“焦耳定律探究实验装置”的另用

范必文

比热容的知识是本章的重点内容，又因为比热容的概念比较抽象，且它又与质量、温度的变化量、吸收或放出的热量等三个物理量有关，学生理解起来有困难，所以做好本节演示实验，让学生从直观的现象中去认识这三个物理量间的关系，去感知自然界中不同物质的吸热能力是不相同的，很自然地就会过渡到物理学中比较物质的这种吸热能力不同的特性就用“比热容”来描述。所以，做好本实验，从现象中去认识物理概念的内涵，是突破本课时教学难点的关键。现将我在平常的教学活动中对教材中演示实验装置、过程所做的一些改进与同行共同探讨，如有不当之处，请予以批评指正。

人教版九年级物理第十六章第三节探究“比较不同物质的吸热能力”方法如下。

1.教材中的实验装置（在图中食用油和水里还应各插入一支温度计）如下图所示：如果水和食用油的质量相同，它们升高的温度也相同，我们比较它们需要吸收的热量是否相同，从而得出它们吸热能力的差异性。

2.探究时把两个质量、形状、大小都相同的金属盘分别装入等质量的食用油和水，用两个相同的酒精灯同时通过石棉网对金属盘中的液体加热（相等时间内可以认为金属盘中的食用油和水吸收的热量是相等的）。

3.观察插在食用油和水中温度计，看在相等的时间内谁的温度升得高？要升高相同的温度对谁加热的时间长？

我在演示该实验过程中，发现存在以下不足：（1）同时进行加热，教师在实验示范时不可以做到，只能尽量缩短这个时间间隔，影响了实验的直观性和可比性。（2）要保证食用油和水在相等的时间内吸收相等的热量，就是要让这两个酒精灯燃烧时释放的热量相同，实验过程中只能通过调整灯芯的长短，通过目测的方式来达到这一目的。并且酒精灯不同火焰层的温度还有区别，所以要做到让食用油和水从酒精灯上吸收的热量相同，这点也很难做到，增加了实验的不确定性。（3）实验过程中，食用油和水在敞口容器中散热的快慢不同，也直接影响实验的效果。针对实验中出现的这些问题，我经过反复验证和探究、细心揣摩，对实验进行了改进，改进后的演示实验效果更明显、可信度高，且易于控制。下面就我对实验装置所做的尝试性改进，与各位同行探讨。

一、设计意图

1.由于九年级的学生对焦耳定律实验探究过程已经有了一个较为清晰的认知，对实验装置的连接及原理也已经较为熟悉。

2.装置简洁，学生熟悉，认知度高，只需对焦耳定律实验探究装置稍加改进，易操作，效果明显，还节省了探究实验所占用的课堂教学时间。

3.克服了教材中不能同时加热、两酒精灯火焰很难控制、散热多、学生对实验可信度低的缺点。

二、实验装置

三、实验器材性能说明

电源——用实验室学生电源，实验时电源电压调高到20V左右，允许通过电流2—3A。

滑动变阻器——最大阻值30Ω左右，允许通过电流2—3A，主要起保护电路的作用。

加热电阻丝——实验时选择2条10Ω左右相同的电阻丝。

食用油、水——各取200g即可。这里的水最好用蒸馏水，尽量减小自来水微弱的导电性对实验的负面影响；也可选用其他液体：不易导电、比热容值相差较大的特点。

温度计——最好用工作物质染成红色的煤油温度计，实验时便于学生观察温度计中液体的上升情况。

四、操作步骤及观察内容

1.实验前教师向学生强调本探究实验的目的：“研究不同物质在质量相等、温度升高的度数相等时，吸收的热量是否也相等？”教师可将之板书于黑板。让学生的观察、思考有较强的目的性。

2.实验前的准备：取质量相等的食用油、蒸馏水各1份放入烧瓶中，学生电源电压调到20V左右，滑动变阻器调到中间偏小位置，观察温度计的示数，记下加热前食用油和蒸馏水的初温。

3.闭合开关，加热5分钟左右（根据实际情况而定），观察两烧瓶中温度计示数升高的快慢。

4.停止加热，同时读出两支温度计的示数，记下加热后食用油和水的温度。

五、实验数据的处理

由学生思考回答：质量相等的不同物质吸收相等的热量后，升高的温度是否相同？质量相等的不同物质升高相同的温度吸收的热量是否相等？

学生认识到，实验现象说明了质量相等的食用油和水在吸收了相同的热量时，升高的温度是不同的。进一步分析得出：要使食用油和水升高相同的温度，必须给水加热的时间要长些。这说明了质量相等的食用油和水升高相同的温度吸收的热量不相等。在此基础上可以推广到其他物质，得出“质量相同的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量不相等”这个一般性的结论。然后向学生指出，为了比较各种物质这种性质上的不同，引入比热容概念。怎样比较物质的这种性质呢？可以向学生指出要在相同条件下比较，即必须让质量相同，温度升高也相同，而质量都取单位质量（1kg），温度都取升高1℃，比较起来最为方便（还可以类比密度的定义方式）。这样就顺理成章地引出了比热容的定义。

六、教学效果

改进后的演示实验现象明显，学生能清楚地观察到温度计中煤油柱上升的过程，也避免了教室内空气的流动对实验过程的影响，结果可信度高，使实验更具有科学性。学生对自然界中各种物质的吸热能力是不同的有了比较深刻的认识。

参考文献：

［1］义务教育课程标准实验教科书九年级物理教材.第十六章第三节，比热容，P131.

［2］义务教育课程标准实验教科书九年级物理教师教学用书，P159-160.