实验报告

《关于热传递的一次探索》

本文获第三届全国青少年小论文竞赛二等奖； 作者：江苏省无锡市第四中学初三俞岚

辅导老师：陈柯论文提要

我在初三物理学习比热这节课的实验中，发现课本的实验装置很难说明问题，便自己设计了一个改进的实验。通过这个改进的实验发现，热传递过程是一个相当复杂的物理过程，即使在几乎只有传导一种方式时，热传递的热量也不仅跟物质的传导系数有关，还跟液体的内外温差有关。

奇怪的现象

在初三物理比热这节课上，老师按课本装置演示了一个实验。100 克水和 100 克煤油分别在酒精灯上同时加热。煤油的温度升得比水高，得到的结论是：质量相同的不同物质，吸收相等热量升高温度是不相同的。

该实验装置，很难说明两只酒精灯在相同时间里供给的热量是相等的。因此，我对这个装置进行了改进：把两只烧杯改成两只大试管，装入同质量的煤油和水后同时放入 100℃的沸水中。我想，温差是一样的，这样会提供相同的热量，可以使实验更准确。令人奇怪的是，实验结果不是煤油温度上升快，与课本实验结论完全相反，我迷惑了！究竟是什么原因呢？我决定去问老师。

老师沉思了许久，用鼓励的口气对我说：“你发现的问题很有意义。要解决这个矛盾，看来要从两个方面去考虑，其一是物质的本性，其二是热传递方式。”并答应和我一起探索这个有趣的问题。

[在老师的辅导下，经过重复实验，并通过科学的分析，终于确定了研究课题和探索方向。]

传导与对流哪一种为主？

热传递的方式有传导、对流、辐射三种形式，课本上实验中的热传递既有对流又有传导，传导面积较小，主要靠对流。我设计的水浴装置主要靠传导。是不是由于热传递的主要方式不同而导致了相反的结果呢？为什么热传递的主要方式不同，就会出现相反的结果呢？

我查阅了多方面的资料，知道水的热传导系数是 k= 0.00143 卡/厘米·秒·度，而煤油的热传导系数是 k= 0.00039 卡/厘米·秒·度。就是说， 在温差、传导面积和时间都相同的条件下，水传导的热量接近煤油传导热量的 4 倍。水的比热恰是煤油比热的 2 倍，水的升高温度当然是煤油升高温度

的 2 倍了。

推理方式如下： Q 水=m 水C 水△t 水

Q 煤油=m 煤油C 煤油△t 煤油

Q 为吸收的热量，C 为比热，△t 为温度变化量

水浴实验中，试管上下温差极小，对流很小，吸热以热传导为主。

所以 Q水 = 4

煤油 1

C水 = 2

C煤油 1

△t 水

= Q 水

× Q煤油

= 4 × 1 = 2

△t 煤油

Q煤油

Q水 1 2 2

这与水浴实验结果相符，我欣喜若狂，把自己的研究告诉了老师。老师肯定了我的论断。

验证

我采用新的装置，重做上面的实验，仔细观察水和煤油中的小气泡，确实看到了明显的对流，这时煤油上升的温度也比水上升的温度高。到此为止证明了不管是酒精灯加热还是水浴法加热，只要是传导为热传递的主要方式，那么同质量的水温度升高要比煤油大，原因是水的导热系数比煤油大得多。相反，只要是对流为热传递的主要方式，那么通常煤油要比水温升高得快些。但在以对流为热传递主要方式时，传导的作用还是不可忽视的。

这一次关于热传递问题的探索看来仅仅是我学习物理的开始，很多问题的分析可能是十分肤浅的。但我相信这是一个好的起点。

[综评：不迷信书本权威，敢于提出问题、发现问题就很不容易，再运用科学的思维方法和实验方法解决问题更不是简单的事。运用精确的语言，简明的因素，演算处理实验数据并进行分析实验中观察到的现象，是科学的， 正确的。

作者按发现问题、分析问题、解决问题这一惯常的思维方式，把问题阐明得较为清楚。严谨的科学运用，推理演算简明扼要，避免了叙述的啰嗦和不准确，值得我们借鉴。