晶体和非晶体导热性能比较实验的探讨，本文主要内容关键词为：非晶体论文,晶体论文,性能论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、引言
普通高中课程标准实验教科书（人民教育出版社）《物理》选修3-3第9章第1节晶体与非晶体中有个实验[1]，用以演示晶体与非晶体的导热性质不同。教材采用烧热的钢针接触涂有蜂蜡的云母片和玻璃片的背面，分别得到了椭圆和圆形的蜂蜡熔化区域，由此说明云母和玻璃导热性能存在着差异，进而给出晶体（如云母）导热性能各向异性、非晶体（玻璃）导热性能各向同性。但是有不少教师反映，按照课本的做法，实验现象并不明显。有鉴于此，我们对此实验进行了研究，并将实验过程及操作要点整理出来，以便交流。
二、实验器材和装置
蜂蜡、石蜡、云母、玻璃、25W电烙铁、铁架台、升降支架、直径2mm铜丝20cm左右、U型片。实验装置如图1所示。
图1 实验装置
主要实验器材的作用：
1)恒温点热源的制作。将铜丝的一端缠绕在电烙铁上，另一端留置7～8cm，并打磨成针状，以点热源的形式通过接触云母或玻璃熔蜡。注意，点热源的针身长度要与电烙铁的功率相匹配，针身过长，铜丝散热过快；针身过短，电烙铁辐射影响蜂蜡熔化。
2)云母或玻璃的安放。U型片作为夹具，用来夹住玻璃或云母，便于水平固定。也可寻找其他代用品，笔者用气垫导轨上的遮光片代用。
3)热源的固定。升降支架用来固定电烙铁，方便电烙铁的升降，根据需要将点热源与云母（玻璃）接触或者分离，同时在实验中保证针状点热源与云母（玻璃）接触点稳定。
三、实验步骤与操作
蜂蜡或石蜡的涂覆是实验的关键操作，其他不需要赘述。在实验中云母上采用了刮涂法，玻璃上采用热熔法。
刮涂法即先将小块的蜂蜡或石蜡放在云母上，将云母放置在水平桌面上（桌面应该是硬质的或在桌面上放玻璃），用电吹风热风将蜂蜡或石蜡烤软，用壁纸刀在云母上刮涂形成一层薄膜。刮涂时应尽量使厚度均匀，同时刮涂应在各个方向上都做一次，避免出现某些点刮涂不上的情况出现。刮涂形成薄膜后待其冷却，用锋利的壁纸刀片垂直于薄膜刮削使薄膜的厚度达到合适且均匀，见图2。
图2 云母片的涂覆
热熔法即将小块的蜂蜡或石蜡放置于玻璃上，将玻璃水平放置在桌面上。放了蜂蜡或石蜡的那一段玻璃放于桌边缘外，用电吹风在玻璃下面加热，将蜡烤熔，使蜡在本身表面张力下冷凝后在玻璃上形成薄膜，见下页图3。
图3 玻璃片的涂覆
参照图1，将实验仪器搭接好后，就可以给电烙铁通电开始实验了。
四、实验结果
实验用蜂蜡和石蜡进行了对比，说明蜂蜡和石蜡用来实验均可。二者的区别仅是在薄膜厚度较小的情况下，蜂蜡较石蜡透明度差，涂在云母上较容易观察，见图4～5。蜂蜡和石蜡的熔化过程如图4～7所示。
五、分析和思考
1.实验分析
由实验结果照片可以看出，云母和玻璃导热是有明显区别的，尤其是烧熔最大区域的比较有很明显的不同。一个近似是椭圆，另一个近似是圆，由此比较可得云母和玻璃导热的差异性。但从图片上看出一个问题，玻璃的圆似乎有一点偏心，这是实验中玻璃水平度控制不好，有一点斜度造成的。
实验由于可视范围较小及采用了支架等原因，学生观察不方便。该问题应用多媒体技术可较好地解决，这里不再多述。
本实验难点之一是蜡的涂覆，实验中同时用了蜂蜡和石蜡，文中介绍了2种涂覆方法，云母涂覆用了刮涂法，玻璃涂覆用了热熔法。但这不是必须的，2种方法交换也是可以的。实际上涂覆的方法还有很多，例如将蜡溶解于溶液中制成蜡溶液涂在云母和玻璃上，教学中教师完全可以让学生去探究寻找更好的方法。关键是涂覆均匀且厚度合适就可以达到实验的要求。
2.思考和启发
在实验的过程中，笔者思考了这样一个问题，在教学中如何使用课本？课本是重要的教学资源，但不是惟一。若视课本为惟一，使每一个学生都得到发展就不可能实现，物理教学也就会变得乏味和单调，使生动的物理学变成一堆死的公式和记忆的程式。这也是造成我国教育千校一面的原因之一。课本给教师留下开发的空间，才可能使教学具有生成性，才可能满足不同学生发展的需求，才有可能满足个性化教学的需要。课本预留了空间，探究才有了意义，更会使课堂探究生动以及引发学生探究的兴趣。而这正是课程改革所追求的。所有这一切都给教师带来了新的挑战，在新课程教学中，教师不仅要转变课程实施观念，同时，也应该有与新课程对应的课程观、教材观。
本实验教材所给仅仅是一个指导性的方法，关键在于使用教材时要正确地理解和把握。教材是一种教学资源，不应该将其视为教学手册，指导性意义应该更多一些，尤其是在新课程当中，这种倾向更强一些。所以本文在前面叙述时采用了教材指导方法的说法。笔者认为对课本中此实验正确的理解应为材料可用云母和玻璃（晶体和非晶体），显示导热差异性可用蜂蜡，烧熔用接触点热源。至于实验过程及操作中的注意事项等问题，教材并没有给予非常具体的解释，例如云母和玻璃上蜂蜡的涂覆及如何去烧熔等，这些都给教学中教师带领学生探究留下了很大的空间。实验中除了正确认识教材的指导方法外，实验的关键之处也是关系实验成败的主要因素。笔者认为关键处如下：
1)云母片要薄；2)烧熔材料蜡的涂覆要均匀且薄厚有一定要求；3)烧熔热源是点源且烧熔过程中接触点要稳定；4)烧熔过程中要尽量使云母片和玻璃保持水平。
笔者认为课本中安排的晶体与非晶体导热实验有独到之处，预留了教师开发教材的空间，有学生探究的空间，留下了在教学中引导学生去创新的空间。