光與熱實驗探究裝置

王婷婷

實驗原型及不足

《光與熱》一課包含兩方面的內容，第一部分是探究光的強弱與溫度的關系，要求學生分別利用不同面數的平面鏡，將太陽光反射匯聚于一點，并測量該點的溫度變化;第二部分是發現凹面鏡和凸透鏡匯聚光線。

教材中的兩方面內容，都是要求學生能理解陽光的強弱與溫度的關系，以及凹面鏡和凸透鏡能匯聚光線。在實際操作中，我們經常會遇到以下幾個困難：實驗場地受限制、實驗受天氣影響較大、實驗耗時較長、實驗效果有時不明顯。

改進思路

為了克服上述困難，更好地開展實驗，我從以下幾個方面對實驗進行了思考。

替代陽光的光源：第一，它必須是一個熱光源，第二，我們要啟發學生思考物體與光源的角度及距離對溫度的影響，為后續的學習奠定基礎。

溫度計的改良：教材中的溫度計在實際操作中不太便于學生讀數，我們可以尋找一款讀數方便、反應靈敏的溫度計。

開放性：教材雖然啟發學生用多面平面鏡反射匯聚光線的方法來增強光線的強度，但我們應該鼓勵學生嘗試運用更多的方法來探究這個問題。

改進要點

1.增設熱光源，避免天氣影響（如圖1）。

2.增加驗證光線強弱裝置。它主要由1塊光電池板、3個發光二極管和1個開關組成。當學生要驗證自己的想法是否能使光變強或減弱時，只需要把光線投射在光電池板上，光越強，發光二極管就會越亮。

3.數字屏幕溫度傳感器，測量更加準確、方便。

4.可接入數字化實驗裝置，數字化實驗裝置可以進一步對數據加工。

5.在底部粘貼光源的角度與距離位置圖，啟發學生思考光的角度、距離與溫度的關系。

實驗操作

1.怎樣使光增強

學生利用改進裝置，驗證實驗方案的可行性。教材中使用的是多面鏡子反射光的方法，我們通過觀察發光二極管的亮度，驗證多面鏡子可以使光的亮度增強。

2.光的強弱與溫度的關系

（1）打開太陽燈的開關，2分鐘后讀出顯示屏上的溫度，關閉燈光。

（2）待傳感器溫度降到室溫，使用鏡子（或者其他能想到的、可加強光線強度的物品）將光線反射在溫度傳感器的探頭上，經過相同的時間后讀出顯示屏上的溫度。

（3）重復上一步實驗，依次增加鏡子的數量，讀出溫度傳感器的示數（見下表）。

根據以上學生收集的數據，我們可以驗證：光越強，溫度越高。

3.數字化實驗驗證光的強弱與溫度的關系

本實驗裝置可支持數字化探究系統，具體操作如下：

（1）將帶屏幕溫度傳感器的探頭換成數字化實驗裝置中的溫度傳感器探頭，傳感器的另外一頭連上筆記本電腦，并打開電腦中的“通用軟件”，設置好數據（如圖2）。

（2）0面鏡子、1面鏡子、2面鏡子、3面鏡子時，反射的光會聚于溫度傳感器的探頭上，依次測出并記錄其溫度。

（3）分析數字化實驗裝置收集的數據（如圖3），得出結論。

（4）展示與交流實驗結果。雖然各組得出了相同的結論，但實驗數據不盡相同，分析結果不同的原因，啟發學生發現鏡子擺放的角度以及與光源的距離，會影響收集實驗的數據，為后續的學習奠定基礎。

4.拓展探究，凹面鏡與凸透鏡會聚光線

（1）使用數字化實驗裝置，分別將沒有物體、凹面鏡、凸透鏡在裝置中，系統自動生成溫度在50？s內的變化折線圖。

（2）根據實驗結果得出實驗結論：凸面鏡和凹面鏡都能匯聚光線。

實驗優點

首先，提高實驗效率，避免了天氣等不可控因素的干擾。其次，本實驗裝置支持多種探究方式。最后，趣味性強，能激發學生嘗試將學到的知識應用于創新之中。