曹开铮

摘要：“比较不同颜色物体吸收光能的本领”和“探究色光的热效应”是初中物理必做的两个实验，但某些教材上设计的方案可操作性差、效率低，用自创的“光热转化演示仪”，一切问题迎刃而解。

关键词：设计；光；热效应

中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-6148(2009)6(S)-0057-2

《全日制义务教育物理课程标准》中写到：“通过实例认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化”、“讨论：太阳能在地球上怎样转化成各种形式的能?”［1］各版本教材为了落实这个要求，都安排了“比较不同颜色物体吸收光能的本领”和“探究色光的热效应”实验，但教学实践发现，教材所设计的实验普遍存在耗时长、现象弱、误差大、阴雨天无法进行实验等问题。现介绍自创的“光热转化演示仪”与大家共享。

1 现行教材的设计方案

1.1 人民教育出版社教材的设计方案

教材在“想想做做”栏目中以“自制太阳集热器”［2］，让学生比较不同颜色物体吸收太阳热的本领，其方案如图1所示。

1.2 上海科学技术出版社教材的设计方案

教材通过作业题，让学生分析实验数据，总结不同颜色物体吸收太阳能的性能：

小迪设计了如下的实验研究物体的吸热性能，她将质量、温度都相同的水分别倒入两个瓶中，用白纸和黑纸分别将瓶包起来(如图2所示)，然后将两个瓶子放在太阳光下，每隔3min测一测瓶中水的温度。经过30min的实验，小迪得到两瓶中的水温变化情况如下表所示：

小迪对上述的实验数据进行分析，得出的结论是______________。［3］

点评：这两个实验具有实验时间长、散热量大、现象不明显、阴雨天无法进行的特点。人教版教师用书建议：“把玻璃板拿开后测水温”，造成读数时要等待和散热量更大，实验误差会更大。

1.3 江苏科技出版社教材的设计方案

1.3.1探究活动

在光的色散实验中，小明在测量不同色光区域的温度时，惊奇地发现：将温度计放在红光的外侧时，温度会上升，如图3所示。你的探测结果与小明一样吗？这一现象说明了什么？［4］

1.3.2课后练习

（1）太阳光能使物体发热。在光的色散实验中，我们知道太阳光可以分解为各种色光。猜一猜，哪种色光发热本领大?用温度计测一测，你的想法对吗?［5］（2）任选两种物质，比较哪一种在太阳照射下升温快。想一想，可能的原因有哪些?［6］

点评：由于太阳光经三棱镜色散后所占据的空间变大，造成各色光单位时间内照射到温度计感温泡上的能量很小，使温度计的示数变化极微小。所以，利用如图3所示的方法，测出各色光的热效应是很困难的。

2 光热转化实验的创新设计

2.1 实验器材与装置

实验器材：相同规格的烧瓶3个，橡皮塞3个，U型玻璃管3个，100W白炽灯泡1个，相同功率的彩色白炽灯泡数个(或红色、蓝色各1个)，开关2个，支架1个和导线若干。

实验装置和原理：如图4所示，其中电路的连接如图5所示。

2.2 实验方法和步骤

2.2.1比较不同颜色物体吸收光能的本领

选用图4中的烧瓶A和B，只闭合开关S₁，让白炽灯L₁发光照射分别涂有黑色和白色颜料的烧瓶A和B，我们会立即观察到D玻璃管中的水柱比E玻璃管中的水柱上升的快，说明了黑色物体比白色物体吸收光能的本领强。

2.2.2探究色光的热效应

选用图5中的烧瓶A和C，先闭合开关S₂，再闭合开关S₁，让灯泡L₁发出的红光照射烧瓶A，灯泡L₂发出的蓝光照射烧瓶C，我们会观察到D玻璃管中的水柱比F玻璃管中的水柱上升得快，说明红光的热效应比蓝光强。有了这个实验做基础，学生就不难理解红外线有较强的热效应了。

3 光热转化实验的可行性分析和注意事项

（1）本实验所用的材料都是中学实验常用的普通器材，只要做一个支架就能轻松完成实验器材的安装，制造成本很低。

（2）教材设计的实验多数要用30min才能完成，而且实验现象不明显，测量观察困难，误差大。而本实验利用空气受热膨胀快的特点，在10s内就可以观察到明显的实验现象，极大地提高了课堂效率。

（3）组装器材时，要保证灯泡L₁与烧瓶A、B等距离，灯泡L₁到烧瓶A的距离与灯泡L₂到烧瓶C的距离相等。

（4）白炽灯最好选用发热量较大的100W灯泡，此时实验现象明显，水柱上升的速度适中；彩色灯泡的功率一定要相等(最好是100W)，以保证两灯泡的发光量相同；各U型管中的水柱长度要相等，最好染成红色，便于学生观察。

（5）在进行“探究色光的热效应”实验时，一定要先闭合开关S₂再闭合开关S₁，以保证两灯泡同时发光；两彩灯的颜色在光谱图上要尽可能相距远些，从而增大两玻璃管中水柱上升的高度差，提高实验的可见度。

参考文献：

［1］全日制义务教育物理课程标准.北京师范大学出版社,2008.6(27)

［2］张大昌.义务教育课程标准实验教科书物理九年级.人民教育出版社,2008.6(156)

［3］义务教育课程标准实验教科书物理九年级.上海科学技术出版社,2003.8(49)

［4］刘炳升, 李容.义务教育课程标准实验教科书物理8上.江苏科技出版社,2008.6(61，60，45)

(栏目编辑王柏庐)