影响电流热效应的因素实验设计研究

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1.实验设计方案

对3个猜想可分步进行实验验证，但所需的时间较长，为了节省时间，提高课堂效率，也可同时对3个猜想的实验进行验证。笔者介绍的是同时验证3个猜想的实验设计方案。

（1）将电流通过导体产生热量的多少转化为气体、液体或固体温度的变化。方案1，在3只相同的瓶子内分别连接3段电阻丝，R甲=R丙<R乙。用橡皮塞封闭瓶内空气，闭合开关，用电阻丝加热瓶内的空气，通电一段时间后，同一时刻比较甲、乙两支温度计升高的温度，可得出电流产生的热量跟导体电阻的关系（甲、乙电阻丝串联，通过的电流相等）。比较甲、丙两支温度计升高的温度，可得出电流产生的热量跟导体中通过的电流大小的关系（甲、丙电阻丝并联，丙电阻丝中通过的电流较大）。通电不同时间，比较同一瓶内温度计升高的示数，可得出电流产生的热量跟通电时间的关系。另外，也可在3个相同的瓶子内倒入质量、温度相同的煤油，电阻丝产生的热量被煤油吸收，用温度计测量瓶内煤油的温度。待通电一段时间后，通过比较3只瓶子内煤油升高的温度，可得出电流通过电阻丝产生的热量跟电流、电阻、时间的关系。方案2：3根电阻丝的阻值为R甲=R丙<R乙。当闭合开关后，观察比较电阻丝上的火柴燃烧的先后，可确定电流通过导体产生热量的多少跟电流、电阻和时间的关系。

（2）将电流通过导体产生热量的多少转化为气体或液体体积的变化。方案3：把温度计换成玻璃管，在3支细玻璃管中装入一段有颜色的水柱，将瓶子内的空气封闭。当闭合开关后，在同一时刻通过比较3只瓶子上方细玻璃管内水柱上升的高度，可确定电流通过导体产生热量的多少跟电流、电阻的关系。通过比较不同时刻同一细玻璃管内水柱上升的高度，可得出电流产生的热量跟通电时间的关系。另外，也可在图3中3个相同的瓶子内倒入温度和体积相同的煤油，然后插入玻璃管，使3支玻璃管中的煤油面相平。在通电一段时间后，通过比较3支玻璃管内煤油液面的高低，也可得出电流通过电阻丝产生的热量跟电流、电阻、时间的关系。方案4：在图3中的细玻璃管上方套上相同的小气球，通过比较同一时刻3只气球体积的大小，可确定电流通过导体产生热量的多少跟电流、电阻的关系；通过比较不同时刻同一气球体积的大小，可得出电流产生的热量跟通电时间的关系。

（3）将电流通过导体产生热量的多少转化为固体状态的变化。方案5：3根电阻丝的阻值为R甲=R丙<R乙。在3根电阻丝上分别用石蜡黏上根数相同的火柴杆。在闭合开关后，通过比较同一时刻掉下的火柴杆根数，可确定电流通过导体产生热量的多少跟电流、电阻的关系；通过比较不同时刻同一电阻丝上掉下的火柴杆根数，可得出电流产生的热量跟通电时间的关系。

2.实验设计小结

在上述方案中，方案1和方案3用电阻丝加热瓶内空气，所用时间较短，效果明显。方案2、方案4、方案5趣味性较强，学生的积极性较高，且便于观察比较，效果也较明显，但用时较长。方案2中需用到的电源电压要高一些，可采用两组蓄电池串联的方法。电阻丝可从废旧的电炉丝上截取，容器可用酒瓶或可乐瓶。笔者在做上述实验时，所选用的电阻丝电阻为：R甲=R丙=1Ω，R乙=2Ω，蓄电池的电压为6V.

作者：陶峰 单位：山东省巨野县独山一中