巧用凡士林做焦耳定律实验

闫粉娥 张方彦

(1. 南京市玄武高级中学,江苏 南京 210018; 2. 南京市人民中学,江苏 南京 210005)

苏科版九下第15章第3节“电热器 电流的热效应”中,有个关于“探究影响电流热效应的因素”的活动实验.这个实验不要说是让学生做了,就是教师上课做演示实验,也是很头疼的事情,教材中是这样处理的:

如图1所示,将一段电阻丝浸没在一定质量的液体(如煤油)中,通电时电阻丝产生的热量被液体吸收,液体的温度就会升高．因此,我们可以通过液体温度的变化来比较电阻丝产生热量的多少．

图1

做过这个实验的教师都有这样的体会:

(1) 该实验操作要求高,显示速度慢,可见度小,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．

(2) 该实验装置比较复杂,大多数的学校没有这么多的学生实验器材,所以受硬件条件的限制,让每个学生参与做实验确实难度不小．

(3) 该实验现象要通过温度计示数的升高量来比较电热的多少,尤其是对于两个初温不同的液体,这种比较就更加不直观了,而且教师在讲台上做实验,温度计的示数变化学生很难观察到,实验效果就大打折扣了．

鉴于此,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2所示．

图2

在一次性杯子上,固定一个电阻包,用火柴头沾一点凡士林(纯度高的),再把它粘在电阻包上.这样给电阻包通电以后产生的电热可以让凡士林熔化,火柴头掉落．通过火柴头掉落的先后顺序就可以判断在相同时间内产生的电热多少了．具体操作如下.

(1) 探究电热与电阻的关系:把5 Ω的电阻和10 Ω的电阻串联接入电路,这样可以控制通电时间和电流相同,等连接好电路后,再把两个沾有凡士林的火柴头分别粘在电阻包上,闭和开关,20s左右第一根火柴头掉落,再过40s左右第二根火柴头也掉落下来了(电源用两节干电池提供,这个实验大概持续1min左右).

实验结论:在电流、通电时间相同时,电阻越大,导体中产生的电热越多．

(2) 探究电热与电流大小的关系:用1节干电池做电源给一个10 Ω的电阻包通电,同时用2节干电池做电源给另一个10 Ω的电阻包通电,如图3所示.等电路连接好以后,分别再把两个沾有凡士林的火柴头分别粘在电阻包上,同时闭和两个开关,大概5 s左右第一个火柴头掉落,再过50 s左右第二个火柴头也掉落下来．

实验结论:在电阻、通电时间相同时, 电流越大,导体中产生的电热越多．

图3

实验注意事项:

(1) 连接电路中开关应该断开；

(2) 火柴头上的凡士林多少要适量,两个火柴头上的凡士林多少要大致相同；

(3) 电路连接完成后,再粘火柴头,最后闭合开关(以免在连接电路的过程中触碰火柴头)；

(4) 火柴头下落后请及时断开开关；

(5) 第二个实验两个电路中的开关要同时闭合.

改进后的实验的特点:

(1) 因为实验器材简单,实验时间大大减少,所以利用本实验的器材完全可以让学生自己来做实验,变教师演示实验为学生实验,加深对实验规律的认识,培养学生的实验能力．

(2) 实验中把不能观察到的物理量电热转化为能够看到的实验现象,通过火柴头的掉落顺序让学生直观地感受到电热的多少和哪些因素有关系．

(3) 以前教师演示实验需要20 min左右才能完成,现在让学生做实验,也至多5 min就可以完成了,大大地节约课堂教学时间．

(4) 实验器材容易获得,利用身边的简单器材就可以完成本实验了,让学生有一种亲切感,不再觉得物理实验器材是什么高大尚的东西．

实验反思:在进行实验的过程中,发现了以下几个问题,引发我的教学思考和实验改进．

(1) 在学生做实验的过程中,个别组等了好久火柴头没有掉落,查看电路连接正确无误,最后用电流表检查,发现是电路不通,所以笔者想,在做本实验的电路中最好能串联一个电流表,以确保实验的成功顺利进行．

(2) 最初进行这个实验的时候,笔者用的是普通的电阻丝,后来发现这种电阻丝的电阻分布比较分散,实验过程中热量不集中,况且在做对比实验的时候很难保证两个火柴头粘的情况基本一致,所以笔者后来选择的是电阻包来替代普通的电阻丝做这个实验,实验效果比较理想．

(3) 市场上有许多型号的电阻包,小电阻的有1、3、5、6、9、10、11、13、15、20、23、25、30 Ω等型号.因为不知道那种型号的电阻包的实验效果好,所以笔者当时买了大概是10个型号的电阻包.回来经过大量的实验发现,利用5 Ω和10 Ω(2节干电池提供电源)的电阻包做实验“探究电流的热效应与电阻的关系”的时候,时间长短恰当,效果较好,利用两个10 Ω的电阻包(分别用1节干电池和2节干电池提供电源)做“探究电流的热效应与电流的关系”的实验中,时间长短恰当,对比效果明显．

(4) 实验方案确定好以后,接下来面临的困难就是如何固定电阻包.起先笔者是打算在一个有底座的木板上固定一些长螺丝,然后把电阻包固定在螺丝上面,可是这道工序比较麻烦,可能还要求助于专业的木工师傅,能不能用手边的简单器材呢?经过认真的思考,灵感来了,利用一次性杯子,因为它是透明的,实验过程和现象都是可以看见的,另外为了便于学生用手粘火柴头操作方便,特意在杯子的侧面用剪刀开一个口,因为一次性杯子比较轻,容易倒,所以实验的时候给杯子里面加一个配重物．这样的实验器材让学生感到亲切,利用手边的东西就可以做实验了,不再觉得实验器材是多么高大上了,因此可以培养学生在学习中的实验意识,提高实验能力．

(5) “探究电流的热效应与电流关系”这个实验教材中给的思路方法:利用滑动变阻器改变电路中的电流,先后做对比实验,可是如果用这种方法的话会存在两个问题,一是要用计时器,更重要的是在做第二次实验的时候要等电阻包的温度降低到原来的初始状态,但是这在实验中是不好把控的,所以笔者用了不同电源给两个相同的电阻同时通电,根据火柴头的掉落先后就可以非常直观的判断电热的多少了,这样就可以避免教材中所给方法的缺点了．