焦耳定律實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新

(南京師范大學(xué)附屬中學(xué)新城初級中學(xué)，江蘇 南京 210019)

1 問題的提出

焦耳定律實(shí)驗(yàn)是初中物理的重要實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜、效果不明顯，實(shí)驗(yàn)之前需要進(jìn)行大量的調(diào)試，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一般是通過溫度計的示數(shù)變化來反映電流熱效應(yīng)的大小，讓學(xué)生覺得無趣，難以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。筆者通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，利用學(xué)生身邊的文具用品，利用干電池給鉛筆芯通電發(fā)光，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，實(shí)驗(yàn)裝置簡單，效果明顯。

2 實(shí)驗(yàn)器材

(1) 鉛筆芯：長約1cm、直徑為0.5mm的2H和2B鉛筆芯各一根。

(2) 橡皮兩塊、回形針4根、鱷魚夾導(dǎo)線多根、2B粗鉛筆芯1根(連同半面鉛筆木頭)、1號電池8節(jié)、玻璃瓶2個。

(3) 固定鉛筆芯的支架：把回形針彎成如圖1所示形狀，插入橡皮中壓緊，注意橡皮不要太厚，這樣可以讓回形針插入后露出頭來，用于連接電路，而且回形針也會很牢固地貼在橡皮上，再把鉛筆芯輕輕卡在兩個回形針之間，此時回形針夾既能夾緊鉛筆芯，又能保證不會夾斷鉛筆芯(如圖2)。

圖1

圖2

3 實(shí)驗(yàn)探究

3.1 探究電流熱效應(yīng)與電阻的關(guān)系

將2H和2B兩根鉛筆芯分別夾在兩個支架上，再串聯(lián)接入電路中(如圖3)，閉合開關(guān)，看到兩根鉛筆芯都在發(fā)光，而且明顯地看出2H發(fā)光遠(yuǎn)比2B發(fā)光強(qiáng)(如圖4)，說明當(dāng)通電時間和電流相同時，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多。

圖3

圖4

3.2 探究電流熱效應(yīng)與電流的關(guān)系

將2B或2H鉛筆芯接入電路，再串聯(lián)一根粗的2B鉛筆芯(鉛筆中木頭留一半)作為滑動變阻器(如圖5)，因?yàn)閷?shí)際工作時電路中的電流很大，會超過3A，若用普通滑動變阻器，電阻絲會因溫度過高，而使連接的塑料接頭熔化。

圖5

圖6

通過改變粗2B鉛筆芯在電路的長度來改變電路中電流，發(fā)光鉛筆芯的亮度發(fā)生了明顯的變化(如圖6)，這明：當(dāng)導(dǎo)體的電阻、通電時間一定時，電流越大，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多。

4 實(shí)驗(yàn)反思

4.1 改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

(1) 實(shí)驗(yàn)器材都是學(xué)生身邊熟悉的文具，學(xué)生可自己動手做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，更能激發(fā)學(xué)生的興趣。

圖7

(2) 實(shí)驗(yàn)時間短、效果好，可以節(jié)省大量時間用于實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備與討論。

(3) 電流通過鉛筆芯發(fā)光的過程中，鉛筆芯的亮度越來越亮，大概一分鐘左右，鉛筆芯會被燒斷，圖7是燒斷后的鉛筆芯，可以看到鉛筆芯在發(fā)光過程中，它變得越來越細(xì)。在得出電流熱效應(yīng)與電流、電阻、時間的關(guān)系后，可以讓學(xué)生討論：為何鉛筆芯變細(xì)后發(fā)光越強(qiáng)？

4.2 需要改進(jìn)之處

(1) 因?yàn)閷?shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較明顯，鉛筆芯發(fā)光太強(qiáng)，所以觀察時不能直視鉛筆芯，可以斜視觀察鉛筆芯的發(fā)光情況，也可以讓學(xué)生戴上墨鏡。

(2) 鉛筆芯剛通電時會冒出煙來，是因?yàn)殂U筆芯里的膠被熔化，可以給鉛筆芯蓋上一只透明玻璃杯，這樣既能看到鉛筆芯發(fā)發(fā)光情況，又能防止煙跑出來。