自制電熱影響因素的實驗裝置

王 艷

(嘉峪關市新城鎮教委　甘肅 嘉峪關　735100)

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自制電熱影響因素的實驗裝置

王 艷

(嘉峪關市新城鎮教委甘肅 嘉峪關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、時間的實驗裝置，代替實驗室中現有的“焦耳定律”演示實驗裝置．能降低實驗成本、節省經費；還能啟發學生的創新意識，培養學生的綜合能力．本文對裝置的制作、組裝和使用方法作了介紹．

電熱電阻電流實驗裝置

在講授“焦耳定律”時，須給學生做“焦耳定律”的演示實驗.實驗室原有的實驗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驗裝置.

本實驗裝置是挖掘校本教育資源，拓寬實驗室中最普通的儀器如集氣瓶、橡皮塞、橡皮管的用途，加上由市場上容易買到的電爐絲組裝而成．該實驗裝置是一個低成本的實驗裝置，也是本著新課改要求，緊扣新初中物理課本內容研制的能啟發學生創新意識和培養學生綜合能力的實驗儀器．此裝置可代替舊的實驗儀器用于教學，實踐證明該實驗裝置做實驗效果非常明顯，很容易讓學生得出實驗結論．它的制作簡單，器具常見且易找到代替品，學生完全可以自制．現將整體裝置介紹如下.

1　教具裝置圖

實驗裝置如圖1所示.

2　特點和用途

2.1特點

該實驗裝置用現有儀器和易得器材組裝，幾乎無成本；制作簡單容易，使用方便，易于操作，解決了現有“焦耳定律”演示實驗裝置實驗速度慢且不易成功的問題，教學效果良好．

2.2用途

講授初中物理“焦耳定律”一節內容時，可替代實驗室現有“焦耳定律”演示實驗裝置，完成演示“電熱與通電時間的關系”“電熱與電阻的關系”及“電熱與電流的關系”等實驗．

3　制作材料

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

4　制作方法

將電爐絲稍微拉長，制作成一個長為40 mm的螺旋狀電阻和3個長為20 mm的等阻值螺旋狀電阻，再將這4個螺旋狀電阻兩端拉長后折成直角狀，并且將每個螺旋狀電阻的兩端彎曲成能連接導線的環扣(自制螺旋狀電阻的長度和阻值可根據集氣瓶口的大小自行設計，只是保證1個電阻較大、3個電阻較小且阻值相等即可)．

在兩個橡皮塞上各打兩個孔，一個大孔直徑為5 mm，供插入玻璃管用；另一個小孔的大小以能插入兩根塑皮導線為宜．

在小孔中插入兩根塑皮導線，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．

將兩直管不等長的兩個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U形管的短管相連，另一端分別與兩個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演示電熱與通電時間的關系

實驗方法：在其中一個橡皮塞下端的兩根導線端頭連接上長為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線端頭與開關、電源連接起來，組成完整的閉合電路．檢查電路，閉合開關，給集氣瓶中空氣加熱，就會發現U形管內的液柱上升，且通電時間越長，液柱上升得越高．這是電阻發熱導致集氣瓶中空氣受熱膨脹的緣故．

實驗結論：同一電阻，在電流相同時，通電時間越長，產生的熱量越多．

5.2演示電熱與電阻的關系

實驗方法：與第一個實驗相同，把其中一個長為20 mm的螺旋狀電阻連接在另一個橡皮塞下端的兩根導線端頭，將這一橡膠塞緊塞在另一個集氣瓶口．拆開第一個實驗裝置的電路，用數根導線將兩個橡皮塞上端的4根導線端頭依次連接，就可把40 mm和20 mm長的螺旋狀電阻串聯起來(如圖2)．連接電路，檢查電路，閉合開關，分別給兩瓶同樣的集氣瓶中的空氣加熱．這時會發現，裝有40mm螺旋狀電阻的集氣瓶所連接的U形管內液柱，比裝有20 mm螺旋狀電阻的集氣瓶所連接的U型管內液柱上升得高而且快．

圖2

實驗結論：當電流、通電時間相同時，電阻越大，產生的熱量越多．

5.3演示電熱與電流的關系

實驗方法：把第二個實驗中40 mm的螺旋狀電阻取下換成20 mm的螺旋狀電阻，用這兩個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，同時拿第三個20 mm的螺旋狀電阻與其中一個20 mm的螺旋狀電阻在集氣瓶外并聯起來(如圖3)．連接電路，檢查電路，閉合開關會發現，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．

實驗結論：當電阻、通電時間相同時，電流越大，產生的熱量越多．

圖3

6　幾點體會

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

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

(3)教師自制教具或帶領學生一起來做，教師要多開動腦筋，千方百計想盡辦法.這是教師的敬業精神體現，對自身知識、能力、技術會有很大的提升.

(4)從全國范圍來看，實驗儀器、器材不足和短缺的情況還較為普遍，當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實意義的.

1韓獨石.拓寬現有教學儀器使用范圍，改進物理實驗教學.教學儀器與實驗，2008(5)：8～10

2韓獨石.中學理化實驗創新研究.西安：陜西人民教育出版社，2011.7

3義務教育教科書九年級全一冊物理.北京：人民教育出版社，2013.99～101

2016-03-08)