妙用注射器比较不同物态材料的导热性能*
2010-09-05张启平
张启平
湖北省十堰市第四中学 湖北十堰 442000
妙用注射器比较不同物态材料的导热性能*
张启平
湖北省十堰市第四中学 湖北十堰 442000
热传导实验中，多是固态材料(如铜棒、铁棒和铝棒等)导热快慢的比较，很少涉及液态与气态的物质(如日常生活中的空气和水)，学生只能通过阅读来了解水或空气的导热性能。本实验利用注射器，较为轻松地实现了不同物态的物体导热性能的比较，使学生可以更加全面地认识热传递现象。
一、实验原理
不同材料制成的物体导热性能一般是不同的。学生通过观察火柴倒下的先后顺序，比较铜棒、水柱和空气柱传热的快慢。
二、实验器材
铁架台2个，酒精灯1个，5ml注射器一支，铜棒1根(直径10mm，长约20cm)，火柴1盒，凡士林若干。实验装置如图1所示。
图1 实验装备图
实验的关键是水柱和空气柱的获得，这里将注射器进行改装：把5ml注射器活塞取下，剥离其顶端的橡胶密封帽，削去帽顶，将其剩余部分紧套在铜棒的一端并使铜棒露出2～3mm，然后再插入注射器针管；将注射器的针头拔下，用热熔胶密封住(如图2所示)。
图2 注射器活塞前端橡胶密封帽的处理及其与铜棒的连结
三、实验过程
1.铜棒与水柱的导热性能比较
按照实验装置图将实验器材进行搭接，在针管内装满水并安装在铜棒上。以酒精灯灯芯为中心，在其两侧相等距离处用凡士林粘上火柴。检查无误后就可以开始实验了，点燃酒精灯，观察实验现象。
2.铜棒与空气的导热性能比较
先排尽针管内的水，再进行实验。操作过程同水柱的实验。
3.注意事项
(1)温度不能太高，更要避免火焰直接加热注射器，以防橡胶密封圈等的性质发生改变，影响密封性；(2)火焰离火柴的距离不能太小，以免热辐射的影响过大；(3)为避免液体或气体在加热过程中发生对流，应当使装置水平或者略低于注射器；(4)加热过程中要尽量保持空气的稳定性，否则由于周边空气发生流动会较为明显地影响升温过程。
四、实验现象与结论
点燃酒精灯加热铜棒，2～3分钟后可以发现铜棒上竖立的火柴倒落，再过一会儿水柱上的火柴也倒落，说明铜棒的导热比水柱要快。再比较铜棒和空气柱，发现铜棒上的火柴倒落之后很长一段时间，空气柱上的火柴仍没有倒落，说明铜棒的导热比空气柱要快。将三者比较，可以得出结论：铜棒的导热最快，水柱次之，空气柱最慢。
五、本实验的优点
1.巧妙地使用注射器，可以比较不同物态物体的导热性能；
2.实验材料易得，装置简单，操作方便；
3.观察火柴倒下，实验现象明显，便于课堂教学；
4.可以非常简便地接入温度传感器，使数据采集与实验过程同步，让学生既可以观察到实验现象，又可以在大屏幕上读出不同时刻的温度。
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2010-06-05
张启平，本科，中教高级。
*本文系湖北省教育科学“十一五”规划2009年度立项课题“物理课堂演示实验教学的理论与实践研究”(课题批准号：2009B363)。
