關于高中物理實驗加熱裝置改進的幾點看法

摘 要：高中物理實驗加熱裝置的改進是一個同時具有一定深度和廣度的研究課題，需要我們在學習實踐中積極探索，深入思考，并善于總結，本文結合筆者平時的學習體會提出了幾點高中物理實驗加熱裝置改進的原則，并以“金屬電阻率隨溫度變化實驗”中酒精燈的改進為例進行了詳細論述，希望對讀者有所助益。

關鍵詞：高中物理實驗;加熱裝置;改進;酒精燈

高中物理實驗是物理學習的重要組成部分，隨著近幾年新課標理念的持續深入落實，物理實驗的改進與創新也日漸引發熱議。在本文中，筆者僅結合自身學習體會，就高中物理加熱裝置的改進談幾點看法，希望對讀者有所助益。

一、 加熱裝置改進的主要原則

高中階段實驗的加熱裝置一般為酒精燈加熱和水浴加熱兩大類，其中又以前者比較常見。通常情況下需要對加熱裝置進行改進的實驗，往往并非是加熱裝置本身的原因，而是由于采用其他加熱方式可以取得更優的實驗效果，或者是能夠使操作更為簡單，或者是更利于實驗現象的觀察，提高實驗成功率，也或者是可以節省實驗時間、減小實驗誤差。這些都需要結合實驗情況具體分析，以優化實驗效果為側重點。這可以說是實驗加熱裝置改進的核心原則，除此之外，加熱裝置的改進也與其他物理儀器或器材的改進一樣，還遵循以下幾個一般性原則：

首先是科學性原則，即改進裝置后能夠保證或提升實驗的科學性。實驗的科學性是指實驗原理及操作流程均符合客觀實際，實驗組織和安排上也符合學生的認知規律，從而便于學生從實驗現象的觀察和實驗結果的分析中獲得正確的概念、學會重要的方法。科學性可以說裝置改進的最基本的要求。

其次是簡易性原則，即取材簡單，操作方便，并且能夠使得實驗現象更明顯，實驗重點更突出。對此，物理學家麥克斯韋曾有過著名論述：“一項實驗需要的材料和器材越簡單，學生就越感到親切，越想徹底地獲得所驗證的結果，并且也能夠相對容易地獲得理想結果。這種實驗的教育價值往往與儀器的復雜程度成反比。”

再次是穩定性原則，即采用裝置后能夠使實驗現象穩定，以便于我們觀察分析并最終得出結論。實踐證明，實驗的穩定性越高，學生掌握相關知識和方法的效率就越高，反之則容易導致學生對所學知識產生疑惑，對知識的最終內化產生不良影響。考慮到加熱過程是一個漸進的過程，因此在改進實驗加熱裝置時就更應充分地考慮實驗的穩定性。

最后是低成本原則，即不論哪種實驗裝置的改進都應力求向低成本的方向發展。盡可能就地取材，從日常生活中找到實用而成本低廉的材料。對于功效相對單純的加熱裝置而言更是如此。這樣既能避免不必要的浪費，同時也能避免高成本復雜裝置分散學生的注意力，以至于對實驗現象的觀察與分析帶來干擾。

二、 例談高中物理實驗加熱裝置的改進

這里以“金屬電阻率隨溫度變化實驗”為例來進行論述，因該例簡單而又典型，能夠較好地體現上述所論原則。這一實驗在學習高中物理第二冊必修“電阻定律”時常有老師帶領學生做，主要是為了驗證“各種材料的電阻率都隨溫度變化，金屬的電阻率隨溫度的升高而增大”這一知識點，讓學生通過直觀的實驗展示而加深印象，強化學習效果。這一實驗需要用到酒精燈加熱，但筆者在實驗過程中發現這種方式存在一定不足，因此需要適當地加以改進。為了能充分展現改進前后的對比效果，我們先來看一下原來的實驗：將一根直徑0.3mm、長約0.1m、阻值在1～2Ω之間的細鐵絲繞城螺旋狀R，然后將其與一個2.5V小燈泡L、兩節1.5V的干電池連接成串聯電路。然后用酒精燈加熱R，以驗證“金屬的電阻率隨溫度的升高而增大”。

但在實驗過程中筆者發現，由于酒精燈容易被風吹滅，導致實驗中斷，不易一次成功，更為重要的是，酒精燈往往加熱過快，導致實驗現象短暫，觀察不明顯，實驗的穩定性不高。針對這種不足，筆者對該實驗加熱裝置進行了如下改進：用水浴加熱法代替酒精燈加熱，具體取三個大小適中的燒杯A、B、C，分別注滿涼白開、50℃熱水以及沸水，連接好電路后，依次將三個燒杯移近R，使用燒杯中的水將其淹沒，時間均為3分鐘（淹沒時間不能過長或過短，要保證在水溫降低之前R被加熱到與水溫大致相當的溫度，經過反復驗證，3分鐘是比較合適的）。然后觀察到以下實驗現象：當燒杯A的涼白開浸泡R時，小燈泡L的亮度最高;當燒杯B的50℃熱水浸泡R時，小燈泡L的亮度次之;當燒杯C的涼白開浸泡R時，小燈泡L的亮度最低。這就很好地驗證了“金屬的電阻率隨溫度的升高而增大”。

通過以上的論述不難看出，改進后的水浴加熱方式要優于原來的酒精燈加熱。首先，水的溫度在一定時間段內時保持穩定的，不存在酒精燈熄滅導致實驗時間拉著的問題;其次，用三個燒杯裝三種不同溫度的水，加熱程度上分了層次，從而避免了酒精燈加熱過快導致實驗現象短暫的問題，使得實驗現象更為明顯而易于觀察，這就很好地提升了實驗效果，提升了實驗成功率。可見，對該實驗加熱裝置的改進是符合上文中所說的核心原則的，即“結合實驗情況具體分析，以優化實驗效果為側重點”，同時也不難看出，水浴加熱法的也符合科學性、簡易性、穩定性和低成本原則。這也是筆者選取此案例的主要原因。

三、 結語

綜上所述，筆者結合平時的學習體會提出了幾點高中物理實驗加熱裝置改進的原則，并以“金屬電阻率隨溫度變化實驗”中酒精燈的改進為例進行了詳細論述。事實上，高中物理實驗加熱裝置的改進是一個同時具有一定深度和廣度的研究課題，需要我們在學習實踐中積極探索，深入思考，并善于總結。本文拋磚引玉，尚盼有識者不吝指教。

參考文獻：

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作者簡介：

程瑜，河南省平頂山市，河南省實驗中學。

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陳再南，福建省泉州市，福建省泉州市安溪崇德中學。

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徐承東，重慶市，重慶市豐都縣第三中學。