结合电学知识改进固体热胀冷缩实验

山东省阳谷县教育和体育局(252300) 魏玉体

青岛版四年级科学教材上册第2单元第8节“自行车胎为什么爆裂”安排了三部分内容，首先是“在炎热的夏天，自行车胎为什么容易爆胎”，目的是让学生从生活中发现问题、提出猜想，并通过实验验证猜想；然后是“固体在受热或遇冷时体积有什么变化”，目的是让学生认识到铜球具有热胀冷缩的性质，进而推理到一般的固体也具有这一性质，总结出一般液体、气体、固体都具有热胀冷缩的性质；最后是“找一找生活中物体热胀冷缩的现象”，目的是让学生认识到科学与生活的关系，引导学生运用学到的知识解释生活现象，解决生活问题[1]。

1 教材中的实验

(1)实验目的:观察加热和冷却后的铜球是否都能穿过铁环，探究固体是否具有热胀冷缩的性质。

(2)实验材料:酒精灯、铜球、铁环等。

(3)实验步骤:①将铜球接近铁环的环孔，观察铜球是否能穿过铁环；②点燃酒精灯，加热铜球。将加热后的铜球接近铁环的环孔，观察铜球是否能穿过铁环；③将铜球放入水中冷却后再接近铁环，观察铜球是否能穿过铁环。

(4)实验现象:加热后的铜球不能穿过铁环；冷却后的铜球能穿过铁环。

(5)实验结论:铜球有热胀冷缩的性质。

2 原实验的不足

上面的实验，存在几点不足之处：

(1)实验成功率不高，铜球体积大，学生加热一会就想试试看能否穿过铁环，这样来回多次，实验也不能成功。

(2)铜球与铁环的配合，大小不可调整，灵敏度不高，加热短时间内铜球膨胀不大，影响实验结果。

(3)铜球加热后，学生手拿铜球手柄，接触铁环时，铜球易晃动、滚动，容易被烫到。

3 实验的改进

3.1 实验装置(见图1)

(1)用1块长方形木板(长约30 cm，宽约20 cm)作为演示仪底板，在底板的背面用螺丝钉固定一竖板，以加强演示仪的稳定性，将底板的右下角挖成1个直角形状，便于放置酒精灯。

图1 实验装置

(2)在底板上用螺丝钉依次将电池夹、灯座、2块铜片固定起来。在电池夹中装入1号干电池，在灯座中装入小灯泡。用导线依次连接形成串联电路。2块铜片中间断开，相当于电路开关。

(3)木板边缘部位用锡纸装饰一下，使其美观。

3.2 实验操作

(1)把固体的热胀冷缩仪装置正放在桌面上，在装置的右下角放置好酒精灯。

(2)点燃酒精灯，用酒精灯外焰加热铜片，观察现象。铜片受热膨胀，2块铜片结合在一起，形成闭合电路，小灯泡发亮。

(3)熄灭酒精灯，用吹风机正吹铜片，使其降温，观察现象(铜片受冷收缩，电路断开，小灯泡熄灭)。

(4)把铜片换成薄铁片、薄铝片等其他金属材料，重复上面(2)、(3)的操作。

3.3 实验注意事项

(1)调节好2块铜片(铁片、铝片)之间的距离，1 mm左右即可。

(2)调节好2块铜片的高度，以便用酒精灯的外焰对其进行加热。

4 改进后实验的优点

(1)此实验改进后，安全性提高，同时大大降低了外界不良因素对实验现象的影响。

(2)实验时间缩短，效率提高，实验效果更明显，实验可视性更强。铜片受热膨胀，2块铜片结合在一起，形成闭合电路，小灯泡发亮。借助小风扇使铜片受冷收缩，电路断开，小灯泡熄灭。

(3)不但用铜做此实验，还增加了用铁、铝等材料来做实验，让学生认识多种固体的热胀冷缩，使实验结论更具说服力，易于得出一般固体也具有热胀冷缩的性质这一结论。

(4)充分调动了学生学习积极性，激发起了学生对固体热胀冷缩的好奇心和探究欲望，同时培养了学生爱科学、学科学、用科学的良好学习品质，提高了学生动手实验操作能力。学生在直观现象中感受固体热胀冷缩的奥妙，再结合生活中的实例，引导学生做出科学合理的解释，达到了学以致用的目的，教学效果良好。