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焦耳定律的实验一直以来都是初中物理电学实验中的难点,演示实验效果差,很难在课堂的短时间内取得较好的实验效果.笔者对该实验进行了改进,通过很简单的自制器材.取得了意想不到的效果.下面简单介绍改进方法.
本实验的关键是如何显示并比较电阻上产生的热量的多少,热量看不见、摸不着.不好测量,我们一般是让电阻产生的热量被其他物体吸收,观察其他物体的变化:
点燃火柴法火柴头放在电阻丝上吸热升温到燃点后会自燃. 由于电阻丝产生的热量大量被周围空气吸收,所以让火柴的温度升高到燃点如果用几节干电池做电源做该实验几乎是不可能的.而学生电源很多条件差的学校是没有的.
熔蜡法蜡吸热会熔化沾在蜡上的火柴棒会掉下来.由于大量的热量散向空中,该方法也很难用干电池做电源在短时间内达到很好的效果.
膨胀显示法将电阻丝放入装煤油的烧瓶中,用液柱上升的高度显示热的多少.但现在已很难在市面上买到煤油了,等等.
在上述诸方案的基础上提示学生:如果用测量温度的方法来做该实验,则固体、液体、气体那种物体吸收电阻丝产生的热量多升温较快?学生很容易想到气体,因为气体的比热容小,相同条件下温度容易升高.按照这个思路进行如下设计:把电阻丝放在一密封的容器中,让电阻丝产生的热量被容器中的空气吸收,测量空气的温度升高的 度数就可比较电阻丝放热的多少.接着让学生继续思考:容器大些还是小些好,哪种容器空气的温度升高的快些?学生很快想到小的好些,让学生自己思考找出一种较小的并且自身是不容易吸热传热的,透明的便于观察的.
学生讨论最终确定用比较常见的果冻盒来做实验,下面详细介绍实验器材和实验步骤.
器材干电池三节、导线四根、开关一个、阻值大小不同的电阻丝二个、果冻盒两个、 温度计两个.电阻丝可用实验室里的5欧电阻丝一个改造而成,改成1.5欧和3.5欧电阻各一个.也可用废旧电热器的电阻丝改造.如熨斗丝、电吹风里的电阻丝.注意用小刀刮去接头处的绝缘漆.也可用火烧的方法去掉绝缘漆.果冻盒:城乡各处小店、超市到处都可买到果冻,用最小的、半圆形的那种即可.吃掉果冻,把盒洗干净晾干即可使用.果冻盒顶部打开一小孔.大小以刚能放入温度计的液泡为好.下部用针扎两个小孔,用来穿电阻丝.如下图接通电路.约2分钟后就会看到两温度计读数变化明显不同.说明电流相同时,电阻越大,电流产生热量越多.用改变电池个数的方法,用该装置也可验证电阻相同时,电流越大,产生的热量越多.可在电路中串联一电流表,避免电路接触不良而导致实验无法进行.
改进后实验器材简单易得,实验效果明显.可在课堂上很容易地进行分组实验.
本实验的关键是如何显示并比较电阻上产生的热量的多少,热量看不见、摸不着.不好测量,我们一般是让电阻产生的热量被其他物体吸收,观察其他物体的变化:
点燃火柴法火柴头放在电阻丝上吸热升温到燃点后会自燃. 由于电阻丝产生的热量大量被周围空气吸收,所以让火柴的温度升高到燃点如果用几节干电池做电源做该实验几乎是不可能的.而学生电源很多条件差的学校是没有的.
熔蜡法蜡吸热会熔化沾在蜡上的火柴棒会掉下来.由于大量的热量散向空中,该方法也很难用干电池做电源在短时间内达到很好的效果.
膨胀显示法将电阻丝放入装煤油的烧瓶中,用液柱上升的高度显示热的多少.但现在已很难在市面上买到煤油了,等等.
在上述诸方案的基础上提示学生:如果用测量温度的方法来做该实验,则固体、液体、气体那种物体吸收电阻丝产生的热量多升温较快?学生很容易想到气体,因为气体的比热容小,相同条件下温度容易升高.按照这个思路进行如下设计:把电阻丝放在一密封的容器中,让电阻丝产生的热量被容器中的空气吸收,测量空气的温度升高的 度数就可比较电阻丝放热的多少.接着让学生继续思考:容器大些还是小些好,哪种容器空气的温度升高的快些?学生很快想到小的好些,让学生自己思考找出一种较小的并且自身是不容易吸热传热的,透明的便于观察的.
学生讨论最终确定用比较常见的果冻盒来做实验,下面详细介绍实验器材和实验步骤.
器材干电池三节、导线四根、开关一个、阻值大小不同的电阻丝二个、果冻盒两个、 温度计两个.电阻丝可用实验室里的5欧电阻丝一个改造而成,改成1.5欧和3.5欧电阻各一个.也可用废旧电热器的电阻丝改造.如熨斗丝、电吹风里的电阻丝.注意用小刀刮去接头处的绝缘漆.也可用火烧的方法去掉绝缘漆.果冻盒:城乡各处小店、超市到处都可买到果冻,用最小的、半圆形的那种即可.吃掉果冻,把盒洗干净晾干即可使用.果冻盒顶部打开一小孔.大小以刚能放入温度计的液泡为好.下部用针扎两个小孔,用来穿电阻丝.如下图接通电路.约2分钟后就会看到两温度计读数变化明显不同.说明电流相同时,电阻越大,电流产生热量越多.用改变电池个数的方法,用该装置也可验证电阻相同时,电流越大,产生的热量越多.可在电路中串联一电流表,避免电路接触不良而导致实验无法进行.
改进后实验器材简单易得,实验效果明显.可在课堂上很容易地进行分组实验.