探究“影响电流热效应因素”的实验装置制作及使用

缪跃林 陈 钰

（1.如东县新店镇初级中学，江苏 如东 226432；2.南通市海门市东洲中学，江苏 海门 226100）

1 问题的提出

“电流的热效应”又通常称为“焦耳定律”，是苏科版物理教材9年级第15章“电功与电热”的重点内容，它是电功与电功率的具体应用之一，是电能与内能转化的具体体现，也为下一节“安全用电”的学习做了知识准备.因此，本节课在全章中起着承上启下的作用.教学中，做好“探究影响电流热效应的因素”的实验以及分析数据是关键，这也是教学的重难点.

如图1是苏科版教材中给出的“探究影响电流热效应的因素”的实验装置.该装置的原理是将一段电阻丝浸没在一定质量的煤油中，通电时电阻丝产生的热量被煤油吸收，煤油温度就会升高.因此，我们可以通过煤油温度的变化来比较电阻丝产生热量的多少.采用该装置以及煤油做这个实验的优点是实验过程稳定、成功率较高.缺点是煤油获取不方便；加热时间较长散热时间更长，难以当堂课完成所有探究任务；电阻丝随着煤油升温阻值会变大，实验数据失真从而导致定量分析困难.

图1 教材装置

2 自制教具改进实验

在薄木板上打孔装上接线柱，将长约为100 mm内径为13 mm下端垂直穿孔的玻璃管黏在木板上.然后将两根直径约为0.3 mm的相同长度的电阻丝R1、R2（R1、R2阻值之比约为3∶2）穿过玻璃管下端的孔中（如图2所示）.实验时，将长为150 mm直径为11 mm的热熔胶棒竖直插入玻璃管中，使其下端压在电阻丝上，玻璃管内的一段电阻丝为实际研究对象，并在旁边平行放好刻度尺（如图3所示）.

图2 装置制作

图3 实验前准备

3 进行实验并记录分析数据

将自制装置竖直架在铁架台上，与学生电源、电流表、滑动变阻器等串联接入电路（如图4所示）.在保证热熔胶棒对电阻丝压强一定的情况下，通电时电阻丝发热产生的热量被热熔胶棒吸收后熔化下降.发热越多，下降越快，下降高度越高.因此，我们可以通过测量其下降高度来比较电阻丝产生热量的多少.下面是实验探究过程.

图4 R1中进行实验

（1）只将R1单独接入电路，在玻璃管中插入热熔胶棒.闭合开关，保持电流不变，改变通电时间，观察熔胶棒下降高度.多次实验记录如表1所示，并将数据插入Excel表格绘制图像如图5.可以发现电阻、电流一定时，电流产生的热量与时间成正比.

表1 电热与通电时间的关系

图5 电阻、电流一定时，下降高度与时间关系

（2）继续在R1中实验.保持时间一定，调节滑动变阻器，改变通过电阻丝的电流，进行多次实验如表2所示，并将数据插入Excel表格绘制图像如图6.可以发现电阻、时间一定时，电流产生的热量与电流大小有关，电流越大热量越多.

表2 电热与电流的关系

图6 电阻、时间一定，下降高度与电流关系

（3）将两个热熔胶棒分别插入串联的电阻丝R1、R2玻璃管中（如图7所示）.通电一定的时间，观察热熔胶棒下降的高度如表3，绘制图像如图8.可以发现电流、时间相同时，电流产生的热量与电阻成正比.

图7 R1、R2 中实验

表3 电热与电阻的关系

图8 电流、时间一定时，下降高度与电阻的关系

4 实验改进与创新后的反思

4.1 改进实验的优点

（1）实验装置易操作，可控性强，器材故障率低，操作方便，成功率高.另外，该装置制作完成能反复长时间使用、成本低.

（2）实验原理简单，学生容易接受.直接从刻度尺上读出热熔胶棒下降高度，就可以知道热量多少.

（3）演示实验可视性大大提高，学生参与感强.观察下降高度比温度计更容易、更直观.可全员参与，激发了学生的学习兴趣.

（4）把定性观察改为部分定量实验.通过比较熔胶棒下降高度，能粗略比较电流产生的热量与时间和电阻的比例关系；能发现电流产生的热量与电流的定性关系.在初中对精确度要求不特别高的情况下，使实验具有更强的可信性.

4.2 实验注意点

（1）两个电阻丝的阻值用欧姆表和伏安法测量有差距，只能大致知道一个比值.且实验中随着电流的增大，温度升高，阻值会略有变化；实验时要微调滑动变阻器保障电流一定.

（2）电流为0.4 A以下时，热熔胶棒不易熔化，实验不能进行.