影響電功因素實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

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一、前言

現(xiàn)行滬科版教材第十六章第一節(jié)電流做功這一節(jié)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)是直接把電功的影響因素：電壓、電流、通電時(shí)間并把電功的表達(dá)式給出，沒(méi)有給學(xué)生一個(gè)機(jī)會(huì)來(lái)探究電功大小與哪些因素有關(guān)，筆者認(rèn)為這個(gè)跟滬科版修訂了教材以后新增了第四節(jié)：科學(xué)探究：電流的熱效應(yīng)有關(guān)，學(xué)生通過(guò)探究電熱與哪些因素有關(guān)一樣可以實(shí)現(xiàn)課標(biāo)要求；但是筆者認(rèn)為在時(shí)間和條件允許的情況下我們應(yīng)該盡量設(shè)計(jì)一個(gè)定性的學(xué)生實(shí)驗(yàn)來(lái)探究影響電功的因素，這樣做有幾個(gè)好處：

1.學(xué)生通過(guò)自己探究獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)論比從書本上直接得到結(jié)論更有意義；

2.為第四節(jié)：電流的熱效應(yīng)的教學(xué)打好基礎(chǔ)；

3.對(duì)學(xué)生區(qū)別電功和電熱有幫助。

二、電功實(shí)驗(yàn)的幾種設(shè)計(jì)思路和優(yōu)缺點(diǎn)

參考了幾種版本的教材，各有優(yōu)缺點(diǎn)，下面簡(jiǎn)單闡述一下：

1.早期初中人教版教材是采用電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)做功提升重物把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)電動(dòng)機(jī)提升重物的高度來(lái)判斷電流做功的多少，這種實(shí)驗(yàn)方法速度快，時(shí)間短但是電壓和電流同時(shí)改變所以不能用控制變量的研究方法，其次實(shí)驗(yàn)裝置比較復(fù)雜，難以進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)只適合做演示實(shí)驗(yàn)。

2.蘇科版采用電流通過(guò)燈泡做功把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，通過(guò)燈泡的亮暗來(lái)判斷電流做功的多少，這種實(shí)驗(yàn)方法取材容易學(xué)生熟悉，比較容易做分組實(shí)驗(yàn)也比較容易成功，但是燈泡規(guī)格的選擇要謹(jǐn)慎，要選擇電阻相差比較大的效果才會(huì)比較明顯，這樣產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不具有普遍性這就失去了科學(xué)探究的意義，不利于今后物理的教學(xué)。

3.滬科版教材改版前是利用電流通過(guò)電熱絲做功來(lái)加熱煤油，使煤油溫度上升最后通過(guò)溫度計(jì)示數(shù)的升高來(lái)反應(yīng)電流做功多少，這種實(shí)驗(yàn)方法學(xué)生根據(jù)之前所學(xué)的熱學(xué)的知識(shí)容易理解，實(shí)際操作也比較簡(jiǎn)單，但是主要的缺點(diǎn)是因?yàn)榻滩闹兴褂玫氖茄b煤油的容器是圓底錐形瓶所以需要使用的煤油多成本高，加熱的時(shí)間長(zhǎng)，一節(jié)課的時(shí)間要完成本節(jié)的教學(xué)內(nèi)容可能不夠，所以學(xué)生在課堂上進(jìn)行探究的可能性比較小。

三、實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)

通過(guò)對(duì)這幾種方法的實(shí)驗(yàn)不斷的研究和實(shí)際測(cè)試，為了可以使用控制變量法來(lái)研究影響電功的各個(gè)因素，也為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出更具有普遍意義，筆者認(rèn)為第三種的實(shí)驗(yàn)方案通過(guò)進(jìn)一步的改進(jìn)最適合讓學(xué)生在課堂上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，下面詳細(xì)介紹一下實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)：

1.轉(zhuǎn)換法：本實(shí)驗(yàn)是利用電流通過(guò)電熱絲做功把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，電熱絲溫度升高與之接觸的液體或者氣體溫度隨之升高，通過(guò)實(shí)驗(yàn)用溫度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，那么電功的多少就可以通過(guò)溫度計(jì)示數(shù)的升高來(lái)間接反應(yīng)。

由于上述滬科版教材中的主要實(shí)驗(yàn)裝置量熱瓶其容器本身容積較大，如果要把溫度計(jì)的玻璃泡浸沒(méi)在液體中且示數(shù)大部分呈現(xiàn)在瓶塞的外面就需要加入更多的液體，那么電熱絲就需要加熱液體更長(zhǎng)的時(shí)間才能看到溫度計(jì)示數(shù)發(fā)生明顯變化，所以我們針對(duì)裝置出現(xiàn)的這個(gè)問(wèn)題主要做以下幾個(gè)方面的改進(jìn)：

(1)盡量減少液體的質(zhì)量，由于教材里所用的量熱瓶是直立的玻璃瓶，把它改成容量為100ml 的錐形瓶，加入適當(dāng)?shù)囊后w使溫度計(jì)的玻璃泡能剛好浸沒(méi)，這樣可以有效的減少液體的質(zhì)量，在相同加熱條件下，可以使溫度計(jì)的示數(shù)上升的更快，實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象更加明顯；

