测定金属线膨胀系数实验中的几点教学看法

摘 要：本文总结了测定金属线膨胀系数实验中的几个基本知识点，提出了几点教学看法，进一步探讨了我校的物理实验教学做法，并得出一套实用的教学方法。

关键词：线胀系数；视差；光杠杆

金属线膨胀系数的测量是大学物理实验中的一个非常重要的实验，用来反映金属的尺寸随温度的变化规律，在机械和仪表的制造中，影响着材料结构的稳定性和仪表的精度，也是衡量耐火材料的一个重要的性能参量。在金属线膨胀系数的测量实验教学中，应该让学生掌握哪些物理知识和技能呢？对我校的很多工科专业来说，很可能根本用不上线膨胀系数这一参量，比如食品科学和水产养殖专业等，那么就需要挖掘这一实验中最基础最根本的物理知识和技能。现总结出以下三个基础知识点：（1）望远镜调节中的视差概念及其消除方法；（2）测量微小变化量的一种方法光杠杆放大法；（3）加热时怎样读取物体的温度。那在实验教学中，怎样使得学生熟练掌握这几个物理知识？下面是我校在教学中的具体做法。

一、 教学中的视差概念的理解方法

金属线膨胀系数的测量实验的基础知识点主要有两个，一个是视差，另一个是光杠杆放大法。调试望远镜时就必须对视差这一概念有个清晰的理解，并强调这一实验的重要性，教师会经常跟学生土木系的举例子，土木工程测量时，经常在外面摆个架子到处观测，若这个实验做不好，那到时找都找不到目标，这样一说，学生就来兴趣了。关于视差，实际是最基本的一个常识。举个例子，两个物体有一定的距离，比如两根手指前后错开位置放在眼睛的前方，你的眼睛能不能同时看清楚这两根手指？看不清对吧，当前面一根手指看的清晰时，后面那根手指肯定看起来是模糊的；同理，当后面的一根手指能看清晰时，前面的那根手指又看得模糊了，即两只眼睛不能同时聚焦在这两根手指上，这两根手指就不在同一平面上，那么当你眼睛上下移动时，手指看起来就存在错位，这就叫视差。那要让它看起来都在一个平面上，该怎么办？这时必须把两个像调清晰，此时眼睛再上下移动，则观察到的手指就不再存在错位了，这就是视差的消除办法，需得将这基本的方法跟学生强调清楚。现在望远镜中一根手指代表标尺线，另一根手指代表叉丝，要将其都调清晰，这样才能消除视差，跟学生灌输这一重要点，是这个实验中最基本的物理知识。

二、光杠杆放大法的理解

在实验条件简陋的当时，要测量出一个物体的微小变化量，这无疑有很大的难度，即使在科技手段发达的今天，要精确测量一些微小变化量，依然做不到，这就更反映出这种光杠杆放大法的珍贵和巧妙了。光杠杆放大原理是通过光杠杆，利用光的反射将物体的微小形变放大。比如，用手按压桌面时，这种微小的形变不容易观察到，但当我们在桌面放一个手电筒并使手电筒發出的光线照到几米外的墙壁上，再次按压桌面时，则能发现手电筒照射在墙壁上的光点位置随着按压桌面的程度而上下移动。在物理实验教学中，引入生活中的许多事例可以使得学生理解得很深入，提高学生对物理实验的兴趣，从而在教学上做到共鸣的效果。

三、读取温度时需要注意的方法

在这个实验中，温度是动态变化的，严格来讲，对加热炉的温度读数时一定要关掉加热炉的电源，因为恒温时才能读取数据，需待加热炉的温度稳定才能读数；否则，温度示数都还在变化，怎么可以读取数据。那关掉了加热炉，温度不是会下降吗？要说明的是，在降温时，因为加热炉有保温层，相比而言，温度下降的速度要慢些。为加深理解，我们可以举个日常的例子，比如向学生提出个问题，水银体温计测量体温时，为什么需要设置紧缩口，防止水银倒流？通过问问题的方式来引导学生思考，这样就可以改变学生被动学习的方式，吸引学生积极主动地探索实验，从而提高学生物理实验学习的效果。

四、对学生实验操作技能训练的要求

物理实验的技能是理工科大学生的必备技能，掌握了这个技能才可以进一步这个在这个实验教学时，学生测量完后，可以要求学生再次调试仪器至待测状态，因为很多学生在第一次动手调节仪器时，可能是碰巧调试出来的，偶然性比较大，故而再让学生做一遍很有必要， 而且要求学生在规定的时间内能重新调节好仪器，只有这样才能说明学生已经真正掌握了这个实验的方法，理解了实验中的物理知识。

五、结论

通过对金属线膨胀系数的测定实验的分析探讨，总结出实验教学当中的一些重要的物理方法和物理技能，促进了对这一实验的深入理解，可以进一步提高教师的教学水平。同时注意到，在这个实验教学的分析讨论中，未对数据处理方法等进行分析，尚存在着不足之处需待更深入的讨论研究。

参考文献：

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[4]李霞，赵树民，贾鹏英，庞学霞.光杠杆原理在钢丝杨氏模量测定中的近似[J].物理通报，20070315.

项目基金：基金资助：武汉轻工大学校立教研项目（编号：XM2017005）

作者简介：李定海（1980），湖南浏阳人，讲师，主要从事大学物理和大学物理试验的教学研究工作。