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影響電流熱效應(yīng)的因素實驗設(shè)計研究

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影響電流熱效應(yīng)的因素實驗設(shè)計研究

1.實驗設(shè)計方案

對3個猜想可分步進行實驗驗證,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,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