“探究影響電流熱效應(yīng)的因素”的電路優(yōu)化與器材改進(jìn)

邵忠芳

摘要：“探究影響電流熱效應(yīng)的因素”的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)操作比較復(fù)雜，教師在這部分內(nèi)容教學(xué)時(shí)，普遍感到比較棘手.本文通過對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)驗(yàn)器材創(chuàng)新改進(jìn)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)便易做、效果顯著的目的.

關(guān)鍵詞：電流熱效應(yīng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；器材改進(jìn)；效果明顯

實(shí)驗(yàn)“探究影響電流熱效應(yīng)的因素”是蘇科版物理教材中的內(nèi)容，是焦耳定律得出的基礎(chǔ).該實(shí)驗(yàn)操作比較耗時(shí)，電路設(shè)計(jì)和器材較為復(fù)雜，很多教師避而不做，采用灌輸方式講實(shí)驗(yàn)，使效果大打折扣.為了使廣大師生愛做該實(shí)驗(yàn)，筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，對(duì)實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)一步優(yōu)化，對(duì)器材進(jìn)一步改進(jìn)，使實(shí)驗(yàn)達(dá)到一定的推廣作用.

1實(shí)驗(yàn)電路的兩種設(shè)計(jì)呈現(xiàn)

11蘇科版物理教材中的設(shè)計(jì)

如圖1，整個(gè)探究分三階段：

（1）探究“電熱與電流的關(guān)系”，保持時(shí)間一定，調(diào)節(jié)變阻器，改變電阻絲中電流，觀測(cè)每次液體溫度的變化；

（2）探究“電熱與時(shí)間的關(guān)系”，保持電阻絲中電流不變，改變通電時(shí)間，觀測(cè)液體溫度變化；

（3）探究“電熱與電阻的關(guān)系”，將兩段阻值不等電阻絲串聯(lián)接入電路，通電一段時(shí)間，觀測(cè)兩裝置中液體溫度變化.

筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)存在以下不足：

（1）第一步探究要改變電流，逐次單個(gè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不能同時(shí)進(jìn)行兩組或多組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，直觀性不強(qiáng)，學(xué)生印象不夠深刻，課堂時(shí)間耗費(fèi)多.

（2）第二步探究難度最小，為使探究由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，最好放在第一步.

（3）第三步探究只是簡(jiǎn)單文字描述實(shí)驗(yàn)過程，電路圖沒有呈現(xiàn).

（4）整個(gè)實(shí)驗(yàn)由三次探究組成，器材顯得比較零散，缺乏整體性，電路呈現(xiàn)不太直觀.

（5）器材參數(shù)沒提供，給教師帶來一定的盲目性，可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯或花費(fèi)時(shí)間太多.

12粵教版物理教材中的設(shè)計(jì)

對(duì)于“探究電熱與電流的關(guān)系”的常見電路設(shè)計(jì)如圖2，（R1=R2）

評(píng)價(jià)該方案控制電阻相同（R1=R2），通過并聯(lián)分流來改變電阻中電流.要使學(xué)生能在當(dāng)時(shí)認(rèn)知水平下設(shè)計(jì)出這種電路比較困難，都是教師直接灌輸該方法，不利于學(xué)生能力培養(yǎng).

2實(shí)驗(yàn)電路優(yōu)化設(shè)計(jì)和器材改進(jìn)方法

21探究順序和電路設(shè)計(jì)

整個(gè)探究實(shí)驗(yàn)按由易到難可依次進(jìn)行如下探究：

（1）探究電熱與時(shí)間關(guān)系

該探究只涉及一個(gè)電阻在不同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生電熱，最簡(jiǎn)單，故調(diào)整為第一步，如圖3.

（2）探究電熱與電阻關(guān)系

該探究控制電流和時(shí)間相同，改變電阻，選兩個(gè)阻值不同電阻串聯(lián)，如圖4.

（3）探究電熱與電流關(guān)系

該探究控制電阻相同（R3=R4），關(guān)于改變電流的方法，學(xué)生根據(jù)已學(xué)知識(shí)能順理成章

地想使用變阻器來改變電流.為了使用對(duì)比實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了兩條支路，研究對(duì)象是R3、R4產(chǎn)生電熱，第一支路只有電阻R3；第二支路通過變阻器改變R4中電流，如圖5.學(xué)生容易理解，也便于同時(shí)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn).

22綜合電路板的制作與展示

為了使實(shí)驗(yàn)整體性更強(qiáng)，器材選擇更方便，操作更省時(shí)，可將以上三個(gè)探究的電路器材安裝在一塊板上，并配以接線柱，如圖6，使用說明如下：

（1）第一步探究選接線柱A、B，將R1接入電路；

（2）第二步探究選A、C，將R1、R2接入；

（3）第三步探究選C、D，將R3、R4接入，通過變阻器改變電流.

23器材選擇和改進(jìn)

（1）容器選擇：為防止容器打翻，選用椎形瓶而不用燒瓶，因?yàn)橄嗤莘e錐形瓶比燒瓶重，比較平穩(wěn).

（2）被加熱物質(zhì)選擇：由于煤油具有可燃性，且做完一次實(shí)驗(yàn)再做下一次前，煤油需要冷卻較長(zhǎng)時(shí)間才能回到室溫.這里錐形瓶中只裝空氣，采用加熱空氣方法，在常溫常壓下，空氣比熱容比煤油小，吸熱升溫明顯.

（3）顯示電熱多少的方法

實(shí)驗(yàn)采用對(duì)比定性比較電熱，沒必要知道瓶中物質(zhì)的溫度，故只需采用如圖7所示簡(jiǎn)易U形氣體溫度計(jì)，利用空氣吸熱膨脹使溫度計(jì)液面上升來顯示電熱絲放熱的多少，如圖7.

（4）器材參考參數(shù)

為使實(shí)驗(yàn)?zāi)芊奖氵M(jìn)行且效果明顯，學(xué)生電源電壓可選8～10V， 5Ω電阻絲三個(gè)，3Ω電阻絲一個(gè)，調(diào)節(jié)范圍0～10Ω電位器一個(gè)，開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干，量程150ml錐形瓶?jī)蓚€(gè)，U型氣體溫度計(jì)兩個(gè).

3實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

（1）電路設(shè)計(jì)符合學(xué)生學(xué)情，便于理解；采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生電熱的顯著差異使學(xué)生印象深刻；兩組對(duì)比實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，縮短了時(shí)間，提高了課堂效率.

（2）將實(shí)驗(yàn)主要器材組裝在一塊板上，實(shí)驗(yàn)整體性變強(qiáng)，便于當(dāng)堂展示給學(xué)生看，形象直觀；減小了器材選用和電路連接的難度.

（3）相同情況下，氣體吸熱膨脹比液體明顯，而且一次實(shí)驗(yàn)后，可立即排出熱空氣進(jìn)行二次實(shí)驗(yàn).

（4）采用簡(jiǎn)易溫度計(jì)，既能清晰顯示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，又省去了溫度計(jì)讀數(shù)的時(shí)間.

（5）器材參數(shù)提供了參考值，節(jié)省了選擇器材的時(shí)間，又降低了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯的可能.

參考文獻(xiàn)：

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