电流热效应实验的改进与操作

吕霞

摘 要：探究影响电流热效应的实验面临两个难点，一是因为我们农村学校没有现成的实验装置，我们教师课前必须自己选取器材进行组装和设计，二是教师要对学生进行合理的引导，使学生能用自己预备好的器材设计出合理的实验方案。

关键词：组装设计;电流的热效应

中图分类号：G633.7          文献标识码：A     文章编号：1992-7711（2020）01-051-1

物理教材（苏科版）上第十五章第三节电热器和电流的热效应这课中有一个探究实验：15.2探究影响电流热效应的因素，这个实验面临两个难点，一是因为我们农村学校没有现成的实验装置，我们教师课前必须自己选取器材进行组装和设计，二是教师要在课堂上对学生进行合理的引导，使学生能用自己预备好的器材设计出合理的实验方案。

我们先来了解教材上使用的器材，是两段阻值不等的电阻丝浸在质量相等的煤油中，观察电阻丝所在液体温度的变化，由于教材上描述比较简单，从而加大了教师备课的难度。

教材中未明确表示两段电阻丝的材料，以及两电阻的阻值差异有多大，所以我校在实验操作时对实验的可行性进行了研究和探索，R1和R2电阻选择怎样的材料？阻值差异大约多大？电源电压多大？煤油质量选取多少才能使实验现象快速的体现在学生的面前，这是我们需要考虑和探索的问题。

首先介绍一下我们准备的实验器材。

（1）R1和R2电阻丝的选材，阻值差异大一些，串联时产生的Q1，Q2的差异才大些，效果较明显，我们尝试用镍铬合金丝和铜丝，材料在淘宝网上购买，没想到电阻的直径有很多，镍铬合金丝有0.1mm，0.2mm的，铜丝有0.2mm，0.5mm，1.0mm的，我们购买了各种型号的，经过多次尝试后选择了镍铬0.1mm的，铜丝0.2mm的，根据焦耳定律，尽量拉大阻值差异，而铜丝若阻值过小，又会使产生的热量太少，赶不上散热的速度，所以铜丝的阻值不能过小，选择细些的铜丝，长度各为18cm。长度过长，将其绕成螺线管状，以节约空间长度。

（2）加热液体，煤油，质量约100g左右。

（3）与R1 R2相连的导线阻值要小，减少导线对液体温度的影响，选取1.0mm的铜丝。

（4）瓶塞制作如下图，材料由于是自取，所以比较简单，是用纸片和双面胶制作的。

（5）器材制作好之后的成品图和教材基本一致，如右图：

（6）电路的连接：选择实验室常用的最大阻值为20欧姆的滑动变阻器，使用学生电源，电压选取到14V，电流较大，加热较快。按照教材上的电路图连接。

其次，课堂中该如何引导学生学习呢？

（1）引入实验我们不打算用生活中的电加热器，比如电水壶啊等，这些学生缺乏新鲜感，所以我们自制了电热器，制造出一些具有神秘感的实验来提升他们的好奇心。

器材：0.1mm的镍铬合金丝20cm与0.2mm的铜丝20cm串联，使用24V电压，加在两端，电阻丝上挂上纸片，通电后约3s后其中一张纸片冒烟起火，另一张无任何动静。

（2）引导学生有依据的猜想“导体通电产生的热量的多少与什么因素有关”，告知引入实验中两纸片下电阻丝的材料，引发Q与R之间的关系。

学生通过自己生活中的实例与经验，不难猜想出Q与I，Q与t的关系，还有学生一定会猜到Q与U的关系，这时，教师需要培养学生把注意力集中在影响实验结果的关键因素和本质因素上，而抛弃次要方面的习惯。

教师可以拿电饭锅和电水壶来比较，都是并联在220V的电压上，烧等质量的水，谁先烧开？加热相等的时间谁产生的热量多呢？很显然，学生就会摒弃刚才对Q与U有关的猜想。

（3）学生实验设计，掌握好控制变量法，就不难设计出电路图和比较方案。

（4）学生的实验数据范例：

（5）实验中的特别要注意的事项：1.连接电路时两根竖立的长铜丝不能接触，否则造成電阻丝的短路。2.学生电源的正确使用，实验时间到，及时关闭电源。

最后，我们总结和反思了我们的实验，也存在很多的不足之处，例如，引入用的演示实验两根电阻丝学生看不到明显区别，只能由我们做好标记，或者告知，不能让学生直接获得感性上的认识。连接R1R2的竖立的铜丝并没有和瓶盖很好的固定，会动，就导致两根铜丝可能会接触，造成电阻丝短路的情况。镍铬合金丝太细，易断。铜丝的加热的煤油温度几乎不变，可能是由于实验时气温低，铜丝产生的热量不明显，赶不及散热速度，所以用铜丝加热的液体温度几乎不发生变化。

以上是我个人对电流热效应这课中的实验设计进行的一点改进，改进的目的是使学生能够最直观地观察到实验现象，以提升学生的观察能力，培养学生的科学素养和实事求是的探究精神。

（作者单位：丹阳市导墅初级中学，江苏 丹阳212300）