摘要:蘇科版初中物理焦耳定律的演示實(shí)驗(yàn)采用的是通電電阻絲加熱等量的煤油,通過(guò)觀察煤油中溫度計(jì)示數(shù)的變化情況來(lái)間接得知電阻絲通電后產(chǎn)生熱量的多少。但由于煤油量大,顯示速度慢,加熱時(shí)間長(zhǎng),且不能連續(xù)實(shí)驗(yàn),所以不利于課堂教學(xué)組織。有鑒于此,我們通過(guò)理論分析、實(shí)踐探索,對(duì)此實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)。進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)采用氣體的熱膨脹來(lái)代替液體的熱膨脹,用液柱的高低代替溫度計(jì)溫度的高低,用注射器實(shí)現(xiàn)有效控制,縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間的效應(yīng),取得了明顯的實(shí)驗(yàn)效果。在教學(xué)中,極大的促進(jìn)了相關(guān)教學(xué),在此,愿將此成果與廣大一線同仁共享,以期在教學(xué)中得到進(jìn)一步改進(jìn)與推廣。
關(guān)鍵詞:焦耳定律;改進(jìn);實(shí)驗(yàn)效果
中圖分類(lèi)號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003—6148(2010)11(S)—0030—2
1 課本提供的焦耳定律演示實(shí)驗(yàn)
1.1 課本提供的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。
1.2 主要的實(shí)驗(yàn)原理
在兩個(gè)相同的燒瓶中裝相同質(zhì)量的煤油,并用膠塞密閉,膠塞中安放溫度計(jì),瓶中各放一根電阻絲,甲瓶中電阻絲的電阻比乙瓶中的大。通電后電流通過(guò)電阻絲產(chǎn)生的熱量越多,液體吸熱后溫度升高也越大,溫度計(jì)的示數(shù)上升得就越高。觀察溫度計(jì)示數(shù)上升的情況,就可以比較出電流產(chǎn)生的熱量的多少。
1.3 實(shí)驗(yàn)的不足之處
該實(shí)驗(yàn)裝置中煤油量大,可見(jiàn)度小,顯示速度慢,加熱時(shí)間長(zhǎng);另外,燒瓶中的煤油加熱容易,降溫難,需要的時(shí)間很長(zhǎng),影響了連續(xù)重復(fù)演示效果,學(xué)生注意力容易分散,不利于組織課堂教學(xué)。
2 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)
2.1 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)器材及組裝
兩只相同的錐形瓶,相同的膠塞兩只,長(zhǎng)度不同的電爐絲兩根(電阻R>R),等長(zhǎng)的細(xì)鐵絲四根,相同的玻璃管兩根,配制的紅墨水和藍(lán)墨水各一瓶,相同的注射器(含針頭)兩只,學(xué)生電源,滑動(dòng)變阻器一只,開(kāi)關(guān)一只,導(dǎo)線若干。單個(gè)裝置的組裝如圖2所示。
2.2 實(shí)驗(yàn)的原理
(1)氣體的熱膨脹比液體的熱膨脹效果更明顯。
實(shí)驗(yàn)前,要求在兩個(gè)相同錐形瓶中分別加人的紅色水和藍(lán)色水的量要相同,整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中加入的水均為200mL,這樣就可以使得錐形瓶中封住的氣體體積相同。
(2)實(shí)驗(yàn)中增加了注射器,能夠進(jìn)一步保證實(shí)驗(yàn)效果。
因?yàn)樵跊](méi)有加入注射器之前,完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)我們發(fā)現(xiàn),器材組裝好了以后,玻璃管中會(huì)有液柱產(chǎn)生,且液柱在玻璃管中的高度是不相同的,如果就這么進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)論肯定是不可信的。這里借助注射器,通過(guò)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處,并且仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn),注射器向外拔出的長(zhǎng)度幾乎是相同的,也起到了控制變量的作用。這里需要說(shuō)明一下,向外拔活塞時(shí),當(dāng)看到從玻璃管底部管口處冒出一個(gè)氣泡時(shí),這說(shuō)明玻璃管中的液柱一直降到玻璃管底部管口處。
另外,在進(jìn)行完上一個(gè)實(shí)驗(yàn)斷電后,要使液柱降下去,勢(shì)必需要一定的時(shí)間,但如果馬上拔下注射器,液柱就立即降下去,從而大大節(jié)省了時(shí)間,同時(shí)也很好的起到了降溫作用。
2.3 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置(如圖3、4所示)
2.4 改進(jìn)裝置后的具體實(shí)驗(yàn)過(guò)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處,接通電路一段時(shí)間,比較兩瓶中玻璃管中的液柱哪個(gè)上升得高(如圖3所示),實(shí)驗(yàn)結(jié)果是:電阻大的玻璃管中的液柱上升的比較高。
(2)拔下其中電阻較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處,接通電路一段時(shí)間,看玻璃管中液柱的上升情況,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,加大電流,重做上述實(shí)驗(yàn),通電時(shí)間與前次相同。在兩次實(shí)驗(yàn)中,比較兩瓶中的液柱哪次上升得高(如圖4所示)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是:電流大的。玻璃管中的液柱上升得比較高。
(3)保持滑動(dòng)變阻器的滑片P的位置不變,通過(guò)秒表觀察隨著時(shí)間的推移玻璃管中液柱高度的上升情況。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論如下:
(1)在電流與通電時(shí)間相同的情況下,電阻越大,電流產(chǎn)生的熱量越多,玻璃管中液柱上升得越高;
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(2)在電阻與通電時(shí)間相同的情況下,電流越大,電流產(chǎn)生的熱量越多,玻璃管中液柱上升得越高;
(3)在電流與電阻一定的情況下,通電時(shí)間越長(zhǎng),電流產(chǎn)生的熱量越多,玻璃管中液柱上升得越高。
2.5 改進(jìn)裝置后的實(shí)驗(yàn)最突出的優(yōu)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,大大縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間,有效的提高了課堂效率。
(2)該實(shí)驗(yàn)儀器具有連續(xù)重復(fù)演示的功能。利用注射器可以讓玻璃管中的液柱迅速下降,并能很好地進(jìn)行變量的控制,同時(shí)溫度的降低也比較迅速,從而能大大縮短實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。
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(3)避免了用電流表測(cè)電流的麻煩,從而使學(xué)生的注意力集中在觀察玻璃管中的液柱高度的變化情況上來(lái)。
總之,改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置具有操作更加方便、易于控制、現(xiàn)象明顯、實(shí)驗(yàn)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn),在教學(xué)實(shí)踐中受到教師們的好評(píng)。
(欄目編輯 李富