測定金屬線膨脹系數實驗中的幾點教學看法

摘 要：本文總結了測定金屬線膨脹系數實驗中的幾個基本知識點，提出了幾點教學看法，進一步探討了我校的物理實驗教學做法，并得出一套實用的教學方法。

關鍵詞：線脹系數；視差；光杠桿

金屬線膨脹系數的測量是大學物理實驗中的一個非常重要的實驗，用來反映金屬的尺寸隨溫度的變化規律，在機械和儀表的制造中，影響著材料結構的穩定性和儀表的精度，也是衡量耐火材料的一個重要的性能參量。在金屬線膨脹系數的測量實驗教學中，應該讓學生掌握哪些物理知識和技能呢？對我校的很多工科專業來說，很可能根本用不上線膨脹系數這一參量，比如食品科學和水產養殖專業等，那么就需要挖掘這一實驗中最基礎最根本的物理知識和技能。現總結出以下三個基礎知識點：（1）望遠鏡調節中的視差概念及其消除方法；（2）測量微小變化量的一種方法光杠桿放大法；（3）加熱時怎樣讀取物體的溫度。那在實驗教學中，怎樣使得學生熟練掌握這幾個物理知識？下面是我校在教學中的具體做法。

一、 教學中的視差概念的理解方法

金屬線膨脹系數的測量實驗的基礎知識點主要有兩個，一個是視差，另一個是光杠桿放大法。調試望遠鏡時就必須對視差這一概念有個清晰的理解，并強調這一實驗的重要性，教師會經常跟學生土木系的舉例子，土木工程測量時，經常在外面擺個架子到處觀測，若這個實驗做不好，那到時找都找不到目標，這樣一說，學生就來興趣了。關于視差，實際是最基本的一個常識。舉個例子，兩個物體有一定的距離，比如兩根手指前后錯開位置放在眼睛的前方，你的眼睛能不能同時看清楚這兩根手指？看不清對吧，當前面一根手指看的清晰時，后面那根手指肯定看起來是模糊的；同理，當后面的一根手指能看清晰時，前面的那根手指又看得模糊了，即兩只眼睛不能同時聚焦在這兩根手指上，這兩根手指就不在同一平面上，那么當你眼睛上下移動時，手指看起來就存在錯位，這就叫視差。那要讓它看起來都在一個平面上，該怎么辦？這時必須把兩個像調清晰，此時眼睛再上下移動，則觀察到的手指就不再存在錯位了，這就是視差的消除辦法，需得將這基本的方法跟學生強調清楚。現在望遠鏡中一根手指代表標尺線，另一根手指代表叉絲，要將其都調清晰，這樣才能消除視差，跟學生灌輸這一重要點，是這個實驗中最基本的物理知識。

二、光杠桿放大法的理解

在實驗條件簡陋的當時，要測量出一個物體的微小變化量，這無疑有很大的難度，即使在科技手段發達的今天，要精確測量一些微小變化量，依然做不到，這就更反映出這種光杠桿放大法的珍貴和巧妙了。光杠桿放大原理是通過光杠桿，利用光的反射將物體的微小形變放大。比如，用手按壓桌面時，這種微小的形變不容易觀察到，但當我們在桌面放一個手電筒并使手電筒發出的光線照到幾米外的墻壁上，再次按壓桌面時，則能發現手電筒照射在墻壁上的光點位置隨著按壓桌面的程度而上下移動。在物理實驗教學中，引入生活中的許多事例可以使得學生理解得很深入，提高學生對物理實驗的興趣，從而在教學上做到共鳴的效果。

三、讀取溫度時需要注意的方法

在這個實驗中，溫度是動態變化的，嚴格來講，對加熱爐的溫度讀數時一定要關掉加熱爐的電源，因為恒溫時才能讀取數據，需待加熱爐的溫度穩定才能讀數；否則，溫度示數都還在變化，怎么可以讀取數據。那關掉了加熱爐，溫度不是會下降嗎？要說明的是，在降溫時，因為加熱爐有保溫層，相比而言，溫度下降的速度要慢些。為加深理解，我們可以舉個日常的例子，比如向學生提出個問題，水銀體溫計測量體溫時，為什么需要設置緊縮口，防止水銀倒流？通過問問題的方式來引導學生思考，這樣就可以改變學生被動學習的方式，吸引學生積極主動地探索實驗，從而提高學生物理實驗學習的效果。

四、對學生實驗操作技能訓練的要求

物理實驗的技能是理工科大學生的必備技能，掌握了這個技能才可以進一步這個在這個實驗教學時，學生測量完后，可以要求學生再次調試儀器至待測狀態，因為很多學生在第一次動手調節儀器時，可能是碰巧調試出來的，偶然性比較大，故而再讓學生做一遍很有必要， 而且要求學生在規定的時間內能重新調節好儀器，只有這樣才能說明學生已經真正掌握了這個實驗的方法，理解了實驗中的物理知識。

五、結論

通過對金屬線膨脹系數的測定實驗的分析探討，總結出實驗教學當中的一些重要的物理方法和物理技能，促進了對這一實驗的深入理解，可以進一步提高教師的教學水平。同時注意到，在這個實驗教學的分析討論中，未對數據處理方法等進行分析，尚存在著不足之處需待更深入的討論研究。

參考文獻：

[1]徐滔滔.大學物理實驗教程[M].北京：科學出版社，2008.

[2]朱桂芹，焦健.如何提高《金屬材料與熱處理》教學質量[J].科技資訊， 2006 （6）：122122.

[3]朱瑜，劉瓔輝.不同讀數方法測量金屬線膨脹系數的比較[J].實驗室研究與探索，20150415.

[4]李霞，趙樹民，賈鵬英，龐學霞.光杠桿原理在鋼絲楊氏模量測定中的近似[J].物理通報，20070315.

項目基金：基金資助：武漢輕工大學校立教研項目（編號：XM2017005）

作者簡介：李定海（1980），湖南瀏陽人，講師，主要從事大學物理和大學物理試驗的教學研究工作。