影响电功因素实验的改进

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一、前言

现行沪科版教材第十六章第一节电流做功这一节教学内容的设计是直接把电功的影响因素：电压、电流、通电时间并把电功的表达式给出，没有给学生一个机会来探究电功大小与哪些因素有关，笔者认为这个跟沪科版修订了教材以后新增了第四节：科学探究：电流的热效应有关，学生通过探究电热与哪些因素有关一样可以实现课标要求；但是笔者认为在时间和条件允许的情况下我们应该尽量设计一个定性的学生实验来探究影响电功的因素，这样做有几个好处：

1.学生通过自己探究获得实验结论比从书本上直接得到结论更有意义；

2.为第四节：电流的热效应的教学打好基础；

3.对学生区别电功和电热有帮助。

二、电功实验的几种设计思路和优缺点

参考了几种版本的教材，各有优缺点，下面简单阐述一下：

1.早期初中人教版教材是采用电流通过电动机做功提升重物把电能转化为机械能，通过电动机提升重物的高度来判断电流做功的多少，这种实验方法速度快，时间短但是电压和电流同时改变所以不能用控制变量的研究方法，其次实验装置比较复杂，难以进行分组实验只适合做演示实验。

2.苏科版采用电流通过灯泡做功把电能转化为内能，通过灯泡的亮暗来判断电流做功的多少，这种实验方法取材容易学生熟悉，比较容易做分组实验也比较容易成功，但是灯泡规格的选择要谨慎，要选择电阻相差比较大的效果才会比较明显，这样产生的实验结果不具有普遍性这就失去了科学探究的意义，不利于今后物理的教学。

3.沪科版教材改版前是利用电流通过电热丝做功来加热煤油，使煤油温度上升最后通过温度计示数的升高来反应电流做功多少，这种实验方法学生根据之前所学的热学的知识容易理解，实际操作也比较简单，但是主要的缺点是因为教材中所使用的是装煤油的容器是圆底锥形瓶所以需要使用的煤油多成本高，加热的时间长，一节课的时间要完成本节的教学内容可能不够，所以学生在课堂上进行探究的可能性比较小。

三、实验方法的改进

通过对这几种方法的实验不断的研究和实际测试，为了可以使用控制变量法来研究影响电功的各个因素，也为了使实验结论的得出更具有普遍意义，笔者认为第三种的实验方案通过进一步的改进最适合让学生在课堂上进行实验探究，下面详细介绍一下实验方法和实验装置的改进：

1.转换法：本实验是利用电流通过电热丝做功把电能转化为内能，电热丝温度升高与之接触的液体或者气体温度随之升高，通过实验用温度计进行测量，那么电功的多少就可以通过温度计示数的升高来间接反应。

由于上述沪科版教材中的主要实验装置量热瓶其容器本身容积较大，如果要把温度计的玻璃泡浸没在液体中且示数大部分呈现在瓶塞的外面就需要加入更多的液体，那么电热丝就需要加热液体更长的时间才能看到温度计示数发生明显变化，所以我们针对装置出现的这个问题主要做以下几个方面的改进：

(1)尽量减少液体的质量，由于教材里所用的量热瓶是直立的玻璃瓶，把它改成容量为100ml 的锥形瓶，加入适当的液体使温度计的玻璃泡能刚好浸没，这样可以有效的减少液体的质量，在相同加热条件下，可以使温度计的示数上升的更快，实验的现象更加明显；

(2)需要温度计注意的是液体也不能加的太少，因为加太少质量的液体，温度计要全部没入的话，需要插入较深，这样有可能使温度计的部分示数刚好被瓶塞挡住，从而看不出温度计示数的变化；

(3)被加热的液体要选用比热容比较小的煤油或者食用油，在煤油或食用油的质量和吸收热量相同的情况下，升温较快，温度计示数变化较为明显；

(4)我们利用电热丝来加热，用硬质的铜线连接电路和电热丝，在连接过程中我们需要用导线夹把铜丝连接起来，这样在实验操作的过程中容易脱落，所以我们可以把铜丝连接到接线柱上使用起来就会更加方便，改进后的装置如图1 所示。

(5)我们还可以把电热丝和温度计并排放在一起，外面增加一个塑料罩子如图2 所示，通电以后电热丝直接加热空气可以使温度计的示数快速上升，这种方法更简单直接，笔者在具体的实验过程中需要把电热丝两端的电压调小，这样才能让实验的时间边长，便于让同学们观察和记录数据。

2.控制变量法：采用并联电路可保持电压和通电时间不变，利用电阻不同的两个电热丝来改变通过的电流，观察两个电热丝温度计示数的变化；观察采用串联电路保持电流和通电时间不变，利用电阻不同的电热丝来改变各电热丝两端的电压，观察两个电热丝温度计示数的变化；采用某个电热丝接入最简单的电路保持其电压和电流都不变，改变通电时间，观察此电热丝温度计示数的变化。

3.实验步骤的改进：由于本实验不仅需要记录温度计示数变化和时间，而且还需要观察电压表和电流表的示数，所以我们需要至少三人一组，进行分工，由于一节课的时间有限，所以建议最好在组装好电路调试无误以后统一闭合开关进行实验，具体步骤如下：(1)按设计好的电路图来连接实物图并记录两个温度计的初温t1(需要估读：如26.5°C)填写在表格里。

(2)检查电路：①两表量程的选择(经测试可选择小量程)②注意两表正负接线柱不能接反③全部连接好后用开关进行试触，如各个电表都有示数且正常偏转才可以进行实验，如电表无示数或者反偏要立即断开电路重新检查。

(3)确保电路无误后先停止，所有小组一同闭合开关开始计时，认真观察两个温度计示数变化，40s 或者1min 后记录两温度计的末温t2并计算温差△t 填写在表格里

(4)分工明确：小组长负责观察温度计的初温t1和末温t2以及过程中温度的变化△t；一位同学负责观察电压表或者电流表示数；一位同学专门负责计时和记录数据。

(5)记录表格

四、实际的教学效果与反思

笔者在三个教学班中按照以上实验的改进引导学生进行课堂实验的探究，循循诱导，两个实验都很很短的时间内可以看到温度计示数迅速升高，效果很不错，实验的数据记录并引导学生思考分析，学生很快可以得出符合实际的实验结论：1.电流和时间相同时，电压越大，温度计示数变化越大，说明电流做功越多；2.电压和时间相同时，电流越大，温度计示数变化越大，说明电流做功越多，电压和电流相同时，通电时间越长，温度计示数变化越大。

通过这节课的课堂实验可以让学生通过探究的方法得到影响电功的因素比课本中直接给出结论和公式更易于学生们理解和接受，同时能进一步强化学生对控制变量法和转换法的物理思想方法的领悟。