“焦耳定律探究實驗裝置”的另用

范必文

比熱容的知識是本章的重點內(nèi)容，又因為比熱容的概念比較抽象，且它又與質(zhì)量、溫度的變化量、吸收或放出的熱量等三個物理量有關(guān)，學(xué)生理解起來有困難，所以做好本節(jié)演示實驗，讓學(xué)生從直觀的現(xiàn)象中去認(rèn)識這三個物理量間的關(guān)系，去感知自然界中不同物質(zhì)的吸熱能力是不相同的，很自然地就會過渡到物理學(xué)中比較物質(zhì)的這種吸熱能力不同的特性就用“比熱容”來描述。所以，做好本實驗，從現(xiàn)象中去認(rèn)識物理概念的內(nèi)涵，是突破本課時教學(xué)難點的關(guān)鍵。現(xiàn)將我在平常的教學(xué)活動中對教材中演示實驗裝置、過程所做的一些改進(jìn)與同行共同探討，如有不當(dāng)之處，請予以批評指正。

人教版九年級物理第十六章第三節(jié)探究“比較不同物質(zhì)的吸熱能力”方法如下。

1.教材中的實驗裝置（在圖中食用油和水里還應(yīng)各插入一支溫度計）如下圖所示：如果水和食用油的質(zhì)量相同，它們升高的溫度也相同，我們比較它們需要吸收的熱量是否相同，從而得出它們吸熱能力的差異性。

2.探究時把兩個質(zhì)量、形狀、大小都相同的金屬盤分別裝入等質(zhì)量的食用油和水，用兩個相同的酒精燈同時通過石棉網(wǎng)對金屬盤中的液體加熱（相等時間內(nèi)可以認(rèn)為金屬盤中的食用油和水吸收的熱量是相等的）。

3.觀察插在食用油和水中溫度計，看在相等的時間內(nèi)誰的溫度升得高？要升高相同的溫度對誰加熱的時間長？

我在演示該實驗過程中，發(fā)現(xiàn)存在以下不足：（1）同時進(jìn)行加熱，教師在實驗示范時不可以做到，只能盡量縮短這個時間間隔，影響了實驗的直觀性和可比性。（2）要保證食用油和水在相等的時間內(nèi)吸收相等的熱量，就是要讓這兩個酒精燈燃燒時釋放的熱量相同，實驗過程中只能通過調(diào)整燈芯的長短，通過目測的方式來達(dá)到這一目的。并且酒精燈不同火焰層的溫度還有區(qū)別，所以要做到讓食用油和水從酒精燈上吸收的熱量相同，這點也很難做到，增加了實驗的不確定性。（3）實驗過程中，食用油和水在敞口容器中散熱的快慢不同，也直接影響實驗的效果。針對實驗中出現(xiàn)的這些問題，我經(jīng)過反復(fù)驗證和探究、細(xì)心揣摩，對實驗進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的演示實驗效果更明顯、可信度高，且易于控制。下面就我對實驗裝置所做的嘗試性改進(jìn)，與各位同行探討。

一、設(shè)計意圖

1.由于九年級的學(xué)生對焦耳定律實驗探究過程已經(jīng)有了一個較為清晰的認(rèn)知，對實驗裝置的連接及原理也已經(jīng)較為熟悉。

2.裝置簡潔，學(xué)生熟悉，認(rèn)知度高，只需對焦耳定律實驗探究裝置稍加改進(jìn)，易操作，效果明顯，還節(jié)省了探究實驗所占用的課堂教學(xué)時間。

3.克服了教材中不能同時加熱、兩酒精燈火焰很難控制、散熱多、學(xué)生對實驗可信度低的缺點。

二、實驗裝置

三、實驗器材性能說明

電源——用實驗室學(xué)生電源，實驗時電源電壓調(diào)高到20V左右，允許通過電流2—3A。

滑動變阻器——最大阻值30Ω左右，允許通過電流2—3A，主要起保護(hù)電路的作用。

加熱電阻絲——實驗時選擇2條10Ω左右相同的電阻絲。

食用油、水——各取200g即可。這里的水最好用蒸餾水，盡量減小自來水微弱的導(dǎo)電性對實驗的負(fù)面影響；也可選用其他液體：不易導(dǎo)電、比熱容值相差較大的特點。

溫度計——最好用工作物質(zhì)染成紅色的煤油溫度計，實驗時便于學(xué)生觀察溫度計中液體的上升情況。

四、操作步驟及觀察內(nèi)容

1.實驗前教師向?qū)W生強(qiáng)調(diào)本探究實驗的目的：“研究不同物質(zhì)在質(zhì)量相等、溫度升高的度數(shù)相等時，吸收的熱量是否也相等？”教師可將之板書于黑板。讓學(xué)生的觀察、思考有較強(qiáng)的目的性。

2.實驗前的準(zhǔn)備：取質(zhì)量相等的食用油、蒸餾水各1份放入燒瓶中，學(xué)生電源電壓調(diào)到20V左右，滑動變阻器調(diào)到中間偏小位置，觀察溫度計的示數(shù)，記下加熱前食用油和蒸餾水的初溫。

3.閉合開關(guān)，加熱5分鐘左右（根據(jù)實際情況而定），觀察兩燒瓶中溫度計示數(shù)升高的快慢。

4.停止加熱，同時讀出兩支溫度計的示數(shù)，記下加熱后食用油和水的溫度。

五、實驗數(shù)據(jù)的處理

由學(xué)生思考回答：質(zhì)量相等的不同物質(zhì)吸收相等的熱量后，升高的溫度是否相同？質(zhì)量相等的不同物質(zhì)升高相同的溫度吸收的熱量是否相等？

學(xué)生認(rèn)識到，實驗現(xiàn)象說明了質(zhì)量相等的食用油和水在吸收了相同的熱量時，升高的溫度是不同的。進(jìn)一步分析得出：要使食用油和水升高相同的溫度，必須給水加熱的時間要長些。這說明了質(zhì)量相等的食用油和水升高相同的溫度吸收的熱量不相等。在此基礎(chǔ)上可以推廣到其他物質(zhì)，得出“質(zhì)量相同的不同物質(zhì)，升高相同的溫度，吸收的熱量不相等”這個一般性的結(jié)論。然后向?qū)W生指出，為了比較各種物質(zhì)這種性質(zhì)上的不同，引入比熱容概念。怎樣比較物質(zhì)的這種性質(zhì)呢？可以向?qū)W生指出要在相同條件下比較，即必須讓質(zhì)量相同，溫度升高也相同，而質(zhì)量都取單位質(zhì)量（1kg），溫度都取升高1℃，比較起來最為方便（還可以類比密度的定義方式）。這樣就順理成章地引出了比熱容的定義。

六、教學(xué)效果

改進(jìn)后的演示實驗現(xiàn)象明顯，學(xué)生能清楚地觀察到溫度計中煤油柱上升的過程，也避免了教室內(nèi)空氣的流動對實驗過程的影響，結(jié)果可信度高，使實驗更具有科學(xué)性。學(xué)生對自然界中各種物質(zhì)的吸熱能力是不同的有了比較深刻的認(rèn)識。

參考文獻(xiàn)：

［1］義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書九年級物理教材.第十六章第三節(jié)，比熱容，P131.

［2］義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書九年級物理教師教學(xué)用書，P159-160.