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(nèi)容，第一部分是探究光的強弱與溫度的關(guān)系，要求學(xué)生分別利用不同面數(shù)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(fā)現(xiàn)凹面鏡和凸透鏡匯聚光線。

教材中的兩方面內(nèi)容，都是要求學(xué)生能理解陽光的強弱與溫度的關(guān)系，以及凹面鏡和凸透鏡能匯聚光線。在實際操作中，我們經(jīng)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(fā)學(xué)生思考物體與光源的角度及距離對溫度的影響，為后續(xù)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

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

開放性：教材雖然啟發(fā)學(xué)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(yīng)該鼓勵學(xué)生嘗試運用更多的方法來探究這個問題。

改進要點

1.增設(shè)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(fā)光二極管和1個開關(guān)組成。當(dāng)學(xué)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(fā)光二極管就會越亮。

3.數(shù)字屏幕溫度傳感器，測量更加準(zhǔn)確、方便。

4.可接入數(shù)字化實驗裝置，數(shù)字化實驗裝置可以進一步對數(shù)據(jù)加工。

5.在底部粘貼光源的角度與距離位置圖，啟發(fā)學(xué)生思考光的角度、距離與溫度的關(guān)系。

實驗操作

1.怎樣使光增強

學(xué)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(fā)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(guān)系

（1）打開太陽燈的開關(guān)，2分鐘后讀出顯示屏上的溫度，關(guān)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(jīng)過相同的時間后讀出顯示屏上的溫度。

（3）重復(fù)上一步實驗，依次增加鏡子的數(shù)量，讀出溫度傳感器的示數(shù)（見下表）。

根據(jù)以上學(xué)生收集的數(shù)據(jù)，我們可以驗證：光越強，溫度越高。

3.數(shù)字化實驗驗證光的強弱與溫度的關(guān)系

本實驗裝置可支持數(shù)字化探究系統(tǒng)，具體操作如下：

（1）將帶屏幕溫度傳感器的探頭換成數(shù)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(shè)置好數(shù)據(jù)（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(shù)字化實驗裝置收集的數(shù)據(jù)（如圖3），得出結(jié)論。

（4）展示與交流實驗結(jié)果。雖然各組得出了相同的結(jié)論，但實驗數(shù)據(jù)不盡相同，分析結(jié)果不同的原因，啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)鏡子擺放的角度以及與光源的距離，會影響收集實驗的數(shù)據(jù)，為后續(xù)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

4.拓展探究，凹面鏡與凸透鏡會聚光線

（1）使用數(shù)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(tǒng)自動生成溫度在50？s內(nèi)的變化折線圖。

（2）根據(jù)實驗結(jié)果得出實驗結(jié)論：凸面鏡和凹面鏡都能匯聚光線。

實驗優(yōu)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(fā)學(xué)生嘗試將學(xué)到的知識應(yīng)用于創(chuàng)新之中。