電流的熱效應(yīng)實(shí)驗(yàn)與改進(jìn)

1、電阻的熱效應(yīng)實(shí)驗(yàn)與改進(jìn)一、 教材分析電阻的熱效應(yīng)在粵教版九年級(jí)第十八章第三節(jié)中首先給出了電熱器的定義，然后安排了“電流通過電熱器所產(chǎn)生的熱量的多少與哪些因素有關(guān)”的探究活動(dòng)。 要求學(xué)生探討電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流、電阻以及通電時(shí)間的關(guān)系，教師可以引導(dǎo)學(xué)生用探究式實(shí)驗(yàn)的流程，結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)得出電流產(chǎn)生的熱量與電流、電阻等因素的定性關(guān)系，在此基礎(chǔ)上用分析論證的方法得出熱量與電流、電阻以及通電時(shí)間的定量關(guān)系，從而導(dǎo)出焦耳定律，再回到實(shí)際生活中解決實(shí)際生產(chǎn)問題等。 對(duì)于初三學(xué)生而言，焦耳定律是重點(diǎn)，更是難點(diǎn)，是整個(gè)電學(xué)的綜合 教師在教學(xué)過程中感到實(shí)驗(yàn)難以施展，學(xué)生學(xué)的時(shí)候充滿焦慮中的期待。二、 探究

2、實(shí)驗(yàn)教材中電阻的熱效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀器（一）如圖一所示，兩個(gè)透明容器中密封著等量的空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化。兩個(gè)密閉容器中都有一段電阻絲，右邊容器中的電阻比較大。兩容器中的電阻絲串聯(lián)起來接到電源兩端，通過兩段電阻絲的電流相同。通電一定時(shí)間后，比較兩個(gè)U形管中液面高度的變化。通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以看到電阻大的那邊的液面高度比電阻小的那邊較高，也就是說明了在電流相同、通電時(shí)間相同的情況下，電阻越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多。圖一實(shí)驗(yàn)儀器（二），如圖二所示，兩個(gè)密閉容器中的電阻一樣大，在其中一個(gè)容器的外部，將一個(gè)電阻和這個(gè)容器內(nèi)的電阻并聯(lián)，因此通過兩容器中電阻的電流不同。在通電時(shí)間相同的情

3、況下，觀察兩個(gè)U形管中液面高度的變化。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們會(huì)發(fā)現(xiàn)，沒有并聯(lián)電阻的那一邊的液面比并聯(lián)了電阻的那一邊的高一些。也就是說明了在電阻相同、通電時(shí)間相同的情況下，通過一個(gè)電阻的電流越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多。圖二根據(jù)教材的實(shí)驗(yàn)探究過程，我也制作了類似的實(shí)驗(yàn)儀器。如右圖所示，儀器的制作原理與教材的一樣，兩個(gè)瓶子里是密封的，里面放著阻值不一樣的銅線圈，然后用細(xì)銅線把兩銅線圈串聯(lián)在一起。而兩個(gè)瓶子連出來是兩根導(dǎo)管，導(dǎo)管中注入有色液體。當(dāng)我們將兩銅線圈接入電后，不用幾分鐘，我們就可以很清楚的看到中間的兩導(dǎo)管中的液面高中度差產(chǎn)生的改變，當(dāng)我們用手摸兩個(gè)瓶子時(shí)，我們也可以清楚感覺到兩個(gè)瓶子都變熱了，而

4、且中間導(dǎo)管比較高相連的那個(gè)瓶子的溫度相對(duì)比較高一點(diǎn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以探究在電流相同、通電時(shí)間相同的情況下，電阻越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多。當(dāng)我們將瓶子里的線圈換成阻值一樣大，其中一邊并聯(lián)一個(gè)同樣的線圈時(shí)，我們做同樣的步驟，這時(shí)我們就可以探究在電阻相同、通電時(shí)間相同的情況下，通過一個(gè)電阻的電流越大，這個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量越多。三、 實(shí)驗(yàn)存在的問題“焦耳定律實(shí)驗(yàn)”是初中物理教材中非常重要的驗(yàn)證性演示實(shí)驗(yàn)，教材中的做法是在兩個(gè)不同阻值的電阻分別兩放到相同大小且密封的兩個(gè)瓶子里使之串聯(lián)起來，與瓶子相通的兩條導(dǎo)管中注入相同量的有色液體，當(dāng)我們使之通電后，溫度將會(huì)升高、瓶子里的體積會(huì)膨脹，使導(dǎo)管中的液面上升，觀

