苏科版初中物理焦耳定律演示实验的改进设计

　　摘要：苏科版初中物理焦耳定律的演示实验采用的是通电电阻丝加热等量的煤油，通过观察煤油中温度计示数的变化情况来间接得知电阻丝通电后产生热量的多少。但由于煤油量大，显示速度慢，加热时间长，且不能连续实验，所以不利于课堂教学组织。有鉴于此，我们通过理论分析、实践探索，对此实验装置进行了改进。进后的实验采用气体的热膨胀来代替液体的热膨胀，用液柱的高低代替温度计温度的高低，用注射器实现有效控制，缩短了实验时间的效应，取得了明显的实验效果。在教学中，极大的促进了相关教学，在此，愿将此成果与广大一线同仁共享，以期在教学中得到进一步改进与推广。
　　关键词：焦耳定律；改进；实验效果
　　中图分类号：G633.7　文献标识码：A　文章编号：1003—6148(2010)11(S)—0030—2
　　
　　1　课本提供的焦耳定律演示实验
　　
　　1.1　课本提供的实验装置如图1所示。
　　1.2　主要的实验原理
　　在两个相同的烧瓶中装相同质量的煤油，并用胶塞密闭，胶塞中安放温度计，瓶中各放一根电阻丝，甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大。通电后电流通过电阻丝产生的热量越多，液体吸热后温度升高也越大，温度计的示数上升得就越高。观察温度计示数上升的情况，就可以比较出电流产生的热量的多少。
　　1.3　实验的不足之处
　　该实验装置中煤油量大，可见度小，显示速度慢，加热时间长；另外，烧瓶中的煤油加热容易，降温难，需要的时间很长，影响了连续重复演示效果，学生注意力容易分散，不利于组织课堂教学。
　　
　　2　改进后的实验
　　
　　2.1　改进后的实验器材及组装
　　两只相同的锥形瓶，相同的胶塞两只，长度不同的电炉丝两根(电阻R>R)，等长的细铁丝四根，相同的玻璃管两根，配制的红墨水和蓝墨水各一瓶，相同的注射器(含针头)两只，学生电源，滑动变阻器一只，开关一只，导线若干。单个装置的组装如图2所示。
　　2.2　实验的原理
　　(1)气体的热膨胀比液体的热膨胀效果更明显。
　　实验前，要求在两个相同锥形瓶中分别加人的红色水和蓝色水的量要相同，整个实验过程中加入的水均为200mL，这样就可以使得锥形瓶中封住的气体体积相同。
　　(2)实验中增加了注射器，能够进一步保证实验效果。
　　因为在没有加入注射器之前，完成这个实验时我们发现，器材组装好了以后，玻璃管中会有液柱产生，且液柱在玻璃管中的高度是不相同的，如果就这么进行实验，实验结论肯定是不可信的。这里借助注射器，通过向外拔活塞，使得玻璃管中的液柱一直降到玻璃管底部管口处，并且仔细观察可以发现，注射器向外拔出的长度几乎是相同的，也起到了控制变量的作用。这里需要说明一下，向外拔活塞时，当看到从玻璃管底部管口处冒出一个气泡时，这说明玻璃管中的液柱一直降到玻璃管底部管口处。
　　另外，在进行完上一个实验断电后，要使液柱降下去，势必需要一定的时间，但如果马上拔下注射器，液柱就立即降下去，从而大大节省了时间，同时也很好的起到了降温作用。
　　2.3　改进后的实验装置(如图3、4所示)
　　2.4　改进装置后的具体实验过程
　　(1)利用注射器使玻璃管中的液柱全都降到玻璃管底部管口处，接通电路一段时间，比较两瓶中玻璃管中的液柱哪个上升得高(如图3所示)，实验结果是：电阻大的玻璃管中的液柱上升的比较高。
　　(2)拔下其中电阻较大的容器上的注射器活塞，使玻璃管中的液柱迅速下降，再利用注射器使玻璃管中的液柱降到玻璃管底部管口处，接通电路一段时间，看玻璃管中液柱的上升情况，调节滑动变阻器，加大电流，重做上述实验，通电时间与前次相同。在两次实验中，比较两瓶中的液柱哪次上升得高(如图4所示)。实验结果是：电流大的。玻璃管中的液柱上升得比较高。
　　(3)保持滑动变阻器的滑片P的位置不变，通过秒表观察随着时间的推移玻璃管中液柱高度的上升情况。
　　实验结论如下：
　　(1)在电流与通电时间相同的情况下，电阻越大，电流产生的热量越多，玻璃管中液柱上升得越高；
　　，
　　(2)在电阻与通电时间相同的情况下，电流越大，电流产生的热量越多，玻璃管中液柱上升得越高；
　　(3)在电流与电阻一定的情况下，通电时间越长，电流产生的热量越多，玻璃管中液柱上升得越高。
　　2.5　改进装置后的实验最突出的优点
　　(1)在相同条件下，利用气体的热膨胀比液体的热膨胀实验效果更加明显，大大缩短了实验时间，有效的提高了课堂效率。
　　(2)该实验仪器具有连续重复演示的功能。利用注射器可以让玻璃管中的液柱迅速下降，并能很好地进行变量的控制，同时温度的降低也比较迅速，从而能大大缩短实验的时间。
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　　(3)避免了用电流表测电流的麻烦，从而使学生的注意力集中在观察玻璃管中的液柱高度的变化情况上来。
　　总之，改进后的实验装置具有操作更加方便、易于控制、现象明显、实验时间短等优点，在教学实践中受到教师们的好评。
　　(栏目编辑　李富