热辐射的吸收能力最强，温度升高得就快。黑色物质受热其分子膨胀间隙大，所以释放热量也快。深颜色物质吸热快，散热也快，反之亦然，浅颜色吸热慢，散热也慢。

实验优点

①趣味性强。教具由六支不同颜色另加一只黑色试管组成，与显示板上七个不同颜色的U型管相对应组成七个完整的连通器。每支试管因颜色或物质不同，所吸收热辐射也不同，试管内液体膨胀而产生的气压各异，所以试管内的液柱升高也不同，不同颜色的液柱高度参差不齐，极为壮观。②物体倾斜可控性强。物体放置不同与升温快慢有直接关系，物体倾斜度不同，其吸热程度也不同。物体与地面呈水平状态，其吸热最少;与地面呈垂直状态，其吸热较多;与太阳光垂直状态，其吸热最多，也就是一定热量的光，照射面积越小，其吸收热量越多，反之亦然，所以物体倾斜度，是决定物质吸收辐射热多少的关键。③容量大用途广。此教具能进行不同深度颜色的同种物质在相同位置对光的辐射热吸收对比实验; 进行同种深度颜色的同种物质在不同位置对光的辐射热吸收对比实验;也可进行同种深度颜色的不同种物质在同位置对光的辐射热吸收对比实验。④一具多能。即可做不同颜色的物质吸热对比实验，也可做不同颜色物质的散热对比实验。

此教具成本低，制作简单，操作方便，实用于教学，具有一定推广价值。