关于改进焦耳定律演示实验的思考

邱美强

【摘 要】物理是一门实验性学科。在初中物理教学过程中，演示实验起着及其重要的作用，它是学生建立物理概念和规律、理解和掌握物理知识的重要途径。在教学过程中，教师应该思考如何改进实验方法和实验装置，提高实验效果。本文用手机安装红外热感相机，对焦耳定律实验进行改进。

【关键词】焦耳定律；演示实验；改进；电热

物理是一门以观察和实验为基础的学科。特别在初中物理教学中，实验教学是非常重要的内容。初中物理教学是学生进入物理知识宝库的入门和启蒙，是培养学生学习物理兴趣，具有初步观察事物、分析问题、解决问题能力的关键。实验作为物理教学的一种手段，对有效地引起学生的感性认知、思维激活、知识形成和记忆强化都起着重要的作用。然而目前在实验教学的过程中都会遇到不少的问题。例如：演示实验器材不足，实验效果不明显，导致学生不认同实验结果，影响物理知识的形成和物理规律的建立。

焦耳定律是九年级物理第十八章的一个重要内容，也是本章的一个难点。因此，焦耳定律实验的成败，对于学生理解电流的热效应与哪些因素有关至关重要。在探究电流通过导体产生的热量与哪些因素的实验中，由于电热很难进行定量地测量。所以在演示实验中往往采用了转换法。传统的处理方法有：

（1）旧人教版的“焦耳定律”的演示实验采用的是用煤油进行实验，在平底烧瓶中装满煤油，把不同阻值的电阻丝放入瓶中，给电阻丝通电后比较质量相同的煤油温度升高的情况，判断哪个电阻产生的热量多，此实验中有以下不足：大部分学生距离讲台较远，很难看清两支温度计的示数区别。由于瓶塞与瓶口、瓶塞与温度计之间存在缝隙，如果煤油装得太多，通电后煤油受热膨胀容易通过缝隙向外溢，清理实验器材很麻烦。另外用煤油作为吸热膨胀物质欠佳，由于注满烧瓶的煤油质量比较大，吸收一定的热量后，温度升高不大，况且煤油的热膨胀系数较小，即使用较细的玻璃管做实验，液柱上升也缓慢，耗时长。

（2）2013新人教版对该实验进行了改进，采用电阻丝加热空气膨胀的方法进行实验。将5欧和10欧的电阻丝分别密封在透明的塑料盒中，塑料盒的唯一开口连接U型管，U型管中装有红墨水。通电后，电阻丝发热盒内空气膨胀，U型管出现高度差。电阻丝产生热量越多，气体膨胀的体积越大，U型管两液柱的高度差越明显。由于U型管的液柱较粗，改进后实验效果明显了，便于学生的观察，另外，实验时间明显缩短了。其不足之处在于：实验持续时间过短，整个过程仅有几秒，就必须断开开关，不然U型管的液柱会溢出。如果学生注意力不集中，很容易错过实验展示。

（3）很多教师在教学过程中对该实验进行了改进。有老师利用电阻丝的产生的热量来引燃火柴，也有老师利用電阻丝来切割泡沫，以此比较不同电阻产生热量的多少。这类实验效果明显，趣味性强。但在实际操作的过程中，要选择限流较大的学生电源和比较合适的电阻丝。这需要老师通过实验效果一次次地进行实验才能挑选合适的器材。

随着现代技术的不断发展，各种新科技、新设备广泛应用于人们日常生活、生产中。在新人教版物理教材中，大量出现了利用传感器的实验。传感器进入中学物理实验室，成为信息技术与物理课程整合、教育手段现代化的一个新的突破口。传感器将各种物理量转换成电信号，人们对电信号作出进一步的分析和处理。例如电子表就是把时间的测量最终转换成电信号，用液晶屏显示出来，将过去实验测量工具器材中的水银温度计、打点器、天平等用力的传感器、温度传感器、电磁传感器来探测物理量，显示物理实验数据，运用计算机强大的计算功能探索物理规律。那么能否应该传感器等高新设备来解决焦耳定律实验中，热量的测量或者比较问题呢。具体做法如下。

按照实验电路用普通的电阻丝来进行实验，然后用来判断两个电阻丝的温度高低。以RNOPC-160红外热成像仪为例，它采用高灵敏度非晶硅微量热行探测器，融入红相光机微扫高分辨率成像技术，50/60HZ超快帧频，探测器分辨率160x120，测温范围-20～600℃，3.5寸TFT液晶屏，无需遮阳罩也能在阳光下清楚观看图像，机器智能操作系统，可以将数据方便快捷地连接到电脑，使用非常便捷。

考虑到设备的费用和购买问题，还可以利用手机替代红外热成像仪。在手机安装红外热感相机软件。在手机的应用市场用多款红外热成像软件。此类软件可以把不同温度的物体用深浅不同的颜色显示出来。由于手机的屏幕较小不变观察，我们通过HDMI线将手机和投影仪进行连接显示。应用红外热成像软件比较电阻丝温度的高低，方便快捷，避免了传统实验方案中的各种缺点。

将传感器等高新技术应用到物理实验中是物理新课程教学改革的一个发展方向，我们应该结合学校和学生的实际情况，逐步将其融入于教学之中，不能因为它不同于传统仪器的操作方式而抵触它，而是要充分发挥它对教学的优化功能，提高物理教学的质量，提高学生的学习水平。它虽然有不足，但只要合理利用，扬长避短，就一定能更好地发挥它促进教学的功能。