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妙用注射器比較不同物態材料的導熱性能

2020-10-27 14:24:30

    熱傳導實驗中,多是固態材料(如銅棒、鐵棒和鋁棒等)導熱快慢的比較,很少涉及液態與氣態的物質(如日常生活中的空氣和水),學生只能通過閱讀來了解水或空氣的導熱性能。本實驗利用注射器,較為輕松地實現了不同物態的物體導熱性能的比較,使學生可以更加全而地認識熱傳遞現象。

一、實驗原理

    不同材料制成的物體導熱性能一般是不同的。學生通過觀察火柴倒下的先后順序,比較銅棒、水柱和空氣柱傳熱的快慢.

二、實驗器材

    鐵架臺2個,酒精燈1個,5m]注射器一支,銅棒1根(直徑10mm,長約20cm),火柴1盒,凡士林若干。實驗裝置如圖1所示。

圖1 實驗裝備圖

    實驗的關鍵是水柱和空氣柱的獲得,這里將注射器進行改裝:把5ml注射器活塞取下,剝離其頂端的橡膠密封帽,削去帽頂,將其剩余部分緊套在銅棒的一端并使銅棒露出2-3mm,然后再插入注射器針管;將注射器的針頭拔下,用熱熔膠密封住(如圖2所示)。

圖2 注射器活塞前端橡膠密封帽的處理及其與銅棒的連結

三、實驗過程

1. 銅棒與水柱的導熱性能比較

    按照實驗裝置圖將實驗器材進行搭接,在針管內裝滿水并安裝在銅棒上.以灑精燈燈芯為中心,在其兩側相等距離處用凡士林粘上火柴。檢查無誤后就可以開始實驗了,點燃灑精燈,觀察實驗現象。

2.銅棒與空氣的導熱性能比較

先排盡針管內的水,再進行實驗。操作過程同水柱的實驗。

    3.注意事項

    溫度不能太高,更要避免火焰直接加熱注射器,以防橡膠密封圈等的性質發生改變,影響密封性;(2)火焰離火柴的距離不能太小,以免熱輻射的影響過大;(3)為避免液體或氣體在加熱過程中發生對流,應當使裝置水平或者略低于注射器;(4)加熱過程中要盡量保持空氣的穩定性,否則由于周邊空氣發生流動會較為明顯地影響升溫過程。

四、實驗現象與結論

點燃酒精燈加熱銅棒,2-3分鐘后可以發現銅棒上豎立的火柴倒落,再過一會兒水柱上的火柴也倒落,說明銅棒的導熱比水柱要快。再比較銅棒和空氣柱,發現銅棒上的火柴倒落之后很長一段時間。空氣柱上的火柴仍沒有倒落,說明銅棒的導熱比空氣柱要快。將三者比較,可以得出的結論:銅棒的導熱最快,水柱次之,空氣柱最慢。

五、本實驗的優點

1、巧妙地使用一次性注射器,可以比較不同物態物體的導熱性能;

2、實驗材料易得,裝置簡單,操作方便;

3、觀察火柴倒下,實驗現象明顯,便于課堂教學;

4、可以非常簡便地接入溫度傳感器,使數據采集與實驗過程同步,讓學生既可以觀察到實驗現象,又可以在大屏幕上讀出不同時刻的溫度。

注射器


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