(2)需要溫度計(jì)注意的是液體也不能加的太少，因?yàn)榧犹儋|(zhì)量的液體，溫度計(jì)要全部沒(méi)入的話，需要插入較深，這樣有可能使溫度計(jì)的部分示數(shù)剛好被瓶塞擋住，從而看不出溫度計(jì)示數(shù)的變化；

(3)被加熱的液體要選用比熱容比較小的煤油或者食用油，在煤油或食用油的質(zhì)量和吸收熱量相同的情況下，升溫較快，溫度計(jì)示數(shù)變化較為明顯；

(4)我們利用電熱絲來(lái)加熱，用硬質(zhì)的銅線連接電路和電熱絲，在連接過(guò)程中我們需要用導(dǎo)線夾把銅絲連接起來(lái)，這樣在實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程中容易脫落，所以我們可以把銅絲連接到接線柱上使用起來(lái)就會(huì)更加方便，改進(jìn)后的裝置如圖1 所示。

(5)我們還可以把電熱絲和溫度計(jì)并排放在一起，外面增加一個(gè)塑料罩子如圖2 所示，通電以后電熱絲直接加熱空氣可以使溫度計(jì)的示數(shù)快速上升，這種方法更簡(jiǎn)單直接，筆者在具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要把電熱絲兩端的電壓調(diào)小，這樣才能讓實(shí)驗(yàn)的時(shí)間邊長(zhǎng)，便于讓同學(xué)們觀察和記錄數(shù)據(jù)。

2.控制變量法：采用并聯(lián)電路可保持電壓和通電時(shí)間不變，利用電阻不同的兩個(gè)電熱絲來(lái)改變通過(guò)的電流，觀察兩個(gè)電熱絲溫度計(jì)示數(shù)的變化；觀察采用串聯(lián)電路保持電流和通電時(shí)間不變，利用電阻不同的電熱絲來(lái)改變各電熱絲兩端的電壓，觀察兩個(gè)電熱絲溫度計(jì)示數(shù)的變化；采用某個(gè)電熱絲接入最簡(jiǎn)單的電路保持其電壓和電流都不變，改變通電時(shí)間，觀察此電熱絲溫度計(jì)示數(shù)的變化。

3.實(shí)驗(yàn)步驟的改進(jìn)：由于本實(shí)驗(yàn)不僅需要記錄溫度計(jì)示數(shù)變化和時(shí)間，而且還需要觀察電壓表和電流表的示數(shù)，所以我們需要至少三人一組，進(jìn)行分工，由于一節(jié)課的時(shí)間有限，所以建議最好在組裝好電路調(diào)試無(wú)誤以后統(tǒng)一閉合開關(guān)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，具體步驟如下：(1)按設(shè)計(jì)好的電路圖來(lái)連接實(shí)物圖并記錄兩個(gè)溫度計(jì)的初溫t1(需要估讀：如26.5°C)填寫在表格里。

(2)檢查電路：①兩表量程的選擇(經(jīng)測(cè)試可選擇小量程)②注意兩表正負(fù)接線柱不能接反③全部連接好后用開關(guān)進(jìn)行試觸，如各個(gè)電表都有示數(shù)且正常偏轉(zhuǎn)才可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如電表無(wú)示數(shù)或者反偏要立即斷開電路重新檢查。

(3)確保電路無(wú)誤后先停止，所有小組一同閉合開關(guān)開始計(jì)時(shí)，認(rèn)真觀察兩個(gè)溫度計(jì)示數(shù)變化，40s 或者1min 后記錄兩溫度計(jì)的末溫t2并計(jì)算溫差△t 填寫在表格里

(4)分工明確：小組長(zhǎng)負(fù)責(zé)觀察溫度計(jì)的初溫t1和末溫t2以及過(guò)程中溫度的變化△t；一位同學(xué)負(fù)責(zé)觀察電壓表或者電流表示數(shù)；一位同學(xué)專門負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)和記錄數(shù)據(jù)。

(5)記錄表格

四、實(shí)際的教學(xué)效果與反思

筆者在三個(gè)教學(xué)班中按照以上實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課堂實(shí)驗(yàn)的探究，循循誘導(dǎo)，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都很很短的時(shí)間內(nèi)可以看到溫度計(jì)示數(shù)迅速升高，效果很不錯(cuò)，實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄并引導(dǎo)學(xué)生思考分析，學(xué)生很快可以得出符合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)論：1.電流和時(shí)間相同時(shí)，電壓越大，溫度計(jì)示數(shù)變化越大，說(shuō)明電流做功越多；2.電壓和時(shí)間相同時(shí)，電流越大，溫度計(jì)示數(shù)變化越大，說(shuō)明電流做功越多，電壓和電流相同時(shí)，通電時(shí)間越長(zhǎng)，溫度計(jì)示數(shù)變化越大。

通過(guò)這節(jié)課的課堂實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生通過(guò)探究的方法得到影響電功的因素比課本中直接給出結(jié)論和公式更易于學(xué)生們理解和接受，同時(shí)能進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對(duì)控制變量法和轉(zhuǎn)換法的物理思想方法的領(lǐng)悟。