電流熱效應實驗的改進與操作

呂霞

摘?要：探究影響電流熱效應的實驗面臨兩個難點，一是因為我們農村學校沒有現成的實驗裝置，我們教師課前必須自己選取器材進行組裝和設計，二是教師要對學生進行合理的引導，使學生能用自己預備好的器材設計出合理的實驗方案。

關鍵詞：組裝設計;電流的熱效應

中圖分類號：G633.7??????????文獻標識碼：A ????文章編號：1992-7711（2020）01-051-1

物理教材（蘇科版）上第十五章第三節電熱器和電流的熱效應這課中有一個探究實驗：15.2探究影響電流熱效應的因素，這個實驗面臨兩個難點，一是因為我們農村學校沒有現成的實驗裝置，我們教師課前必須自己選取器材進行組裝和設計，二是教師要在課堂上對學生進行合理的引導，使學生能用自己預備好的器材設計出合理的實驗方案。

我們先來了解教材上使用的器材，是兩段阻值不等的電阻絲浸在質量相等的煤油中，觀察電阻絲所在液體溫度的變化，由于教材上描述比較簡單，從而加大了教師備課的難度。

教材中未明確表示兩段電阻絲的材料，以及兩電阻的阻值差異有多大，所以我校在實驗操作時對實驗的可行性進行了研究和探索，R1和R2電阻選擇怎樣的材料？阻值差異大約多大？電源電壓多大？煤油質量選取多少才能使實驗現象快速的體現在學生的面前，這是我們需要考慮和探索的問題。

首先介紹一下我們準備的實驗器材。

（1）R1和R2電阻絲的選材，阻值差異大一些，串聯時產生的Q1，Q2的差異才大些，效果較明顯，我們嘗試用鎳鉻合金絲和銅絲，材料在淘寶網上購買，沒想到電阻的直徑有很多，鎳鉻合金絲有0.1mm，0.2mm的，銅絲有0.2mm，0.5mm，1.0mm的，我們購買了各種型號的，經過多次嘗試后選擇了鎳鉻0.1mm的，銅絲0.2mm的，根據焦耳定律，盡量拉大阻值差異，而銅絲若阻值過小，又會使產生的熱量太少，趕不上散熱的速度，所以銅絲的阻值不能過小，選擇細些的銅絲，長度各為18cm。長度過長，將其繞成螺線管狀，以節約空間長度。

（2）加熱液體，煤油，質量約100g左右。

（3）與R1 R2相連的導線阻值要小，減少導線對液體溫度的影響，選取1.0mm的銅絲。

（4）瓶塞制作如下圖，材料由于是自取，所以比較簡單，是用紙片和雙面膠制作的。

（5）器材制作好之后的成品圖和教材基本一致，如右圖：

（6）電路的連接：選擇實驗室常用的最大阻值為20歐姆的滑動變阻器，使用學生電源，電壓選取到14V，電流較大，加熱較快。按照教材上的電路圖連接。

其次，課堂中該如何引導學生學習呢？

（1）引入實驗我們不打算用生活中的電加熱器，比如電水壺啊等，這些學生缺乏新鮮感，所以我們自制了電熱器，制造出一些具有神秘感的實驗來提升他們的好奇心。

器材：0.1mm的鎳鉻合金絲20cm與0.2mm的銅絲20cm串聯，使用24V電壓，加在兩端，電阻絲上掛上紙片，通電后約3s后其中一張紙片冒煙起火，另一張無任何動靜。

（2）引導學生有依據的猜想“導體通電產生的熱量的多少與什么因素有關”，告知引入實驗中兩紙片下電阻絲的材料，引發Q與R之間的關系。

學生通過自己生活中的實例與經驗，不難猜想出Q與I，Q與t的關系，還有學生一定會猜到Q與U的關系，這時，教師需要培養學生把注意力集中在影響實驗結果的關鍵因素和本質因素上，而拋棄次要方面的習慣。

教師可以拿電飯鍋和電水壺來比較，都是并聯在220V的電壓上，燒等質量的水，誰先燒開？加熱相等的時間誰產生的熱量多呢？很顯然，學生就會摒棄剛才對Q與U有關的猜想。

（3）學生實驗設計，掌握好控制變量法，就不難設計出電路圖和比較方案。

（4）學生的實驗數據范例：

（5）實驗中的特別要注意的事項：1.連接電路時兩根豎立的長銅絲不能接觸，否則造成電阻絲的短路。2.學生電源的正確使用，實驗時間到，及時關閉電源。

最后，我們總結和反思了我們的實驗，也存在很多的不足之處，例如，引入用的演示實驗兩根電阻絲學生看不到明顯區別，只能由我們做好標記，或者告知，不能讓學生直接獲得感性上的認識。連接R1R2的豎立的銅絲并沒有和瓶蓋很好的固定，會動，就導致兩根銅絲可能會接觸，造成電阻絲短路的情況。鎳鉻合金絲太細，易斷。銅絲的加熱的煤油溫度幾乎不變，可能是由于實驗時氣溫低，銅絲產生的熱量不明顯，趕不及散熱速度，所以用銅絲加熱的液體溫度幾乎不發生變化。

以上是我個人對電流熱效應這課中的實驗設計進行的一點改進，改進的目的是使學生能夠最直觀地觀察到實驗現象，以提升學生的觀察能力，培養學生的科學素養和實事求是的探究精神。

（作者單位：丹陽市導墅初級中學，江蘇 丹陽212300）