初中物理傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新研究

張運(yùn)昌

【摘要】 “焦耳定律”是初中物理教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，是一項(xiàng)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)、以設(shè)計(jì)為綱領(lǐng)、以創(chuàng)新為基準(zhǔn)的教學(xué)內(nèi)容。本文主要對(duì)“焦耳定律”的教學(xué)設(shè)計(jì)以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)進(jìn)行探析，期望對(duì)以后的物理教學(xué)提供一定的參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 焦耳定律 教學(xué)設(shè)計(jì) 創(chuàng)新能力

【中圖分類(lèi)號(hào)】 G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 1992-7711（2018）11-250-01

焦耳定律是初中物理學(xué)習(xí)中的主要定律之一，它是英國(guó)科學(xué)教焦耳在1841年發(fā)現(xiàn)的，為了紀(jì)念這位偉大的科學(xué)家特將此定律命名為“焦耳定律”。焦耳定律是能量守恒定律中電能與內(nèi)能之間轉(zhuǎn)化的具體表現(xiàn)，在實(shí)際教學(xué)中，要以電工及電功率為基礎(chǔ)進(jìn)行教學(xué)，這樣學(xué)生會(huì)更加容易的理解焦耳定律的內(nèi)涵、作用及實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。

一、學(xué)情分析

在生活中，我們隨時(shí)都會(huì)用到電器，如電飯鍋、電水壺、電熱毯等，這些電器的主要特點(diǎn)都是在通電后將電器加熱，這就表明電器工作過(guò)程中是將電能轉(zhuǎn)化成熱能的一個(gè)過(guò)程，熱能的產(chǎn)生是分子運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，其通常也被成為內(nèi)能。焦耳定律主要是由實(shí)驗(yàn)推斷出來(lái)的結(jié)論，是一項(xiàng)定量的、邏輯性很強(qiáng)的應(yīng)用型物理定律，因此，在學(xué)習(xí)中，要以原理為基礎(chǔ)來(lái)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)焦耳定律的理解，要多列舉一些實(shí)驗(yàn)及生活中的實(shí)例，讓學(xué)生理解焦耳定律的原理。

二、通過(guò)理論教學(xué)理解焦耳定律及其應(yīng)用

通過(guò)理論教學(xué)來(lái)引導(dǎo)學(xué)生理解焦耳定律及其應(yīng)用是教學(xué)的必要手段，其教學(xué)內(nèi)容主要包括以下幾方面：一是結(jié)合實(shí)際生活來(lái)理解焦耳定律。在理論教學(xué)中，教師可以通過(guò)生活實(shí)例來(lái)啟發(fā)學(xué)生的焦耳定律的認(rèn)識(shí)，例如電飯鍋在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量與那些因素有關(guān)？電動(dòng)機(jī)通電發(fā)熱、轉(zhuǎn)動(dòng)與那些因素有關(guān)？這些因素與熱能分別是什么關(guān)系？弄懂了這些問(wèn)題，也就理解了焦耳定律并且會(huì)實(shí)際運(yùn)用。二是焦耳定律公式的推導(dǎo)。焦耳定律公式是電功公式和歐姆定律推導(dǎo)出來(lái)的，具體推導(dǎo)過(guò)程如下：Q=W=pt=UIt，其中歐姆定律U=IR，即Q=W=Pt=UIt=（IR）It=I2Rt，這個(gè)公式是計(jì)算焦耳熱的最基本的公式。由于電器產(chǎn)生熱能分為兩種方式，一種是純電阻電路，另一種是非純電阻電路，純電阻電路是能將電能全部轉(zhuǎn)化為熱能的電路，比如電飯鍋、電磁爐、電燈等等，它們只發(fā)熱不運(yùn)動(dòng)，非純電阻電路是指那些通電后電能一部分轉(zhuǎn)化為電能，一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或其它形式能的電路，如電風(fēng)扇、發(fā)動(dòng)機(jī)等，焦耳定律的基本公式對(duì)于這兩種電路都適用，除此之外，對(duì)于純電阻電路還可用焦耳定律的基本公式Q=I2Rt和歐姆定律公式U=IR推出Q=IUt或Q=U2/R，但非純電阻電路由于能量的分化，電流與電阻的乘積不再是電壓的總和，而只是電壓的一部分，因此非純電阻電路不能由焦耳定律個(gè)歐姆定律推導(dǎo)出的公式進(jìn)行計(jì)算，如果非電阻電路消耗的能量是熱能和其他能量的總和W，則W=IUt，表示電流做功。以上公式的推導(dǎo)及應(yīng)用要求學(xué)生要理解掌握，根據(jù)不同的內(nèi)容運(yùn)用不同的公式。三是在應(yīng)用焦耳定律時(shí)要注意方法的靈活使用。例如在額定電壓、額定功率相同的電池、電磁爐、電風(fēng)扇，在工作了相同時(shí)間后，哪一種電器產(chǎn)生的熱量最多？這就要求學(xué)生要靈活掌握焦耳定律的應(yīng)用，電池在放電時(shí)是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，在充電時(shí)是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，電磁爐是將電能全部轉(zhuǎn)化成熱能，而電風(fēng)扇在工作時(shí)電能一部分轉(zhuǎn)化為了熱能、一部分轉(zhuǎn)化成了機(jī)械能，因此電磁爐產(chǎn)生的熱能最多。這是最基礎(chǔ)的應(yīng)用方法，要求學(xué)生在接觸復(fù)雜的問(wèn)題時(shí)一定分清題目的原理，再進(jìn)行解答。

