蘇科版初中物理焦耳定律演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

　　摘要：蘇科版初中物理焦耳定律的演示實(shí)驗(yàn)采用的是通電電阻絲加熱等量的煤油，通過觀察煤油中溫度計(jì)示數(shù)的變化情況來間接得知電阻絲通電后產(chǎn)生熱量的多少。但由于煤油量大，顯示速度慢，加熱時間長，且不能連續(xù)實(shí)驗(yàn)，所以不利于課堂教學(xué)組織。有鑒于此，我們通過理論分析、實(shí)踐探索，對此實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)。進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)采用氣體的熱膨脹來代替液體的熱膨脹，用液柱的高低代替溫度計(jì)溫度的高低，用注射器實(shí)現(xiàn)有效控制，縮短了實(shí)驗(yàn)時間的效應(yīng)，取得了明顯的實(shí)驗(yàn)效果。在教學(xué)中，極大的促進(jìn)了相關(guān)教學(xué)，在此，愿將此成果與廣大一線同仁共享，以期在教學(xué)中得到進(jìn)一步改進(jìn)與推廣。
　　關(guān)鍵詞：焦耳定律；改進(jìn)；實(shí)驗(yàn)效果
　　中圖分類號：G633.7　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A　文章編號：1003—6148(2010)11(S)—0030—2
　　
　　1　課本提供的焦耳定律演示實(shí)驗(yàn)
　　
　　1.1　課本提供的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。
　　1.2　主要的實(shí)驗(yàn)原理
　　在兩個相同的燒瓶中裝相同質(zhì)量的煤油，并用膠塞密閉，膠塞中安放溫度計(jì)，瓶中各放一根電阻絲，甲瓶中電阻絲的電阻比乙瓶中的大。通電后電流通過電阻絲產(chǎn)生的熱量越多，液體吸熱后溫度升高也越大，溫度計(jì)的示數(shù)上升得就越高。觀察溫度計(jì)示數(shù)上升的情況，就可以比較出電流產(chǎn)生的熱量的多少。
　　1.3　實(shí)驗(yàn)的不足之處
　　該實(shí)驗(yàn)裝置中煤油量大，可見度小，顯示速度慢，加熱時間長；另外，燒瓶中的煤油加熱容易，降溫難，需要的時間很長，影響了連續(xù)重復(fù)演示效果，學(xué)生注意力容易分散，不利于組織課堂教學(xué)。
　　
　　2　改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)
　　
　　2.1　改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)器材及組裝
　　兩只相同的錐形瓶，相同的膠塞兩只，長度不同的電爐絲兩根(電阻R>R)，等長的細(xì)鐵絲四根，相同的玻璃管兩根，配制的紅墨水和藍(lán)墨水各一瓶，相同的注射器(含針頭)兩只，學(xué)生電源，滑動變阻器一只，開關(guān)一只，導(dǎo)線若干。單個裝置的組裝如圖2所示。
　　2.2　實(shí)驗(yàn)的原理
　　(1)氣體的熱膨脹比液體的熱膨脹效果更明顯。
　　實(shí)驗(yàn)前，要求在兩個相同錐形瓶中分別加人的紅色水和藍(lán)色水的量要相同，整個實(shí)驗(yàn)過程中加入的水均為200mL，這樣就可以使得錐形瓶中封住的氣體體積相同。
　　(2)實(shí)驗(yàn)中增加了注射器，能夠進(jìn)一步保證實(shí)驗(yàn)效果。
　　因?yàn)樵跊]有加入注射器之前，完成這個實(shí)驗(yàn)時我們發(fā)現(xiàn)，器材組裝好了以后，玻璃管中會有液柱產(chǎn)生，且液柱在玻璃管中的高度是不相同的，如果就這么進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)論肯定是不可信的。這里借助注射器，通過向外拔活塞，使得玻璃管中的液柱一直降到玻璃管底部管口處，并且仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn)，注射器向外拔出的長度幾乎是相同的，也起到了控制變量的作用。這里需要說明一下，向外拔活塞時，當(dāng)看到從玻璃管底部管口處冒出一個氣泡時，這說明玻璃管中的液柱一直降到玻璃管底部管口處。
　　另外，在進(jìn)行完上一個實(shí)驗(yàn)斷電后，要使液柱降下去，勢必需要一定的時間，但如果馬上拔下注射器，液柱就立即降下去，從而大大節(jié)省了時間，同時也很好的起到了降溫作用。
　　2.3　改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置(如圖3、4所示)
　　2.4　改進(jìn)裝置后的具體實(shí)驗(yàn)過程
　　(1)利用注射器使玻璃管中的液柱全都降到玻璃管底部管口處，接通電路一段時間，比較兩瓶中玻璃管中的液柱哪個上升得高(如圖3所示)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：電阻大的玻璃管中的液柱上升的比較高。
　　(2)拔下其中電阻較大的容器上的注射器活塞，使玻璃管中的液柱迅速下降，再利用注射器使玻璃管中的液柱降到玻璃管底部管口處，接通電路一段時間，看玻璃管中液柱的上升情況，調(diào)節(jié)滑動變阻器，加大電流，重做上述實(shí)驗(yàn)，通電時間與前次相同。在兩次實(shí)驗(yàn)中，比較兩瓶中的液柱哪次上升得高(如圖4所示)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：電流大的。玻璃管中的液柱上升得比較高。
　　(3)保持滑動變阻器的滑片P的位置不變，通過秒表觀察隨著時間的推移玻璃管中液柱高度的上升情況。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)論如下：
　　(1)在電流與通電時間相同的情況下，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多，玻璃管中液柱上升得越高；
　　，
　　(2)在電阻與通電時間相同的情況下，電流越大，電流產(chǎn)生的熱量越多，玻璃管中液柱上升得越高；
　　(3)在電流與電阻一定的情況下，通電時間越長，電流產(chǎn)生的熱量越多，玻璃管中液柱上升得越高。
　　2.5　改進(jìn)裝置后的實(shí)驗(yàn)最突出的優(yōu)點(diǎn)
　　(1)在相同條件下，利用氣體的熱膨脹比液體的熱膨脹實(shí)驗(yàn)效果更加明顯，大大縮短了實(shí)驗(yàn)時間，有效的提高了課堂效率。
　　(2)該實(shí)驗(yàn)儀器具有連續(xù)重復(fù)演示的功能。利用注射器可以讓玻璃管中的液柱迅速下降，并能很好地進(jìn)行變量的控制，同時溫度的降低也比較迅速，從而能大大縮短實(shí)驗(yàn)的時間。
　　、
　　(3)避免了用電流表測電流的麻煩，從而使學(xué)生的注意力集中在觀察玻璃管中的液柱高度的變化情況上來。
　　總之，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置具有操作更加方便、易于控制、現(xiàn)象明顯、實(shí)驗(yàn)時間短等優(yōu)點(diǎn)，在教學(xué)實(shí)踐中受到教師們的好評。
　　(欄目編輯　李富