王 艷

(嘉峪關(guān)市新城鎮(zhèn)教委　甘肅 嘉峪關(guān)　735100)

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自制電熱影響因素的實(shí)驗(yàn)裝置

王 艷

(嘉峪關(guān)市新城鎮(zhèn)教委甘肅 嘉峪關(guān)735100)

用集氣瓶、橡皮塞、電爐絲和U形管組裝而成的電熱與電阻、電流、時(shí)間的實(shí)驗(yàn)裝置，代替實(shí)驗(yàn)室中現(xiàn)有的“焦耳定律”演示實(shí)驗(yàn)裝置．能降低實(shí)驗(yàn)成本、節(jié)省經(jīng)費(fèi)；還能啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力．本文對(duì)裝置的制作、組裝和使用方法作了介紹．

電熱電阻電流實(shí)驗(yàn)裝置

在講授“焦耳定律”時(shí)，須給學(xué)生做“焦耳定律”的演示實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)室原有的實(shí)驗(yàn)裝置存在著一些不足，基于此，筆者自制了電熱影響因素的實(shí)驗(yàn)裝置.

本實(shí)驗(yàn)裝置是挖掘校本教育資源，拓寬實(shí)驗(yàn)室中最普通的儀器如集氣瓶、橡皮塞、橡皮管的用途，加上由市場(chǎng)上容易買到的電爐絲組裝而成．該實(shí)驗(yàn)裝置是一個(gè)低成本的實(shí)驗(yàn)裝置，也是本著新課改要求，緊扣新初中物理課本內(nèi)容研制的能啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的實(shí)驗(yàn)儀器．此裝置可代替舊的實(shí)驗(yàn)儀器用于教學(xué)，實(shí)踐證明該實(shí)驗(yàn)裝置做實(shí)驗(yàn)效果非常明顯，很容易讓學(xué)生得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論．它的制作簡(jiǎn)單，器具常見(jiàn)且易找到代替品，學(xué)生完全可以自制．現(xiàn)將整體裝置介紹如下.

1　教具裝置圖

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示.

2　特點(diǎn)和用途

2.1特點(diǎn)

該實(shí)驗(yàn)裝置用現(xiàn)有儀器和易得器材組裝，幾乎無(wú)成本；制作簡(jiǎn)單容易，使用方便，易于操作，解決了現(xiàn)有“焦耳定律”演示實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)速度慢且不易成功的問(wèn)題，教學(xué)效果良好．

2.2用途

講授初中物理“焦耳定律”一節(jié)內(nèi)容時(shí)，可替代實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有“焦耳定律”演示實(shí)驗(yàn)裝置，完成演示“電熱與通電時(shí)間的關(guān)系”“電熱與電阻的關(guān)系”及“電熱與電流的關(guān)系”等實(shí)驗(yàn)．

3　制作材料

集氣瓶2個(gè)、相配套的橡皮塞2個(gè)、150 mm的細(xì)乳膠管2根、電爐絲1根、直徑5 mm，長(zhǎng)10 mm的玻璃管2根、塑皮導(dǎo)線若干、開(kāi)關(guān)1個(gè)、2～6 V干電池1組(或蓄電池1個(gè))、U形管2個(gè)、固體膠等．

4　制作方法

將電爐絲稍微拉長(zhǎng)，制作成一個(gè)長(zhǎng)為40 mm的螺旋狀電阻和3個(gè)長(zhǎng)為20 mm的等阻值螺旋狀電阻，再將這4個(gè)螺旋狀電阻兩端拉長(zhǎng)后折成直角狀，并且將每個(gè)螺旋狀電阻的兩端彎曲成能連接導(dǎo)線的環(huán)扣(自制螺旋狀電阻的長(zhǎng)度和阻值可根據(jù)集氣瓶口的大小自行設(shè)計(jì)，只是保證1個(gè)電阻較大、3個(gè)電阻較小且阻值相等即可)．

在兩個(gè)橡皮塞上各打兩個(gè)孔，一個(gè)大孔直徑為5 mm，供插入玻璃管用；另一個(gè)小孔的大小以能插入兩根塑皮導(dǎo)線為宜．

在小孔中插入兩根塑皮導(dǎo)線，上下各露出約50 mm可以連接螺旋狀電阻和電路即可，并用固體膠密封孔洞；大孔中的玻璃管，以下端剛露出橡皮塞、上端露出約50 mm(用以連接乳膠管)為宜．