5、察液的高度變化來確定電流產(chǎn)生的熱量跟電流、電阻和通電時(shí)間的關(guān)系。以此驗(yàn)證:Q=I2Rt。按課本上介紹的方法去演示，則明顯地有3點(diǎn)不足：1、 不能同時(shí)演示熱量跟電流、熱量跟電阻的關(guān)系；在說明在相同電阻大小的，電流越大，產(chǎn)生的熱量越多時(shí)，和跟電流相同而電阻大小不同而產(chǎn)生的熱量時(shí)是分兩次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的；不同的電流值時(shí)所產(chǎn)生的液體高度不能直接比較。2、 只能定性研究，不能定量研究，演示效果差。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，我們只能判斷出難一邊的溫度上升的比較快，因?yàn)橐好娓叨仍礁咧荒苷f過瓶子里的溫度上升得比較快，這樣我能只能得出：（1）在電流大小相同時(shí)，電阻越大的，通電相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量就越大；（2）在電阻大小一樣時(shí)

6、，電流越大，通電相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量就越大。這樣的實(shí)驗(yàn)只能得出電流、電阻和熱量之間的關(guān)系，而不能得出焦耳定律Q=I2Rt。3、 如果瓶子過大，我們需要通電使電阻加熱時(shí)間過長(zhǎng)，學(xué)生注意力容易分散，這樣比較難控制教學(xué)的順利進(jìn)行。另外在說明電流越大、產(chǎn)生的熱量越多時(shí)，要等兩玻璃導(dǎo)管中的液柱降回到原來的高度后，改變電流再作一次，事實(shí)上瓶子里的電阻通電使之加熱容易、降溫難，而且還要等整個(gè)瓶子的溫度都降下來。要等很長(zhǎng)時(shí)間液柱才能回到原來的高度，實(shí)驗(yàn)時(shí)間過長(zhǎng)，更不能連續(xù)重復(fù)演示。四、 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)在實(shí)際學(xué)習(xí)中，我對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)和研究，現(xiàn)將具體作法介紹如下：1、如下圖所示，在一塊木板中心樹立一塊上半部畫有間

7、隔1cm的水平線的白色小木板或白色有機(jī)玻璃板，將裝有電阻值分別為18、58、58的3支試管用銅皮固定在豎直薄木板的下半部，并在C管外部并聯(lián)一個(gè)與C管內(nèi)電阻值相同的電阻。再將3根長(zhǎng)約25cm、直徑約017cm的U形玻璃管，將其一端上半部裁去，如圖2所示安裝在離試管上的玻管約5cm處，并用同等長(zhǎng)度的橡膠管連接玻管與U形管，電源電壓以68V為宜。2、實(shí)驗(yàn)時(shí),用注射器向U形管中注入少量相等的紅液，閉合開關(guān)K,就可以看到3根玻璃管中的液面同時(shí)上升。比較A、B管中的液面高度可知：電流相同、通電時(shí)間相同時(shí)，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多。比較B、C管可知：二發(fā)熱器內(nèi)導(dǎo)體電阻相同，通電時(shí)間相同，但因C發(fā)熱器外部并聯(lián)

8、了一個(gè)與C管內(nèi)相同電阻值的電阻，所通過B發(fā)熱器的電流應(yīng)是C發(fā)熱器的2倍。而B中的液面的升高量是C中的液面的升高量的4倍，說明電阻相同、通電時(shí)間相同、電流越大，溫升越高。還能明確得出：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流的平方成正比0。另外，觀察任意的發(fā)熱器中的液體溫度計(jì)可以看出:通電時(shí)間越長(zhǎng)，溫升越大，電流產(chǎn)生的熱量越多。使用該儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)有4個(gè)特點(diǎn)：1、在相同條件下，利用氣體的熱膨脹比液體的熱膨脹實(shí)驗(yàn)效果更加明顯；可將兩次實(shí)驗(yàn)合為一次。因而大大縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提高了課堂效率。2、B管中的電流強(qiáng)度明顯是C管中的2倍，避免了用安培表測(cè)電流的麻煩。而且能使學(xué)生的注意力集中在觀察玻璃管中的液面上升過程上。3、具有連續(xù)、重復(fù)演示的功能。第一次演示實(shí)驗(yàn)后，可以把連接膠管取下，排除熱空氣后，膠管還原后可以立即做第二次試驗(yàn)。4、有記憶功能。斷