在初中物理實驗中應用熱成像儀展示熱現(xiàn)象

吳海毅 謝立行 廣州市白云區(qū)同和中學 500515

背景：

經(jīng)過初中階段的物理學習，在對物理知識有一定了解的前提下，我們課題組在調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)物理實驗的一些缺陷，認為有必要對傳統(tǒng)實驗進行改進、創(chuàng)新。而傳統(tǒng)的實驗，如用溫度計測量溫度時，反應緩慢、取樣點單一；觸摸法感知熱量時，難以讓全體同學共同參與。為了達到課程提倡的探究體驗式學習，增強同學們的感官參與體驗，需要引進更為先進的儀器，改良實驗，以收到更好的試驗效果。

一、應用熱成像儀展示熱現(xiàn)象

1、改進實驗的原理：

紅外線是波長介于微波與可見光之間的電磁波，是一種肉眼看不見非可見光。紅外線有許多作用，其中一種重要的應用就是感知溫度。我們知道，熱傳導有三種方式，其中一種叫做輻射。輻射指的是電磁波產(chǎn)生的能量流動，而與傳送熱量有關的電磁波主要在電磁波譜的紅外部分。因此，通過探測物體的紅外輻射，我們就能得知它的溫度。

紅外熱像儀是利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應。通俗地講紅外熱像儀就是將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉變?yōu)榭梢姷臒釄D像。熱圖像的上面的不同顏色代表被測物體的不同。

下面是我們課題組組織學生參與的熱像儀合照、正常合照對比：

2、為什么在初中物理熱現(xiàn)象教學中使用紅外熱像儀？

紅外熱像儀與傳統(tǒng)的探測方法相比，直觀明了、取樣全面。

我們課題組使用熱像儀來改進初二物態(tài)變化章節(jié)蒸發(fā)吸熱的實驗。

酒精蒸發(fā)吸熱

把酒精涂抹在手臂上，開動風扇加速酒精揮發(fā)，并用熱像儀拍攝。

在這之后，我們課題組有了一個意外的發(fā)現(xiàn)：負責涂抹酒精的成員的手，在熱像儀的拍攝下，展現(xiàn)出了不同尋常的顏色。

3、分析：通過熱像儀拍攝，我們能直觀，全面的看到平常僅靠感覺才能體會到的現(xiàn)象。

我們課題組利用熱像儀對初中物理教學中其他經(jīng)典熱學實驗進行拍攝，并對比它與傳統(tǒng)實驗的差異。

二、部分初中熱現(xiàn)象實驗的對比改進。

實驗1：焦耳定律

實驗2：做功改變物體的內(nèi)能

三、改進實驗的體會

我們課題組通過分析以上實驗在使用傳統(tǒng)方法和熱像儀測量法時所展現(xiàn)的效果差異，可以看出傳統(tǒng)的轉換法、測量法、觸摸法都存在著不直觀、不明了、反應緩慢、取樣點單一、缺乏感官體驗、學生參與度不高等種種不足；而熱像儀測量法能夠彌補上述缺陷，學生們能更深入地參與到實驗當中，更深刻地理解、體會實驗過程和結論，與此同時，更能活躍課堂氣氛，從而達到課程提倡的探究體驗式學習的目標。

除了上述實驗，我們認為熱像儀測量法具備了傳統(tǒng)試驗所不具備的優(yōu)點，可以更深入廣泛的應用到其他有關內(nèi)能轉化的實驗當中，甚至還可以探究“聲音能夠傳遞能量”等實驗，觀察聲音的能量是否可以轉化為內(nèi)能這一類話題，以達到拓展探究目的。