焦耳定律演示實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)與創(chuàng)新

吳葛亮

（湖北省宜昌市夷陵區(qū)霧渡河鎮(zhèn)初級(jí)中學(xué)）

摘 要：焦耳定律想必大家都不陌生，就是電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電的時(shí)間成正比。焦耳定律的實(shí)驗(yàn)課本上有，根據(jù)實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了部分改良，相信會(huì)使學(xué)生更加深入、透徹地了解和學(xué)習(xí)焦耳定律。

關(guān)鍵詞：焦耳定律；科學(xué)實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新

一、問題的提出

如書本上圖18.4-2是人教版九年級(jí)物理第十八章《電功率》第4節(jié)《焦耳定律》演示實(shí)驗(yàn)——探究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱的多少跟什么因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作中該裝置存在以下弊端：

1.由于該裝置的原理是通過導(dǎo)體上產(chǎn)生的熱量加熱密閉容器中的空氣來改變U形管總液面高度來判斷產(chǎn)生熱量的多少的，因此裝置的氣密性是否良好直接影響實(shí)驗(yàn)的效果。而實(shí)際長期使用會(huì)導(dǎo)致裝置的氣密性變差，從而直接影響實(shí)驗(yàn)的成敗。

2.該裝置需要學(xué)生觀察兩個(gè)U形管中液面高度的變化，而實(shí)際教學(xué)中，后排學(xué)生不容易觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生的觀察效果大打折扣。

3.由于該裝置中的電阻是密封在密閉容器中的，對(duì)學(xué)生器材的選擇、安裝只能被動(dòng)接受，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)參與、實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)被限

制了。

二、問題的解決：實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新

1.實(shí)驗(yàn)原理的改進(jìn)：由于白熾燈是利用電流的熱效應(yīng)來工作的，電流通過白熾燈的燈絲產(chǎn)生熱量使白熾燈發(fā)光，燈絲上產(chǎn)生的熱量越多，溫度就越高，燈絲就越亮，所以可以通過觀察白熾燈燈絲的亮度來比較燈絲上產(chǎn)生的熱量的多少。

2.實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)：將三個(gè)燈座和一個(gè)總開關(guān)按照上圖安裝。提供220V 95W、220V 40W兩種規(guī)格白熾燈各3個(gè)。

3.實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)：在焦耳定律演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，設(shè)計(jì)探究電熱與電阻、電流的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)方案需要學(xué)生進(jìn)行討論交流。我給出了如下討論要點(diǎn)：（1）選用什么規(guī)格的白熾燈，為什么這樣選？（2）選用的燈泡怎樣接入電路，這樣接入的目的是什么？（3）觀察什么現(xiàn)象來比較燈絲上產(chǎn)生的電熱的多少？

演示實(shí)驗(yàn)1——探究電熱與電阻的關(guān)系：選擇220V 40W、220V 95W兩種規(guī)格白熾燈各1個(gè)，串聯(lián)接入R1和R2處，規(guī)格不同，電阻不同，串聯(lián)接入可以控制電流和通電時(shí)間相同，通過觀察燈泡的亮度可以看出在電阻大的燈泡（220V 40W）R1上產(chǎn)生的熱量多。

演示實(shí)驗(yàn)2——探究電熱與電流的關(guān)系：選擇220V 95W同種規(guī)格白熾燈2個(gè)，串聯(lián)接入R1和R2處，將另一個(gè)燈泡（規(guī)格不限）與R2并聯(lián)，R1和R2規(guī)格相同、則電阻相同，同一個(gè)開關(guān)控制，則通電時(shí)間相同。利用R3與R2并聯(lián)分流，可以使流過燈R1的電流大于流過燈R2的電流。通過觀察燈泡的亮度可以看出在電流大的燈泡（220V 95W）R1上產(chǎn)生的熱量多。

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新后的效果

1.實(shí)驗(yàn)裝置器材易獲得，易維修，故障率低

2.演示實(shí)驗(yàn)?zāi)芤姸却蟠筇岣摺Ｓ^察燈泡的亮度比觀察U形管中液面的高度變化更容易、更直觀。

3.學(xué)生通過器材選擇、裝置連接變被動(dòng)接受為主動(dòng)參與。問題設(shè)置是從器材選擇、器材連接入手，更貼近學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際，交流討論“選什么樣的器材，怎樣來做實(shí)驗(yàn)”這樣更具體的問題。表面上看討論交流的任務(wù)沒有控制變量法，但實(shí)際要正確選擇器材，正確連接器材卻必須用到控制變量法。這種運(yùn)用不是教師強(qiáng)加、灌輸給學(xué)生的，而是讓學(xué)生在解決實(shí)際問題中自發(fā)地運(yùn)用控制變量法。

參考文獻(xiàn)：

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編輯 謝尾合endprint