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，為了解決教材中實驗方案在操作中出現(xiàn)的問題，經(jīng)多次深入研究實踐，提出了三種簡單可行的焦耳定律探究實驗改進(jìn)方案.

關(guān)鍵詞：焦耳定律;探究實驗;改進(jìn)方案

物理學(xué)是一門以觀察、實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，每個知識的認(rèn)識都是在大量的觀察和實驗中總結(jié)得出，英國物理學(xué)家焦耳做了400多次的實驗而總結(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)生可通過探究實驗來定性認(rèn)識焦耳定律.

1 教材中的實驗方案

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

方案為在兩個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)計符合初中學(xué)生的科學(xué)探究規(guī)律，實驗可行性較強，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)生在實驗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，無法實驗.

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

2 實驗方案改進(jìn)

為了縮短實驗時間，提高課堂效率，可以把兩個單獨的實驗設(shè)計為一個實驗，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間的關(guān)系，這樣學(xué)生僅需要一次連接實驗器材即可完成多個實驗，大大縮短了實驗時間。

同時針對實驗中出現(xiàn)的組裝難、易漏氣等問題，經(jīng)過多次的實踐和探究，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，測溫貼顏色就會發(fā)生改變，溫度降低時會變回原來的顏色，因此測溫貼可以多次反復(fù)使用，同時測溫貼購買方便，價格便宜.

實驗時如圖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，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.本實驗適合使用55C的變色測溫貼，便于學(xué)生觀察和實驗.改進(jìn)后的實驗方案能有效減少學(xué)生在實驗中出現(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驗使用，實驗時也如圖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，實驗時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

本方案是將教材中的實驗器材進(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，普通實驗室溫度計不易組裝且易碎.因為電子溫度計能直接測溫度，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驗數(shù)據(jù).

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