发布时间 : 星期三 文章焦耳定律的实验改进与创新更新完毕开始阅读4d9a1952f01dc281e53af042
对焦耳定律演示实验的改进
四川省泸定中学 李 军
《焦耳定律实验》是初中物理教材 中非常重要的验证性演示实验，其常规 实验装置如图所示。
一．实验缺点
现行教材中设计的实验步骤如下： ①接通电路一段时间，比较两瓶中煤油哪个上升得高。实验结果是：甲瓶中煤油上升得高。这表明电阻越大，电流产生的热量越多。
②在两玻璃管中的液柱降回到原来的高度后，调节滑动变阻器，加大电流，重做上面的实验，通电时间和前次时间相同，在这两次实验中，比较甲瓶（或乙瓶）中的煤油哪次上升得高。在第二次实验中，瓶中煤油上升得高。这表明电流越大，电流产生的热量越多。
③实验表明，通电时间越长，瓶中的煤油上升得越高，电流产生的热量越多。
我根据上述步骤，利用课余时间做过多次实验，发现实验中液柱上升很慢，在课堂上要完成上述步骤①还勉强能完成，但要完成步骤②，让升上的液柱降下来再上升进行观察比较，一节课难以完成任务。所以很多教师为了完成教学任务，常常是变做实验为讲实验，或利用多媒体课件演示，实验配置成为摆设。
综上所述，该实验装置比较复杂，密闭要求高，显示速度慢，可见度小，耗时长。主要存在以下三点不足：
第一，不能同时演示热量跟电流、热量跟电阻的关系；在说明电流越大，产生的热量越多的原理时，要分两次实验进行，不同的电流值所产生的液体高度不能直接比较；另外要待两只玻璃管的液柱降到原来的高度并改变电流后才能做第二次，事实上烧瓶中的煤油加热容易，降温难，需很长时间液柱才能回到原来的高度。
第二，只能定性研究，不能定量研究，演示效果差。
第三，加热时间长，学生注意力容易分散，并且不能连续重复演示，不利于组织课堂教学。
二．实验改进
材料与制作 如图4，找三个相同大小的塑料盒，分别将三条电阻丝R1、 R2 、R3密封在塑料盒内，外留两个接线柱，使得R1＞ R2＝R3，在塑料盒的两端插入玻璃管，并给玻璃管接上橡皮管。将两个U形玻璃管、开关S、电阻R固定在演示板上。用橡皮管将玻璃管和U形玻璃管连接起来，用导线将各接线柱做如图连接。
实验操作
①打开夹子e、f，向两U形管中加水，并使两管中的水面相平，为了便于观察可事先将水染红。
②用夹子e、f将橡皮管夹住，断开开关S，将接线柱a、d接到电源正负极上，发现两管中红色的水柱很快上升，A管中的水位上升的较高。说明在电流、时间一定时，电阻越大，电流产生的热量越多。
③断开电源，并打开夹子e、f，水位恢复初始状态。
④用R3盒换下R2盒，闭合开关S，将R连入电路，再将a、d连入电源的正负极，发现两管中的水位很快上升，A管中的水位上升得较高。说
明在电阻、时间一定，电流越大，电流产生的热量越多。
优点及原理
经过上述的改进后，可在很短的时间内完成实验，并且实验直观、形象，学生可以通过观察、比较红色水柱的高低来比较电流产生热量的多少。实验改进是转换法思想的典型应用。在固体、液体、气体中，相同条件下，气体膨胀最快、最大，当电阻丝中有电流时，电阻丝的温度升高，使塑料盒内的空气受热膨胀，气体的膨胀又使得U形管内的水位发生了变化，正是这种转换，使我们在短时间内取得了良好的实验效果。具体实验过程如下：
实验装置在两个相同的烧瓶中装满煤油，并用胶塞密闭，胶塞中安放如图玻管，瓶中各放一根电阻丝，甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大。通电后电流通过电阻丝产生的热量越多，玻璃管中煤油液面煤油上升得越高。观察煤油、在玻璃管里上升的情况，就可以比较电流产生的热量。
1、接通电路一段时间，比较两瓶中的煤油哪个上升得高(如图2所示)，实验结果是：甲瓶中的煤油上升得高。
2、在两玻璃管中的液柱降回原来高度后，调节滑动变阻器，加大电流，重做上述实验，通电时间与前次相同。在两次实验中，比较甲瓶(或乙瓶)中的煤油哪次上升得高(如图3所示)。实验结果是：第二次实验，玻管中煤油上升得高。 3、实验结论如下：
1)电阻越大，电流产生的热量越多； 2)电流越大，电流产生的热量越多；
3)通电时间越长，电流产生的热量越多，玻璃管中煤油上升得也越高。
该实验装置比较复杂，密闭要求高，显示速度慢，可见度小，耗时长。该实验过程同时存在以下三点不足：
第一，不能同时演示热量跟电流，热量跟电阻的关系；在说明电流越大，产生的热量越多的原理时，要分两次实验进行，不同的电流值所产生的液体高度不能直接比较；另外要待两只玻璃管的液柱降到原来的高度并改变电流后才能做第二次，事实上烧瓶中的煤油加热容易，降温难，需很长时间液柱才能回到原来的高度。
第二，只能定性研究，不能定量研究，演示效果差。
第三，加热时间长，学生注意力容易分散，并且不能连续重复演示，不利于组织课堂教学。
鉴此，本人对实验进行如下的改进，收到了良好的课堂效果。 改进后的实验装置如图4所示。