李源貴

摘要：焦耳定律是初中物理學(xué)習(xí)的重要定律之一，為了解決教材中實(shí)驗(yàn)方案在操作中出現(xiàn)的問題，經(jīng)多次深入研究實(shí)踐，提出了三種簡單可行的焦耳定律探究實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案.

關(guān)鍵詞：焦耳定律;探究實(shí)驗(yàn);改進(jìn)方案

物理學(xué)是一門以觀察、實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，每個(gè)知識的認(rèn)識都是在大量的觀察和實(shí)驗(yàn)中總結(jié)得出，英國物理學(xué)家焦耳做了400多次的實(shí)驗(yàn)而總結(jié)出焦耳定律，焦耳定律也是初中物理學(xué)習(xí)的重要定律之一，學(xué)生可通過探究實(shí)驗(yàn)來定性認(rèn)識焦耳定律.

1 教材中的實(shí)驗(yàn)方案

在人教版物理九年級的“焦耳定律”一節(jié)中安排了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)來讓學(xué)生探討和認(rèn)識電熱與電阻、電流、通電時(shí)間的定性關(guān)系.教材中設(shè)計(jì)了如下方案：

方案為在兩個(gè)透明容器中密封著等量的空氣，容器連接U形管，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化.圖1兩容器中串聯(lián)兩個(gè)不同阻值的電阻來探究電熱與電阻的關(guān)系，圖2兩容器中的電阻相同，采用混聯(lián)的方式來探討電熱與電流的關(guān)系.

此方案的設(shè)計(jì)符合初中學(xué)生的科學(xué)探究規(guī)律，實(shí)驗(yàn)可行性較強(qiáng)，學(xué)生通過觀察U形管中液面高度的變化很容易得出電熱與電阻、電流的定性關(guān)系，同時(shí)也可以通過液面上升的格數(shù)來粗略認(rèn)知電熱與電阻、電流的定量關(guān)系，但學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究過程中卻頻頻出現(xiàn)問題.

問題1：往U形管中裝液體時(shí)難度較大，容易灑漏或者出現(xiàn)空氣段等問題.

問題2：組裝器材，容器密閉性不好，容易出現(xiàn)漏氣，無法實(shí)驗(yàn).

問題3：需要較長時(shí)間分別探究以上實(shí)驗(yàn)，甚至無法在一節(jié)課中完成實(shí)驗(yàn).

2 實(shí)驗(yàn)方案改進(jìn)

為了縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提高課堂效率，可以把兩個(gè)單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為一個(gè)實(shí)驗(yàn)，電路圖如圖3所示.學(xué)生通過觀察和分析R1和R2的變化就可以認(rèn)知電熱與電阻的關(guān)系;觀察和分析R2和R3的變化就可以認(rèn)知電熱與電流的關(guān)系.此電路更能探究電熱和通電時(shí)間的關(guān)系，這樣學(xué)生僅需要一次連接實(shí)驗(yàn)器材即可完成多個(gè)實(shí)驗(yàn)，大大縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

同時(shí)針對實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的組裝難、易漏氣等問題，經(jīng)過多次的實(shí)踐和探究，提出三種效果良好的改進(jìn)方案.

方案一采用變色測溫貼

變色測溫貼能根據(jù)溫度的變化而改變自身的顏色.測溫貼有多種變溫型號，如55℃、65℃、75℃等，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，測溫貼顏色就會發(fā)生改變，溫度降低時(shí)會變回原來的顏色，因此測溫貼可以多次反復(fù)使用，同時(shí)測溫貼購買方便，價(jià)格便宜.

實(shí)驗(yàn)時(shí)如圖3所示用定值電阻直接連接電路，把變色測溫貼直接貼在電阻上，當(dāng)電路接通時(shí)，通過觀察測溫貼顏色的變化來判定電阻產(chǎn)生電熱的多少和快慢.本實(shí)驗(yàn)適合使用55C的變色測溫貼，便于學(xué)生觀察和實(shí)驗(yàn).改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方案能有效減少學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題.

方案二采用感溫變色油墨

感溫變色油墨的原理與變色測溫貼的原理相同，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)計(jì)溫度后由原來的顏色變?yōu)槠渌伾?，?dāng)溫度降低后又恢復(fù)為原來的顏色.常用的設(shè)定溫度有31℃、33℃、38℃、45℃、50℃等.其中45℃或50℃的變色油墨較為適合本實(shí)驗(yàn)使用，實(shí)驗(yàn)時(shí)也如圖3所示用定值電阻直接連接電路，把感溫變色油墨直接涂在電阻上即可，實(shí)驗(yàn)時(shí)通過觀察油墨的變色情況即能判斷產(chǎn)生的電熱關(guān)系.

方案三 采用電子溫度計(jì)

本方案是將教材中的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行改進(jìn)，密閉容器不接U形管，在容器接口中直接插入如圖4所示的電子溫度計(jì)，普通實(shí)驗(yàn)室溫度計(jì)不易組裝且易碎.因?yàn)殡娮訙囟扔?jì)能直接測溫度，不受容器的密閉性影響，而且能通過具體的數(shù)字來反映溫度的變化，便于得出電熱與電阻、電流的定性關(guān)系，也可以通過溫度的變化值估算定量關(guān)系，為提出焦耳定律提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).

通過以上三種改進(jìn)方案讓焦耳定律的探究實(shí)驗(yàn)更容易操作，實(shí)驗(yàn)可觀性更強(qiáng)，更能引起學(xué)生的興趣，提高課堂效率.