多功能热学实验探究装置，本文主要内容关键词为：热学论文,多功能论文,装置论文，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。
中学物理热学部分的实验较多，所需器材零散，组装复杂，实验效果大多不够理想。笔者在多年的教学实践中，经过不断地学习、总结、实验与改进，一直使用自己组装整合的一套专门用于完成中学物理热学实验的装置，改善了热学实验原有的不足，取得了实验器材少、操作简单、现象明显、易于控制等较为理想的效果。
该套仪器的主要装置如图1所示，使用时只需配备较少的器材，就可以完成中学物理热学部分的绝大部分实验。该装置不但可以用于教师课堂演示实验，也可以用于学生的分组实验。
图1
为了达到与更多同仁资源共享的目的，现将运用该套装置完成的部分实验推荐给大家，也希望得到各位老师的指教，使之更加科学、高效和完善。
实验一 观察冰的熔化过程
该实验装置如图2所示，在右端玻璃管中插入搅拌器，搅拌器的下端是用弹簧做成的金属圈。该实验可以观察冰吸热升温、冰的熔化过程、水吸热升温等现象。
该实验在室温约15℃、不加热的情况下，一般3min～5min瓶中的冰便可以全部熔化，若需要缩短实验时间，只需稍微加热即可实现。
图2
实验注意事项
1.将冰块粉碎（最好用刨冰），装入锥形瓶中三分之二高度以上，将温度计尽量往下放。放入的刨冰量不能过少，过少会出现熔化后水的体积较小，使温度计的玻璃泡部分或全部处在水面之上，造成温度测量不准确；
2.放入锥形瓶中的刨冰要小心压实，否则不易导热，使得熔化不均匀；
3.在熔化过程中，应注意不停地搅拌，使冰均匀熔化，实验效果更佳；
4.需要缩短实验时间时，可以对锥形瓶微微加热。建议不用酒精灯加热，因为其火焰温度不易控制。此时，将铁架台和石棉网去掉，换用一只烧杯，烧杯中装入热水后，将锥形瓶直接放在烧杯上即可。由于水温可方便调节，所以实验速度也能够控制。
实验二 观察水的沸腾现象
图3
实验装置如图3所示，可以观察水沸腾前后所产生的气泡的变化、声音的变化，测量水的沸点。
实验注意事项
1.装入锥形瓶中的水量应达到瓶高的三分之二，过少会使气泡变化不明显，过多又会使水沸腾后容易从两排气管中喷出，造成人身伤害；
2.为了使实验现象更便于观察，应将酒精灯火焰尽量调小，并且在加热中一定要使用石棉网；
3.为了节省实验时间，可以在锥形瓶中装入热水进行实验，热水的温度可以根据需要来确定，但应注意准确测量水的初始温度；
4.实验时应确保两排气管畅通。
另外，该装置还可以演示液体的对流现象。在锥形瓶里的水中放入少许石蜡碎末、木炭碎末或木锯末，对锥形瓶加热后，可以清晰地看到水的对流情况。
实验三 探究沸点与压强的关系
实验装置如图4所示。该实验可以探究液面压强增大时，液体的沸点将升高；液面压强减小时，液体的沸点将降低。
图4
实验注意事项
1.实验时左端排气管上的管夹一定要旋紧，不能漏气；
2.实验中，做液面压强增大液体沸点升高实验时，应在持续加热的情况下进行。该实验只要求看到液面压强增大后沸腾停止，然后分析沸腾停止的原因，推导得出沸点升高的结论。建议不要等待水再次在高温下沸腾，因为当液面压强恢复正常情况时，水的沸腾会大大加剧，容易造成人身伤害；
3.做液面压强减小液体沸点降低的实验时，液体沸腾后应移去酒精灯，停止加热，待沸腾现象完全停止、水温下降1℃～3℃时开始用注射器抽气，但应注意水温不能降低过多；
4.该实验中使用的注射器应尽量大一些，因为抽气量越大，液面上压强越低，实验效果越好；
