焦耳定律演示實驗裝置的改進與創新

吳葛亮

（湖北省宜昌市夷陵區霧渡河鎮初級中學）

摘 要：焦耳定律想必大家都不陌生，就是電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電的時間成正比。焦耳定律的實驗課本上有，根據實際教學經驗，對該實驗進行了部分改良，相信會使學生更加深入、透徹地了解和學習焦耳定律。

關鍵詞：焦耳定律；科學實驗；實驗與創新

一、問題的提出

如書本上圖18.4-2是人教版九年級物理第十八章《電功率》第4節《焦耳定律》演示實驗——探究電流通過導體時產生的熱的多少跟什么因素有關的實驗裝置。在實際實驗操作中該裝置存在以下弊端：

1.由于該裝置的原理是通過導體上產生的熱量加熱密閉容器中的空氣來改變U形管總液面高度來判斷產生熱量的多少的，因此裝置的氣密性是否良好直接影響實驗的效果。而實際長期使用會導致裝置的氣密性變差，從而直接影響實驗的成敗。

2.該裝置需要學生觀察兩個U形管中液面高度的變化，而實際教學中，后排學生不容易觀察到實驗現象，學生的觀察效果大打折扣。

3.由于該裝置中的電阻是密封在密閉容器中的，對學生器材的選擇、安裝只能被動接受，學生的實驗參與、實驗體驗被限

制了。

二、問題的解決：實驗的改進與創新

1.實驗原理的改進：由于白熾燈是利用電流的熱效應來工作的，電流通過白熾燈的燈絲產生熱量使白熾燈發光，燈絲上產生的熱量越多，溫度就越高，燈絲就越亮，所以可以通過觀察白熾燈燈絲的亮度來比較燈絲上產生的熱量的多少。

2.實驗裝置的改進：將三個燈座和一個總開關按照上圖安裝。提供220V 95W、220V 40W兩種規格白熾燈各3個。

3.實驗方法的改進：在焦耳定律演示實驗教學中，設計探究電熱與電阻、電流的關系的實驗方案需要學生進行討論交流。我給出了如下討論要點：（1）選用什么規格的白熾燈，為什么這樣選？（2）選用的燈泡怎樣接入電路，這樣接入的目的是什么？（3）觀察什么現象來比較燈絲上產生的電熱的多少？

演示實驗1——探究電熱與電阻的關系：選擇220V 40W、220V 95W兩種規格白熾燈各1個，串聯接入R1和R2處，規格不同，電阻不同，串聯接入可以控制電流和通電時間相同，通過觀察燈泡的亮度可以看出在電阻大的燈泡（220V 40W）R1上產生的熱量多。

演示實驗2——探究電熱與電流的關系：選擇220V 95W同種規格白熾燈2個，串聯接入R1和R2處，將另一個燈泡（規格不限）與R2并聯，R1和R2規格相同、則電阻相同，同一個開關控制，則通電時間相同。利用R3與R2并聯分流，可以使流過燈R1的電流大于流過燈R2的電流。通過觀察燈泡的亮度可以看出在電流大的燈泡（220V 95W）R1上產生的熱量多。

三、實驗改進與創新后的效果

1.實驗裝置器材易獲得，易維修，故障率低

2.演示實驗能見度大大提高。觀察燈泡的亮度比觀察U形管中液面的高度變化更容易、更直觀。

3.學生通過器材選擇、裝置連接變被動接受為主動參與。問題設置是從器材選擇、器材連接入手，更貼近學生設計實驗的實際，交流討論“選什么樣的器材，怎樣來做實驗”這樣更具體的問題。表面上看討論交流的任務沒有控制變量法，但實際要正確選擇器材，正確連接器材卻必須用到控制變量法。這種運用不是教師強加、灌輸給學生的，而是讓學生在解決實際問題中自發地運用控制變量法。

參考文獻：

[1]王小兵.第二十三講 焦耳定律及其應用[J].初中生世界（初三物理版），2008（2）.

[2]唐前軍，汪志剛，李健.基于電子實時測溫的焦耳定律實驗研究[J].中學物理教學參考，2014（6）.

編輯 謝尾合endprint