將兩直管不等長(zhǎng)的兩個(gè)U形管，按圖1所示固定在能豎立的纖維板上；把兩根乳膠管的一端分別與兩個(gè)U形管的短管相連，另一端分別與兩個(gè)橡皮塞上端的兩根玻璃管上端口相連；為便于觀察水柱，再給兩個(gè)U形管中各裝入等高的一定量紅色清水．

5　使用方法

5.1演示電熱與通電時(shí)間的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)方法：在其中一個(gè)橡皮塞下端的兩根導(dǎo)線端頭連接上長(zhǎng)為40 mm的螺旋狀電阻，用帶有電阻的橡皮塞把集氣瓶塞緊，橡皮塞上端的兩根導(dǎo)線端頭與開(kāi)關(guān)、電源連接起來(lái)，組成完整的閉合電路．檢查電路，閉合開(kāi)關(guān)，給集氣瓶中空氣加熱，就會(huì)發(fā)現(xiàn)U形管內(nèi)的液柱上升，且通電時(shí)間越長(zhǎng)，液柱上升得越高．這是電阻發(fā)熱導(dǎo)致集氣瓶中空氣受熱膨脹的緣故．

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：同一電阻，在電流相同時(shí)，通電時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生的熱量越多．

5.2演示電熱與電阻的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)方法：與第一個(gè)實(shí)驗(yàn)相同，把其中一個(gè)長(zhǎng)為20 mm的螺旋狀電阻連接在另一個(gè)橡皮塞下端的兩根導(dǎo)線端頭，將這一橡膠塞緊塞在另一個(gè)集氣瓶口．拆開(kāi)第一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的電路，用數(shù)根導(dǎo)線將兩個(gè)橡皮塞上端的4根導(dǎo)線端頭依次連接，就可把40 mm和20 mm長(zhǎng)的螺旋狀電阻串聯(lián)起來(lái)(如圖2)．連接電路，檢查電路，閉合開(kāi)關(guān)，分別給兩瓶同樣的集氣瓶中的空氣加熱．這時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，裝有40mm螺旋狀電阻的集氣瓶所連接的U形管內(nèi)液柱，比裝有20 mm螺旋狀電阻的集氣瓶所連接的U型管內(nèi)液柱上升得高而且快．

圖2

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：當(dāng)電流、通電時(shí)間相同時(shí)，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多．

5.3演示電熱與電流的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)方法：把第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中40 mm的螺旋狀電阻取下?lián)Q成20 mm的螺旋狀電阻，用這兩個(gè)20 mm的螺旋狀電阻分別給兩瓶同樣的集氣瓶中的空氣加熱，同時(shí)拿第三個(gè)20 mm的螺旋狀電阻與其中一個(gè)20 mm的螺旋狀電阻在集氣瓶外并聯(lián)起來(lái)(如圖3)．連接電路，檢查電路，閉合開(kāi)關(guān)會(huì)發(fā)現(xiàn)，在干路上給集氣瓶加熱的U形管液柱的上升，比支路上給集氣瓶加熱的U形管液柱的上升高而快．

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：當(dāng)電阻、通電時(shí)間相同時(shí)，電流越大，產(chǎn)生的熱量越多．

圖3

6　幾點(diǎn)體會(huì)

(1)我國(guó)物理學(xué)界的老前輩、著名物理教育家朱正元教授提倡“壇壇罐罐當(dāng)儀器，拼拼湊湊做實(shí)驗(yàn)”是留給后人寶貴的遺產(chǎn)，既使在今天，仍有指導(dǎo)意義.

(2)教師用身邊普通的器材加以改造，組裝成教學(xué)所用的儀器，學(xué)生感到親切，破除學(xué)習(xí)物理的神秘感，提高學(xué)習(xí)物理的興趣.

(3)教師自制教具或帶領(lǐng)學(xué)生一起來(lái)做，教師要多開(kāi)動(dòng)腦筋，千方百計(jì)想盡辦法.這是教師的敬業(yè)精神體現(xiàn)，對(duì)自身知識(shí)、能力、技術(shù)會(huì)有很大的提升.

(4)從全國(guó)范圍來(lái)看，實(shí)驗(yàn)儀器、器材不足和短缺的情況還較為普遍，當(dāng)前自制教具是需要的，就是以后我們的條件有了較大的改善，這些做法還是具有現(xiàn)實(shí)意義的.

1韓獨(dú)石.拓寬現(xiàn)有教學(xué)儀器使用范圍，改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué).教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2008(5)：8～10

2韓獨(dú)石.中學(xué)理化實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新研究.西安：陜西人民教育出版社，2011.7

3義務(wù)教育教科書(shū)九年級(jí)全一冊(cè)物理.北京：人民教育出版社，2013.99～101

2016-03-08)