浅谈初中《焦耳定律演示实验》的改进

凌文盛

摘 要 初中物理教材中《焦耳定律实验》的操作步骤存在着不能同时演示电流跟热量、电阻和热量的关系；只能定性研究，不能定量研究，演示效果差。演示时间长等三方面的不足。为此，文章提出一些改进意见。

关键词 焦耳定律 演示实验 改进

中图分类号：G424 文献标识码：A

随着知识的更新与发展，初中物理教材的一些实验操作不是非常适于教学操作。在此，笔者以初中物理教材中的《焦耳定律实验》为例，浅谈初中物理教材中的一些需要改正完善的地方，同时提出一些改进方法。

1 教材中的实验操作不足

现在人教版物理教材实验设计的步骤是：

第一步：接通电路，过一段时间后，看看两个玻璃瓶中煤油哪个上升得更高。得出的结论是：甲玻璃瓶中煤油上升得更高。这表明电阻越大，电流产生的热量越多。

第二步：让两玻璃瓶的煤油高度还原，然后利用滑动调解器，调节电流，再做实验。注意通电时间和前次时间相同，在这两次实验中，比较甲瓶（或乙瓶）中的煤油哪次上升得高。在第二次实验中，甲玻璃瓶中煤油上升得高。这表明电流越大，电流产生的热量越多（如图1所示）。

第三步：从以上实验可以得出结论，在电流与电阻不变的情况下，通电时间越长，瓶中的煤油上升得越高，电流产生的热量越多。

笔者对照教材中的步骤，做了多次的实验，发现了一些问题。玻璃瓶上的煤油上升得太慢，而我们上课的时候，每节课45分种，想要在45分种完成上面所说的实验操作，基本上是不可能完成的。一节课也只能勉强完成上面所说的第一步，但是，如果想要完成第二步，让温度慢慢再降下来，重新再做，再让学生进行观察比较，45分种是完全不可能完成的。因为，想让给玻璃瓶中的煤油加温是容易的事，但是，想要让温度降下来，还是要较长的时候。为此，很多物理教师为了达到教学目标，完成这一实验的教学任务，经常是把学生的实验课变为了教师的讲授实验，或者有些老师利用更快捷的多媒体课件演示，而让实验配置成为摆设，失去了让学生动手操作，亲身体验的实验课本质。

由上面的情况来看，《焦耳定律的实验》由于装置比较复杂，实验要求有很好的密闭条件，整个实验的进展速度也相对比较慢，教室里学生的可见度比较有限，整个实验的时间也比较久。有以下三个方面存在不科学之处：

第一，电流与热量、电阻与热量的关系，在教材中的实验操作中，不能同时演示出来。在演示电流与热量之间的关系时，说明电流越大，产生的热量越大这个理论时。根据教材中的实验步骤，总体上要从以下两方面来操作。由于电流的不同导致实验玻璃瓶中液体高度的变化不能直观地进行对比。同时还要让两只玻璃管的液柱回到原来的高度，需要较长的时间，在课堂上操作不太实际，浪费时间，也不利于课效课堂的标准。改实验中的电流后才能做下次操作，而实际操作实验过程中，烧瓶中的煤油加热是很简单的事，但是要降低它的温度却相对比较难，要较长的时候，导致需很长时间液柱才能回到原来的高度。为此这一实验操作不同时演示电流跟热量、电阻和热量的关系。

第二，演示效果比较差，不能定量研究，只能定性研究。

第三，在实验过程中，给煤油加热的时间太久了，同时，让煤油降温的时间更久，这样容易导致学生的注意力容易分散，不切合学生的学习，同时这个实验也不能连续重复演示操作，也不适合于课堂教学。如果要把加热的煤油倒了，换上等量的冷却的煤油，过程比较麻烦，同时也太浪费了。

基于教材中的这三点不足，笔者进行了以下实验改进。

2 实验的改进

准备三个相同大小的塑料盒，在塑料盒内密封三条电阻丝R1、 R2 、R3。同时在塑料盒的外面要留兩个接线柱，要使电阻丝R1> R2 = R3。把玻璃管插入塑料盒的两端，把橡皮管接在玻璃管上。在演示板上固定好两个U形玻璃管、开关S、电阻R。用橡皮管把U形玻璃管和玻璃管连接起来，用导线把各接线连接起来。具体的实验操作步骤大致如下：

①夹子e、f打开，然后把水加入两U形管中，并且要让两管中的水面相平，同时，为了便于学生上课的时候观察可以把水染成红色。

②把橡皮管用夹子e、f夹住，开关S断开，然后电源的正负极接上a、d接线柱，这时，我们就会发现两个上玻璃管的水柱很快上升，而且我们还可以看到两个上玻璃馆中A管上升得比较多。由此可见，时间不变的情况下，R更大，I产生的热量就更多。

③电源断开，打开e、f夹子，让实验中的玻璃管中的水位恢复到刚开始的的状态，以便做下一步实验。

④用电阻3盒换下电阻2盒，闭合开关S，将电阻连入电路中，再把a、d连入电源的正负极，这时你会发现两管中的水的高度上升，而且A管中的水位比另外一个上升得更高。由此可见，在时间相同、R不变的情况下，I越大，I产生的卡路里就越多。

把湈油装潢在实验装置在两个相同的烧瓶中，并用胶塞密闭，把胶塞中放玻璃管，在瓶中放一根R，同时要让甲瓶中R比乙瓶中的R大。通电后I通过电阻丝产生的卡路里就越多，那么实验中的玻璃管中液体就会上升得更高。通过观察玻璃馆中的煤油上升的情况，我们就可以比较I产生的卡路里的情况。

第一，给实验中的电路通电后，对比液体哪个上升得更高（如图2所示），实验最后的结果是：第一瓶中的液体上升比第二瓶更高。

第二，等到两玻璃管中的煤油降回原来位置时，调节电路中的变阻器，让电流加大，再次做上述的实验，给电路的通电时间不变。前后两次实验，对比较两瓶中的液体上升的情况（如图3所示）。最终我们可以得出的结论是：第二次实验的玻璃管中液体上升得更高一些。

第三，整个实验结论是：（1）I不变的时候，R越大，I产生的Q就越多；（2）R不变的时候，I越大，I产生的Q越多；（3）I与R不变的情况下，如何通电时间越长，I产生的Q也就越多，玻璃管中液体就会上升得越高。

鉴此，根据上面的改正，笔者上课的时候，还是取得了很发的教学效果。具体实验中改进的装置如图2、3、4所示。

3 此实验装置的优点

第一，在其它情况相同的时候，利用气体的热膨胀来做实验，相比利用液体的热膨胀实验的效果将会明显得很多。同时整个实验的时间也变短了不少，非常有效地提高了老师上课时的教学效率，也提高了学生的学习效率。第二，没有使用电流表测电流的麻烦，可能让同学们的课堂注意力放在观察气压计中的液体上升的高度来理解电流、电阻与热量的关系，便于学生集中注意力，便于学生专注于实验本身。第三，实验仪器具有连续多次操作演示的效果，改进后的实验装置操作方便，便于控制。