測定金屬線膨脹系數實驗中的幾點教學看法

摘 要：本文總結了測定金屬線膨脹系數實驗中的幾個基本知識點，提出了幾點教學看法，進一步探討了我校的物理實驗教學做法，并得出一套實用的教學方法。

關鍵詞：線脹系數；視差；光杠桿

金屬線膨脹系數的測量是大學物理實驗中的一個非常重要的實驗，用來反映金屬的尺寸隨溫度的變化規(guī)律，在機械和儀表的制造中，影響著材料結構的穩(wěn)定性和儀表的精度，也是衡量耐火材料的一個重要的性能參量。在金屬線膨脹系數的測量實驗教學中，應該讓學生掌握哪些物理知識和技能呢？對我校的很多工科專業(yè)來說，很可能根本用不上線膨脹系數這一參量，比如食品科學和水產養(yǎng)殖專業(yè)等，那么就需要挖掘這一實驗中最基礎最根本的物理知識和技能?，F總結出以下三個基礎知識點：（1）望遠鏡調節(jié)中的視差概念及其消除方法；（2）測量微小變化量的一種方法光杠桿放大法；（3）加熱時怎樣讀取物體的溫度。那在實驗教學中，怎樣使得學生熟練掌握這幾個物理知識？下面是我校在教學中的具體做法。

一、 教學中的視差概念的理解方法

金屬線膨脹系數的測量實驗的基礎知識點主要有兩個，一個是視差，另一個是光杠桿放大法。調試望遠鏡時就必須對視差這一概念有個清晰的理解，并強調這一實驗的重要性，教師會經常跟學生土木系的舉例子，土木工程測量時，經常在外面擺個架子到處觀測，若這個實驗做不好，那到時找都找不到目標，這樣一說，學生就來興趣了。關于視差，實際是最基本的一個常識。舉個例子，兩個物體有一定的距離，比如兩根手指前后錯開位置放在眼睛的前方，你的眼睛能不能同時看清楚這兩根手指？看不清對吧，當前面一根手指看的清晰時，后面那根手指肯定看起來是模糊的；同理，當后面的一根手指能看清晰時，前面的那根手指又看得模糊了，即兩只眼睛不能同時聚焦在這兩根手指上，這兩根手指就不在同一平面上，那么當你眼睛上下移動時，手指看起來就存在錯位，這就叫視差。那要讓它看起來都在一個平面上，該怎么辦？這時必須把兩個像調清晰，此時眼睛再上下移動，則觀察到的手指就不再存在錯位了，這就是視差的消除辦法，需得將這基本的方法跟學生強調清楚。現在望遠鏡中一根手指代表標尺線，另一根手指代表叉絲，要將其都調清晰，這樣才能消除視差，跟學生灌輸這一重要點，是這個實驗中最基本的物理知識。

二、光杠桿放大法的理解

在實驗條件簡陋的當時，要測量出一個物體的微小變化量，這無疑有很大的難度，即使在科技手段發(fā)達的今天，要精確測量一些微小變化量，依然做不到，這就更反映出這種光杠桿放大法的珍貴和巧妙了。光杠桿放大原理是通過光杠桿，利用光的反射將物體的微小形變放大。比如，用手按壓桌面時，這種微小的形變不容易觀察到，但當我們在桌面放一個手電筒并使手電筒發(fā)出的光線照到幾米外的墻壁上，再次按壓桌面時，則能發(fā)現手電筒照射在墻壁上的光點位置隨著按壓桌面的程度而上下移動。在物理實驗教學中，引入生活中的許多事例可以使得學生理解得很深入，提高學生對物理實驗的興趣，從而在教學上做到共鳴的效果。

三、讀取溫度時需要注意的方法

在這個實驗中，溫度是動態(tài)變化的，嚴格來講，對加熱爐的溫度讀數時一定要關掉加熱爐的電源，因為恒溫時才能讀取數據，需待加熱爐的溫度穩(wěn)定才能讀數；否則，溫度示數都還在變化，怎么可以讀取數據。那關掉了加熱爐，溫度不是會下降嗎？要說明的是，在降溫時，因為加熱爐有保溫層，相比而言，溫度下降的速度要慢些。為加深理解，我們可以舉個日常的例子，比如向學生提出個問題，水銀體溫計測量體溫時，為什么需要設置緊縮口，防止水銀倒流？通過問問題的方式來引導學生思考，這樣就可以改變學生被動學習的方式，吸引學生積極主動地探索實驗，從而提高學生物理實驗學習的效果。

四、對學生實驗操作技能訓練的要求

物理實驗的技能是理工科大學生的必備技能，掌握了這個技能才可以進一步這個在這個實驗教學時，學生測量完后，可以要求學生再次調試儀器至待測狀態(tài)，因為很多學生在第一次動手調節(jié)儀器時，可能是碰巧調試出來的，偶然性比較大，故而再讓學生做一遍很有必要， 而且要求學生在規(guī)定的時間內能重新調節(jié)好儀器，只有這樣才能說明學生已經真正掌握了這個實驗的方法，理解了實驗中的物理知識。

五、結論

通過對金屬線膨脹系數的測定實驗的分析探討，總結出實驗教學當中的一些重要的物理方法和物理技能，促進了對這一實驗的深入理解，可以進一步提高教師的教學水平。同時注意到，在這個實驗教學的分析討論中，未對數據處理方法等進行分析，尚存在著不足之處需待更深入的討論研究。

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項目基金：基金資助：武漢輕工大學校立教研項目（編號：XM2017005）

作者簡介：李定海（1980），湖南瀏陽人，講師，主要從事大學物理和大學物理試驗的教學研究工作。