結(jié)合電學(xué)知識(shí)改進(jìn)固體熱脹冷縮實(shí)驗(yàn)

山東省陽(yáng)谷縣教育和體育局(252300) 魏玉體

青島版四年級(jí)科學(xué)教材上冊(cè)第2單元第8節(jié)“自行車(chē)胎為什么爆裂”安排了三部分內(nèi)容，首先是“在炎熱的夏天，自行車(chē)胎為什么容易爆胎”，目的是讓學(xué)生從生活中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出猜想，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想；然后是“固體在受熱或遇冷時(shí)體積有什么變化”，目的是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到銅球具有熱脹冷縮的性質(zhì)，進(jìn)而推理到一般的固體也具有這一性質(zhì)，總結(jié)出一般液體、氣體、固體都具有熱脹冷縮的性質(zhì)；最后是“找一找生活中物體熱脹冷縮的現(xiàn)象”，目的是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)與生活的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用學(xué)到的知識(shí)解釋生活現(xiàn)象，解決生活問(wèn)題[1]。

1 教材中的實(shí)驗(yàn)

(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察加熱和冷卻后的銅球是否都能穿過(guò)鐵環(huán)，探究固體是否具有熱脹冷縮的性質(zhì)。

(2)實(shí)驗(yàn)材料:酒精燈、銅球、鐵環(huán)等。

(3)實(shí)驗(yàn)步驟:①將銅球接近鐵環(huán)的環(huán)孔，觀察銅球是否能穿過(guò)鐵環(huán)；②點(diǎn)燃酒精燈，加熱銅球。將加熱后的銅球接近鐵環(huán)的環(huán)孔，觀察銅球是否能穿過(guò)鐵環(huán)；③將銅球放入水中冷卻后再接近鐵環(huán)，觀察銅球是否能穿過(guò)鐵環(huán)。

(4)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:加熱后的銅球不能穿過(guò)鐵環(huán)；冷卻后的銅球能穿過(guò)鐵環(huán)。

(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:銅球有熱脹冷縮的性質(zhì)。

2 原實(shí)驗(yàn)的不足

上面的實(shí)驗(yàn)，存在幾點(diǎn)不足之處：

(1)實(shí)驗(yàn)成功率不高，銅球體積大，學(xué)生加熱一會(huì)就想試試看能否穿過(guò)鐵環(huán)，這樣來(lái)回多次，實(shí)驗(yàn)也不能成功。

(2)銅球與鐵環(huán)的配合，大小不可調(diào)整，靈敏度不高，加熱短時(shí)間內(nèi)銅球膨脹不大，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

(3)銅球加熱后，學(xué)生手拿銅球手柄，接觸鐵環(huán)時(shí)，銅球易晃動(dòng)、滾動(dòng)，容易被燙到。

3 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置(見(jiàn)圖1)

(1)用1塊長(zhǎng)方形木板(長(zhǎng)約30 cm，寬約20 cm)作為演示儀底板，在底板的背面用螺絲釘固定一豎板，以加強(qiáng)演示儀的穩(wěn)定性，將底板的右下角挖成1個(gè)直角形狀，便于放置酒精燈。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

(2)在底板上用螺絲釘依次將電池夾、燈座、2塊銅片固定起來(lái)。在電池夾中裝入1號(hào)干電池，在燈座中裝入小燈泡。用導(dǎo)線依次連接形成串聯(lián)電路。2塊銅片中間斷開(kāi)，相當(dāng)于電路開(kāi)關(guān)。

(3)木板邊緣部位用錫紙裝飾一下，使其美觀。

3.2 實(shí)驗(yàn)操作

(1)把固體的熱脹冷縮儀裝置正放在桌面上，在裝置的右下角放置好酒精燈。

(2)點(diǎn)燃酒精燈，用酒精燈外焰加熱銅片，觀察現(xiàn)象。銅片受熱膨脹，2塊銅片結(jié)合在一起，形成閉合電路，小燈泡發(fā)亮。

(3)熄滅酒精燈，用吹風(fēng)機(jī)正吹銅片，使其降溫，觀察現(xiàn)象(銅片受冷收縮，電路斷開(kāi)，小燈泡熄滅)。

(4)把銅片換成薄鐵片、薄鋁片等其他金屬材料，重復(fù)上面(2)、(3)的操作。

3.3 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

(1)調(diào)節(jié)好2塊銅片(鐵片、鋁片)之間的距離，1 mm左右即可。

(2)調(diào)節(jié)好2塊銅片的高度，以便用酒精燈的外焰對(duì)其進(jìn)行加熱。

4 改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

(1)此實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后，安全性提高，同時(shí)大大降低了外界不良因素對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的影響。

(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)間縮短，效率提高，實(shí)驗(yàn)效果更明顯，實(shí)驗(yàn)可視性更強(qiáng)。銅片受熱膨脹，2塊銅片結(jié)合在一起，形成閉合電路，小燈泡發(fā)亮。借助小風(fēng)扇使銅片受冷收縮，電路斷開(kāi)，小燈泡熄滅。

(3)不但用銅做此實(shí)驗(yàn)，還增加了用鐵、鋁等材料來(lái)做實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)多種固體的熱脹冷縮，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更具說(shuō)服力，易于得出一般固體也具有熱脹冷縮的性質(zhì)這一結(jié)論。

(4)充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)起了學(xué)生對(duì)固體熱脹冷縮的好奇心和探究欲望，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生愛(ài)科學(xué)、學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的良好學(xué)習(xí)品質(zhì)，提高了學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)操作能力。學(xué)生在直觀現(xiàn)象中感受固體熱脹冷縮的奧妙，再結(jié)合生活中的實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生做出科學(xué)合理的解釋?zhuān)_(dá)到了學(xué)以致用的目的，教學(xué)效果良好。