创新“物体颜色与吸热”实验设计

时间：2024-05-07

◇陈玉云（甘肃：高台县解放街小学）

在教科版小学科学五年级上册《怎样得到更多的光和热》一课教学中，“物体颜色与吸热”是重点实验。该实验的有无、成败与优劣，不仅影响本节课的教学效果，而且影响学生正确科学观念的形成。因此，做好该实验对教学具有十分重要的意义。

一、实验可靠性思考

课本中设计了图1所示的实验，所用材料贴近生活实际，也便于操作。但仔细观察、思考，会发现还存在许多疑问：色泽不同而材质相同的纸袋材料是否便于寻找？（至少笔者所在地的大型文具店很难找全）纸和空气都属于热的不良导体，它们是否影响实验效率？纸袋的形状不尽相同会不会影响实验的准确性？……细细想来，就单独某个因素而言，可能影响不大，但几个因素综合起来，实验的可靠性便值得怀疑了。如果是阴天，实验又该怎样进行呢？

图1 课本插图

二、创新实验设计方案

（一）制作“物体颜色与吸热实验器”，有效开展分组实验

1．设计思路

给材质、规格相同的金属管粘贴不同的颜色，将金属管等间距固定，把温度计插入其中并置于阳光下，通过对比温度变化来发现规律。

2．制作方法

首先，网购Ф1cm的薄壁铝管，截取4cm长的五段；其次，用薄塑板分别将五段铝管的一端堵住，然后分别用哑光黑、浅粉、银色、亮光黑、白色等广告帖纸进行粘贴；最后，找一块25cm×25cm的柜体板，将五段铝管均匀分布且开口向上，固定在木板上。这样，就做成了“物体颜色与吸热实验器”（图2所示）。制作这种装置12套，可以满足全班学生进行探究实验。

图2 教具实物图

3．实际应用

第一步，将实验器平放在阳光充足的地面上；第二步，将同规格的温度计分别插入实验器的铝管中（图3所示），读取并记录初始温度；

图3 实验情景图

第三步，每过2分钟读一次温度，并记录数据；第四步，组织学生分析数据，得出结论。

该装置制作简单，操作方便，实验现象符合预期规律且稳定可靠，学生的参与度也大大提高。与教材实验相比，实验的便捷性和可靠性明显增强，而且能长期重复使用，为以后开展该实验带来了许多便利。

（二）制作“颜色与光热吸收性能探究仪”，有效开展演示实验

以上实验设计，都是针对晴天而言的，若碰上阴天，开展学生探究实验便不大可能，而且实验室里又缺乏相关预备器材，此时我们只有通过自制演示装置进行代替和补充，才能让学生获得真切感受，从而保证教学的有效性。

1．设计思路

用卤素灯光代表太阳光，去照射不同颜色的铝板，铝板再将吸收的热辐射给电子温度计的探头，通过对比几个温度计示数变化的快慢，从而得出结论。

2．电路原理图（图4所示）

图4 教具电路原理图

局部设计原理说明:

图中给各射灯接上功率调节器的目的是，由于射灯规格、温度计自身、射灯与探头间距等方面都存在差异，势必会造成原始温度（即不放铝板直接照射探头的温度）存在较大差异，通过调节射灯功率使各温度计示数相同或接近（该温度计精度为0.1℃，是一般实验用温度计的10倍），从而达到整体调节的目的，相当于统一了热源（调至理想情况，以后实验不能再调节）。

图中的R～R是电位器，给探头串联电位器的目的是，对温度计进行实验前（即光源未通电）的初始温度微调，使各温度计示数相同或接近，以体现实验的严谨性，使实验现象更具说服力。

热光源与主电路用插头连接，目的是便于分离热光源，必要时可用该装置在室外阳光下进行实验，以提高利用率，图中的充电电池就是为此而设计的。

3．材料准备

电子温度计（5只）、按钮式开关（12V，5只）、电位器（1kΩ，5只）、铝板（100mm×80mm×1.5mm，8块）、强力磁铁（Ф10mm×5mm,20只）、自喷漆（7种颜色）、铝箔胶带、卤素射灯（220V35W，5只）、功率调节器（220V500W，5只）、圆形开关（220V，6只）、柜体板、铝塑板、导线、螺钉等。

4．制作过程

首先，制作主体面板。切割两块规格分别为65cm×25cm和65cm×40cm的柜体板，将大板竖直固定在小板上面，底板前端外露15cm，以备安装热光源；在距离竖板上端10cm处，均匀安装5只电子温度计（间隔为5cm），同时将各自的探头安装在距底板5cm的位置；为了体现实验操作的选择性，在每只温度计的下方安装一只按钮式开关(图5所示)；根据电路图连接内部电路。

图5 教具主体部分实物图

其次，加工异色物体。在铝板顶点处粘接同规格强力小磁铁；利用铝板在电子温度计的探头区域画好边框，在顶点处安装螺钉，要求钉帽与面板相平，以便吸附铝板；用细砂纸对7块铝板表面轻微打磨（以便增加油漆的附着力），然后分别喷涂亮光黑、哑光黑、浅粉、白、红、黄、蓝等7种颜色，给剩余的一块铝板粘贴铝箔（图6所示）。

图6 配套异色材料实物图

最后，制作热光源。切割一块58cm×9cm的柜体板，将5只射灯间隔9cm均匀安装在木板的中线位置；切割一块58cm×9cm的铝塑板，间隔9cm均匀开孔，分别安装与5个射灯对应的开关和功率调节器；根据电路图连接热光源内部电路,并安装与主体底座对应的电源插头；用铝塑板和毛玻璃等材料装饰热光源（图7所示）。

图7 热光源实物图

对上述部件进行组装，并且调试好热光源。这样，就做成了“颜色对光热吸收性能探究仪”（图8所示）。

图8 实验情景图

5．使用方法

将探究仪放在水平桌面上，插好电源线，按下温度计的控制开关，观察初始温度是否相同，若差别较大，则微调至相同或接近即可。

若根据教材设计进行实验，将哑光黑、浅粉、铝箔、亮光黑、白色等铝板从左至右依次吸附在探头区域，记录各温度计的示数，并闭合各射灯的控制开关。

闭合探究仪背后的电源总开关，热光源开始工作，按课本表格组织学生观察和记录，由此得出结论。

若要研究其中某两三种颜色的物体，则可以利用开关进行选择性实验。

若打算在室外阳光下进行实验，则拆下热光源即可。为了使阳光垂直照射铝板，该装置可以平放。

该探究仪虽然制作难度较大，但其性能稳定可靠，且工作效率高，实验现象完全符合规律，有效解决了阴天无法开展此实验的难题。同时，由于该装置制作美观，所用电子温度计便于读数，大大激发了学生参与实验的热情，取得了良好的教学效果。