另外，该装置还可以演示气体膨胀做功的现象。把管夹拧紧，给锥形瓶加热，由于锥形瓶内气体膨胀，将把注射器活塞推起，说明气体膨胀可以对外做功。
实验四 探究气体的液化现象
将该实验仪器组装成如图5所示装置。该实验通过水蒸气喷到玻璃板上，可以观察到水蒸气的液化现象。用手接触玻璃板的外面，可以感受到玻璃板的温度较高，说明水蒸气液化需要放热。
图5
实验注意事项
1.实验时，一定要将左端排气管上的管夹旋紧，确保实验过程中不能漏气；
2.锥形瓶中水不宜过多，一般为瓶高的二分之一。水面过高，在水沸腾时，易出现从喷气管喷出的不仅是水蒸气，还有一些水珠，影响实验效果；
3.锥形瓶中的水沸腾后，应根据喷气管的喷气情况调整加热；
4.实验时，应注意不要用手直接接触管口处喷出的水蒸气，以免烫伤。
实验五 探究碘的升华和凝华
将装置组装成如图6所示情况。将温度计去掉，在左右两只排气管中各穿入一根棉线。该实验可以清晰地观察到碘的升华现象；冷却后两根白色棉线上会有许多碘微粒吸附在上面，其凝华效果很好。
图6
实验注意事项
1.做碘的升华实验时，应注意用小火加热，这样可以清楚地看到碘没有发生熔化现象，实验时间应该稍长一些，使瓶中产生的碘蒸气逐渐变浓；
2.在升华实验中，当碘蒸气达到一定浓度时应停止加热，但升华现象仍要持续一段时间。然后开始出现碘蒸气的凝华，凝华的效果与碘蒸气的浓度有直接的关系；
3.排气管中的棉线尽可能选用白色、表面粗糙、线径稍粗一些的多股线，这样，凝华在棉线上的碘微粒会较多，现象更为明显。
实验六 探究不同颜色的物体吸收热辐射的本领
将装置组装成如图7所示情况。将两只锥形瓶一只涂成黑色，另一只涂成白色，两瓶的排气管上各加装一个水平套管，管内充一段红色水柱，用以显示瓶内气体的膨胀情况。该实验可以演示表面颜色不同的物体吸收热辐射的本领不同。
实验注意事项
1.水平套管的起始部位应做成一段“U”形，以方便存放液柱。在向该管滴入液体时，应打开管夹，待液柱停在“U”形管中时，再将管夹旋紧；
2.瓶塞与瓶口、排气管、温度计与瓶塞之间的密封情况与该实验的效果有直接的影响，应注意用玻璃胶密封；
图7
3.该实验温度变化不明显的原因是温度计的分度值较大，若要观察到温度的变化，需要延长照射时间，此时，液柱被排出水平管外属正常现象；
4.该实验中所用的灯泡应为白炽灯，功率为60 W，可以根据实验的实际效果调节其功率大小。灯泡应放在距两只锥形瓶等距离的位置，距离在10cm～15cm之间，灯的位置对实验效果影响明显。
实验七 探究辐射源的热辐射本领
将装置组装成如图8所示情况。取一个60W的白炽灯泡，将灯泡半边涂成黑色，另外半边涂成白色或不涂色。接通电源后可以看到灯泡黑色一面瓶中的液柱向外移动的速度明显比另一端快。该实验说明黑色表面物体的热辐射本领较强。
图8
实验注意事项
1.为灯泡涂色时注意使灯丝与两色分界面对称；
2.涂色所用的材料建议选用水性颜料，如水彩、墨汁等，尽可能不用油漆；
3.该实验中灯泡的功率不宜过大，功率过大会使实验效果反而不明显；
4.其余注意事项请参考“实验六”中的1、2、3。
以上几例实验，笔者在多年教学实践中坚持使用，取得了较为理想的教学效果。当然，该装置还可以开发更多的教学实验，有待进一步探究、改进。同时，恳请各位同仁对以上实验及装置多提宝贵意见，使其更加完善，在教学中发挥更大的作用。
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