“探究影響電流熱效應(yīng)的因素”的電路優(yōu)化與器材改進

邵忠芳

摘要：“探究影響電流熱效應(yīng)的因素”的實驗實驗操作比較復(fù)雜，教師在這部分內(nèi)容教學(xué)時，普遍感到比較棘手.本文通過對這個實驗方案優(yōu)化設(shè)計，對實驗器材創(chuàng)新改進，達到實驗簡便易做、效果顯著的目的.

關(guān)鍵詞：電流熱效應(yīng)；優(yōu)化設(shè)計；器材改進；效果明顯

實驗“探究影響電流熱效應(yīng)的因素”是蘇科版物理教材中的內(nèi)容，是焦耳定律得出的基礎(chǔ).該實驗操作比較耗時，電路設(shè)計和器材較為復(fù)雜，很多教師避而不做，采用灌輸方式講實驗，使效果大打折扣.為了使廣大師生愛做該實驗，筆者結(jié)合教學(xué)實踐，對實驗電路進一步優(yōu)化，對器材進一步改進，使實驗達到一定的推廣作用.

1實驗電路的兩種設(shè)計呈現(xiàn)

11蘇科版物理教材中的設(shè)計

如圖1，整個探究分三階段：

（1）探究“電熱與電流的關(guān)系”，保持時間一定，調(diào)節(jié)變阻器，改變電阻絲中電流，觀測每次液體溫度的變化；

（2）探究“電熱與時間的關(guān)系”，保持電阻絲中電流不變，改變通電時間，觀測液體溫度變化；

（3）探究“電熱與電阻的關(guān)系”，將兩段阻值不等電阻絲串聯(lián)接入電路，通電一段時間，觀測兩裝置中液體溫度變化.

筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)該實驗存在以下不足：

（1）第一步探究要改變電流，逐次單個進行實驗，不能同時進行兩組或多組對比實驗，直觀性不強，學(xué)生印象不夠深刻，課堂時間耗費多.

（2）第二步探究難度最小，為使探究由簡單到復(fù)雜，最好放在第一步.

（3）第三步探究只是簡單文字描述實驗過程，電路圖沒有呈現(xiàn).

（4）整個實驗由三次探究組成，器材顯得比較零散，缺乏整體性，電路呈現(xiàn)不太直觀.

（5）器材參數(shù)沒提供，給教師帶來一定的盲目性，可能導(dǎo)致實驗現(xiàn)象不明顯或花費時間太多.

12粵教版物理教材中的設(shè)計

對于“探究電熱與電流的關(guān)系”的常見電路設(shè)計如圖2，（R1=R2）

評價該方案控制電阻相同（R1=R2），通過并聯(lián)分流來改變電阻中電流.要使學(xué)生能在當(dāng)時認知水平下設(shè)計出這種電路比較困難，都是教師直接灌輸該方法，不利于學(xué)生能力培養(yǎng).

2實驗電路優(yōu)化設(shè)計和器材改進方法

21探究順序和電路設(shè)計

整個探究實驗按由易到難可依次進行如下探究：

（1）探究電熱與時間關(guān)系

該探究只涉及一個電阻在不同時間內(nèi)產(chǎn)生電熱，最簡單，故調(diào)整為第一步，如圖3.

（2）探究電熱與電阻關(guān)系

該探究控制電流和時間相同，改變電阻，選兩個阻值不同電阻串聯(lián)，如圖4.

（3）探究電熱與電流關(guān)系

該探究控制電阻相同（R3=R4），關(guān)于改變電流的方法，學(xué)生根據(jù)已學(xué)知識能順理成章

地想使用變阻器來改變電流.為了使用對比實驗，設(shè)計了兩條支路，研究對象是R3、R4產(chǎn)生電熱，第一支路只有電阻R3；第二支路通過變阻器改變R4中電流，如圖5.學(xué)生容易理解，也便于同時進行對比實驗.

22綜合電路板的制作與展示

為了使實驗整體性更強，器材選擇更方便，操作更省時，可將以上三個探究的電路器材安裝在一塊板上，并配以接線柱，如圖6，使用說明如下：

（1）第一步探究選接線柱A、B，將R1接入電路；

（2）第二步探究選A、C，將R1、R2接入；

（3）第三步探究選C、D，將R3、R4接入，通過變阻器改變電流.

23器材選擇和改進

（1）容器選擇：為防止容器打翻，選用椎形瓶而不用燒瓶，因為相同容積錐形瓶比燒瓶重，比較平穩(wěn).

（2）被加熱物質(zhì)選擇：由于煤油具有可燃性，且做完一次實驗再做下一次前，煤油需要冷卻較長時間才能回到室溫.這里錐形瓶中只裝空氣，采用加熱空氣方法，在常溫常壓下，空氣比熱容比煤油小，吸熱升溫明顯.

（3）顯示電熱多少的方法

實驗采用對比定性比較電熱，沒必要知道瓶中物質(zhì)的溫度，故只需采用如圖7所示簡易U形氣體溫度計，利用空氣吸熱膨脹使溫度計液面上升來顯示電熱絲放熱的多少，如圖7.

（4）器材參考參數(shù)

為使實驗?zāi)芊奖氵M行且效果明顯，學(xué)生電源電壓可選8～10V， 5Ω電阻絲三個，3Ω電阻絲一個，調(diào)節(jié)范圍0～10Ω電位器一個，開關(guān)一個，導(dǎo)線若干，量程150ml錐形瓶兩個，U型氣體溫度計兩個.

3實驗改進后的優(yōu)點

（1）電路設(shè)計符合學(xué)生學(xué)情，便于理解；采用對比實驗產(chǎn)生電熱的顯著差異使學(xué)生印象深刻；兩組對比實驗同時進行，縮短了時間，提高了課堂效率.

（2）將實驗主要器材組裝在一塊板上，實驗整體性變強，便于當(dāng)堂展示給學(xué)生看，形象直觀；減小了器材選用和電路連接的難度.

（3）相同情況下，氣體吸熱膨脹比液體明顯，而且一次實驗后，可立即排出熱空氣進行二次實驗.

（4）采用簡易溫度計，既能清晰顯示實驗現(xiàn)象，又省去了溫度計讀數(shù)的時間.

（5）器材參數(shù)提供了參考值，節(jié)省了選擇器材的時間，又降低了實驗現(xiàn)象不明顯的可能.

參考文獻：

[1] 郭濤.對焦耳定律演示實驗的改進[J].物理實驗，1997（11）.

[2] 丁蕾.關(guān)于焦耳定律演示實驗的改進[J].中國教育技術(shù)裝備，2010（02）.