電流熱效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與操作

呂霞

摘?要：探究影響電流熱效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)面臨兩個(gè)難點(diǎn)，一是因?yàn)槲覀冝r(nóng)村學(xué)校沒有現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)裝置，我們教師課前必須自己選取器材進(jìn)行組裝和設(shè)計(jì)，二是教師要對(duì)學(xué)生進(jìn)行合理的引導(dǎo)，使學(xué)生能用自己預(yù)備好的器材設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)方案。

關(guān)鍵詞：組裝設(shè)計(jì);電流的熱效應(yīng)

中圖分類號(hào)：G633.7??????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ????文章編號(hào)：1992-7711（2020）01-051-1

物理教材（蘇科版）上第十五章第三節(jié)電熱器和電流的熱效應(yīng)這課中有一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)：15.2探究影響電流熱效應(yīng)的因素，這個(gè)實(shí)驗(yàn)面臨兩個(gè)難點(diǎn)，一是因?yàn)槲覀冝r(nóng)村學(xué)校沒有現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)裝置，我們教師課前必須自己選取器材進(jìn)行組裝和設(shè)計(jì)，二是教師要在課堂上對(duì)學(xué)生進(jìn)行合理的引導(dǎo)，使學(xué)生能用自己預(yù)備好的器材設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)方案。

我們先來了解教材上使用的器材，是兩段阻值不等的電阻絲浸在質(zhì)量相等的煤油中，觀察電阻絲所在液體溫度的變化，由于教材上描述比較簡單，從而加大了教師備課的難度。

教材中未明確表示兩段電阻絲的材料，以及兩電阻的阻值差異有多大，所以我校在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)的可行性進(jìn)行了研究和探索，R1和R2電阻選擇怎樣的材料？阻值差異大約多大？電源電壓多大？煤油質(zhì)量選取多少才能使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象快速的體現(xiàn)在學(xué)生的面前，這是我們需要考慮和探索的問題。

首先介紹一下我們準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)器材。

（1）R1和R2電阻絲的選材，阻值差異大一些，串聯(lián)時(shí)產(chǎn)生的Q1，Q2的差異才大些，效果較明顯，我們嘗試用鎳鉻合金絲和銅絲，材料在淘寶網(wǎng)上購買，沒想到電阻的直徑有很多，鎳鉻合金絲有0.1mm，0.2mm的，銅絲有0.2mm，0.5mm，1.0mm的，我們購買了各種型號(hào)的，經(jīng)過多次嘗試后選擇了鎳鉻0.1mm的，銅絲0.2mm的，根據(jù)焦耳定律，盡量拉大阻值差異，而銅絲若阻值過小，又會(huì)使產(chǎn)生的熱量太少，趕不上散熱的速度，所以銅絲的阻值不能過小，選擇細(xì)些的銅絲，長度各為18cm。長度過長，將其繞成螺線管狀，以節(jié)約空間長度。

（2）加熱液體，煤油，質(zhì)量約100g左右。

（3）與R1 R2相連的導(dǎo)線阻值要小，減少導(dǎo)線對(duì)液體溫度的影響，選取1.0mm的銅絲。

（4）瓶塞制作如下圖，材料由于是自取，所以比較簡單，是用紙片和雙面膠制作的。

（5）器材制作好之后的成品圖和教材基本一致，如右圖：

（6）電路的連接：選擇實(shí)驗(yàn)室常用的最大阻值為20歐姆的滑動(dòng)變阻器，使用學(xué)生電源，電壓選取到14V，電流較大，加熱較快。按照教材上的電路圖連接。

其次，課堂中該如何引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)呢？

（1）引入實(shí)驗(yàn)我們不打算用生活中的電加熱器，比如電水壺啊等，這些學(xué)生缺乏新鮮感，所以我們自制了電熱器，制造出一些具有神秘感的實(shí)驗(yàn)來提升他們的好奇心。

器材：0.1mm的鎳鉻合金絲20cm與0.2mm的銅絲20cm串聯(lián)，使用24V電壓，加在兩端，電阻絲上掛上紙片，通電后約3s后其中一張紙片冒煙起火，另一張無任何動(dòng)靜。

（2）引導(dǎo)學(xué)生有依據(jù)的猜想“導(dǎo)體通電產(chǎn)生的熱量的多少與什么因素有關(guān)”，告知引入實(shí)驗(yàn)中兩紙片下電阻絲的材料，引發(fā)Q與R之間的關(guān)系。

學(xué)生通過自己生活中的實(shí)例與經(jīng)驗(yàn)，不難猜想出Q與I，Q與t的關(guān)系，還有學(xué)生一定會(huì)猜到Q與U的關(guān)系，這時(shí)，教師需要培養(yǎng)學(xué)生把注意力集中在影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的關(guān)鍵因素和本質(zhì)因素上，而拋棄次要方面的習(xí)慣。

教師可以拿電飯鍋和電水壺來比較，都是并聯(lián)在220V的電壓上，燒等質(zhì)量的水，誰先燒開？加熱相等的時(shí)間誰產(chǎn)生的熱量多呢？很顯然，學(xué)生就會(huì)摒棄剛才對(duì)Q與U有關(guān)的猜想。

（3）學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，掌握好控制變量法，就不難設(shè)計(jì)出電路圖和比較方案。

（4）學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)范例：

（5）實(shí)驗(yàn)中的特別要注意的事項(xiàng)：1.連接電路時(shí)兩根豎立的長銅絲不能接觸，否則造成電阻絲的短路。2.學(xué)生電源的正確使用，實(shí)驗(yàn)時(shí)間到，及時(shí)關(guān)閉電源。

最后，我們總結(jié)和反思了我們的實(shí)驗(yàn)，也存在很多的不足之處，例如，引入用的演示實(shí)驗(yàn)兩根電阻絲學(xué)生看不到明顯區(qū)別，只能由我們做好標(biāo)記，或者告知，不能讓學(xué)生直接獲得感性上的認(rèn)識(shí)。連接R1R2的豎立的銅絲并沒有和瓶蓋很好的固定，會(huì)動(dòng)，就導(dǎo)致兩根銅絲可能會(huì)接觸，造成電阻絲短路的情況。鎳鉻合金絲太細(xì)，易斷。銅絲的加熱的煤油溫度幾乎不變，可能是由于實(shí)驗(yàn)時(shí)氣溫低，銅絲產(chǎn)生的熱量不明顯，趕不及散熱速度，所以用銅絲加熱的液體溫度幾乎不發(fā)生變化。

以上是我個(gè)人對(duì)電流熱效應(yīng)這課中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行的一點(diǎn)改進(jìn)，改進(jìn)的目的是使學(xué)生能夠最直觀地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以提升學(xué)生的觀察能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)事求是的探究精神。

（作者單位：丹陽市導(dǎo)墅初級(jí)中學(xué)，江蘇 丹陽212300）