影響電流熱效應(yīng)的因素實驗設(shè)計研究

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1.實驗設(shè)計方案

對3個猜想可分步進(jìn)行實驗驗證，但所需的時間較長，為了節(jié)省時間，提高課堂效率，也可同時對3個猜想的實驗進(jìn)行驗證。筆者介紹的是同時驗證3個猜想的實驗設(shè)計方案。

（1）將電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少轉(zhuǎn)化為氣體、液體或固體溫度的變化。方案1，在3只相同的瓶子內(nèi)分別連接3段電阻絲，R甲=R丙<R乙。用橡皮塞封閉瓶內(nèi)空氣，閉合開關(guān)，用電阻絲加熱瓶內(nèi)的空氣，通電一段時間后，同一時刻比較甲、乙兩支溫度計升高的溫度，可得出電流產(chǎn)生的熱量跟導(dǎo)體電阻的關(guān)系（甲、乙電阻絲串聯(lián)，通過的電流相等）。比較甲、丙兩支溫度計升高的溫度，可得出電流產(chǎn)生的熱量跟導(dǎo)體中通過的電流大小的關(guān)系（甲、丙電阻絲并聯(lián)，丙電阻絲中通過的電流較大）。通電不同時間，比較同一瓶內(nèi)溫度計升高的示數(shù)，可得出電流產(chǎn)生的熱量跟通電時間的關(guān)系。另外，也可在3個相同的瓶子內(nèi)倒入質(zhì)量、溫度相同的煤油，電阻絲產(chǎn)生的熱量被煤油吸收，用溫度計測量瓶內(nèi)煤油的溫度。待通電一段時間后，通過比較3只瓶子內(nèi)煤油升高的溫度，可得出電流通過電阻絲產(chǎn)生的熱量跟電流、電阻、時間的關(guān)系。方案2：3根電阻絲的阻值為R甲=R丙<R乙。當(dāng)閉合開關(guān)后，觀察比較電阻絲上的火柴燃燒的先后，可確定電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少跟電流、電阻和時間的關(guān)系。

（2）將電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少轉(zhuǎn)化為氣體或液體體積的變化。方案3：把溫度計換成玻璃管，在3支細(xì)玻璃管中裝入一段有顏色的水柱，將瓶子內(nèi)的空氣封閉。當(dāng)閉合開關(guān)后，在同一時刻通過比較3只瓶子上方細(xì)玻璃管內(nèi)水柱上升的高度，可確定電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少跟電流、電阻的關(guān)系。通過比較不同時刻同一細(xì)玻璃管內(nèi)水柱上升的高度，可得出電流產(chǎn)生的熱量跟通電時間的關(guān)系。另外，也可在圖3中3個相同的瓶子內(nèi)倒入溫度和體積相同的煤油，然后插入玻璃管，使3支玻璃管中的煤油面相平。在通電一段時間后，通過比較3支玻璃管內(nèi)煤油液面的高低，也可得出電流通過電阻絲產(chǎn)生的熱量跟電流、電阻、時間的關(guān)系。方案4：在圖3中的細(xì)玻璃管上方套上相同的小氣球，通過比較同一時刻3只氣球體積的大小，可確定電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少跟電流、電阻的關(guān)系；通過比較不同時刻同一氣球體積的大小，可得出電流產(chǎn)生的熱量跟通電時間的關(guān)系。

（3）將電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少轉(zhuǎn)化為固體狀態(tài)的變化。方案5：3根電阻絲的阻值為R甲=R丙<R乙。在3根電阻絲上分別用石蠟黏上根數(shù)相同的火柴桿。在閉合開關(guān)后，通過比較同一時刻掉下的火柴桿根數(shù)，可確定電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少跟電流、電阻的關(guān)系；通過比較不同時刻同一電阻絲上掉下的火柴桿根數(shù)，可得出電流產(chǎn)生的熱量跟通電時間的關(guān)系。

2.實驗設(shè)計小結(jié)

在上述方案中，方案1和方案3用電阻絲加熱瓶內(nèi)空氣，所用時間較短，效果明顯。方案2、方案4、方案5趣味性較強(qiáng)，學(xué)生的積極性較高，且便于觀察比較，效果也較明顯，但用時較長。方案2中需用到的電源電壓要高一些，可采用兩組蓄電池串聯(lián)的方法。電阻絲可從廢舊的電爐絲上截取，容器可用酒瓶或可樂瓶。筆者在做上述實驗時，所選用的電阻絲電阻為：R甲=R丙=1Ω，R乙=2Ω，蓄電池的電壓為6V.

作者：陶峰 單位：山東省巨野縣獨山一中