關于云母片導熱“各向異性”實驗的討論

高中物理課本［人教版(必修加選修)］中敘述晶體導熱各向異性，是舉這樣一個實驗來說明的：在云母片上涂上很薄一層石蠟，然后用燒熱的鋼針的針尖接觸云母片，接觸點周圍的石蠟就熔化了，而熔化了的石蠟成橢圓形，這表明云母晶體在不同方向導熱性是不同的。首先，必須指出，作為熱源的鋼針一定要接觸云母片不涂蠟的一面。課本上此處沒有加以說明，這是一個疏忽。而大學教材［如《熱學》］都寫明鋼針接觸云母片涂蠟層的反面。

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這個實驗看似簡單，但要想成功也要注意一些細節，現簡述如下，以供同仁參考。

1．鋼針熱容量太小，難以熔解云母片上的石蠟層，對于玻璃板下的石蠟更是難以熔解。最好的辦法是用40mm左右的鐵釘，用尖嘴鉗夾住放在酒精燈上對釘的尖端燒紅，再將釘的尖端向上，將云母片水平放置在尖端上(涂蠟層向上)這就能使石蠟熔化成橢圓形。

2．為了使蠟面涂成均勻薄層，可用四氯化碳溶液將石蠟溶解，用脫脂棉將溶液均勻涂在云母片上，放在陽光下備用。

3．作為對照用的玻璃板往往因其厚度太大(一般在2．5mm以上)，燒紅的鐵釘在涂蠟層的反面接觸，只能使蠟熔化成一個點，看不出形狀。若把鐵釘在玻璃板涂蠟層上接觸，則不符合與云母片作對照的要求。對此，可利用小號培養皿(外徑60mm)來做實驗，它的玻璃只有1．4mm厚，鐵釘在涂蠟層反面接觸，可以使蠟熔化形成有一定半徑的圓形。

在經過多次這樣的實驗，我們發現熔化的石蠟形成的橢圓形狀與課本上的橢圓形狀相同，但與2000年人教版教材(實驗修訂本)不同。測量了多次實驗結果，橢圓的離心率e的平均值是0．56，而該教材上畫的橢圓離心率e約為0．81。

那么石蠟熔化的橢圓究竟是怎樣的形狀呢?我們查閱有關地質學的書籍，了解了云母晶體結構上的特點。云母晶體在沿薄層方向是基本對稱的六邊形，在某個方向上略有不同的結構。如圖1中畫斜線部分所示。因此云母片沿各個方向的熱傳導性能略有差異，熔化的石蠟形成橢圓的長軸和短軸的差異是較小的，即橢圓的離心率e不會很大。

(欄目編輯王柏廬)