三、焦耳定律的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是焦耳定律學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示，可以讓學(xué)生更直觀的探究出知識(shí)的原理，因此，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要合理、嚴(yán)謹(jǐn)、全面。教材中的常規(guī)實(shí)驗(yàn)方式是將兩個(gè)帶有一大一小兩個(gè)不同電阻絲的燒杯裝滿(mǎn)煤油并用膠塞密閉，并將兩個(gè)玻璃管插入膠塞中，再串聯(lián)上電源、開(kāi)關(guān)、電流表和滑動(dòng)電阻，具體步驟如下：第一步驗(yàn)證I和t相同情況下，熱量和電阻的關(guān)系。將串聯(lián)電路的電源接通，比較二個(gè)燒杯中的煤油高度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是電阻絲大的燒杯中煤油上升得快；第二步驗(yàn)證R和t相同的情況下，熱量與電流的關(guān)系。將第一步中煤油高度降回原來(lái)的位置，再調(diào)節(jié)滑動(dòng)電阻，通電時(shí)間相同，并加大電流，比較第一步中煤油上升快的燒杯和第二步中的同樣燒杯中的煤油高度，實(shí)驗(yàn)結(jié)論表明同樣的燒杯中，第二次加大電流后，熱量產(chǎn)生的多。但這個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)由于存在裝置復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)過(guò)程慢，不能同時(shí)演示熱量與電阻、電流之間的關(guān)系等原因不斷的被改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方式如下：取2個(gè)相同的燒杯a、b分別放入一根小于10歐姆的電阻絲，且Ra>Rb，并在燒杯中密閉等量的空氣，把兩個(gè)U型管并排擺放，從a密閉的容器接出一根導(dǎo)管與左邊的U型管左邊口連接好并密封，從b密閉的容器接出一根導(dǎo)管與右邊的U型管右邊口連接好并密封，最后把兩個(gè)密封容器中的電阻串聯(lián)起來(lái)，組成一個(gè)簡(jiǎn)單閉合的電路。實(shí)驗(yàn)具體過(guò)程如下：觀察接通電路之前，水平面的高度差是一樣的。但是接通電源之后，密封容器與U型管相連的一端水平面會(huì)下降，而另一端水平面會(huì)上升，并隨著時(shí)間的增加水平面的高度差逐漸增大，這就驗(yàn)證了R和I相同的情況下，熱量會(huì)隨著時(shí)間的增加而增加，因此時(shí)間與熱量成正比。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也能觀察到兩個(gè)U型管上升的水平面的高度也不一樣，實(shí)際情況與a密閉的容器相連的U型管水面上升的更快一些，這就證明I和t相同的情況下，熱量隨電阻的增加而增加，因此電阻與熱量也成正比。

總之，焦耳定律在生活中的應(yīng)用非常廣泛，在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)巧妙的教學(xué)設(shè)計(jì)以及嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，將理論聯(lián)系實(shí)際，從多方面詮釋焦耳定律的實(shí)際意義，便于學(xué)生在以后學(xué)習(xí)中的靈活應(yīng)用。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[3]阮慶.《焦耳定律》的教學(xué)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].中學(xué)物理.2002（1）：10-11.