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摘 要：九年义务教育教科书北师大版9年级《物理》，第十三章第四节《探究——电流的热效应与哪些因素有关》。按照教材中的实验方案和装置进行实验只能得出定性结论，不能得出定量结论，效果一般。并且所用实验器材多，操作不方便、难度大，费时、复杂、学生观看不直观；不能连续或重复进行实验。加热时间长，学生注意力容易分散，不利于组织课堂教学。我改进后的实验方案和装置所用电路简单，实验器材少，操作方便，实验的难度小，省时、简单、直观明了、对比性好；能连续或重复进行实验，有利于组织课堂教学，进行科学探究。改进后在允许的误差范围内可以得出定量结论。
关键词：电流的热效应；实验方案；改进
我改进的实验是九年义务教育教科书北师大版9年级《物理》，第十三章第四节《探究：电流的热效应与哪些因素有关》。
【实验目的】让学生通过实验探究，找出电流的热效应与哪些因素有关。
【教材中实验方案】利用电流的热效应加热质量相同的同种液体，通过液体温度的升高情况判断通电导体产生热量的多少。
在多年的教学实践过程中，此实验只能得出定性结论，不能得出定量结论，效果一般。在实验中还有以下问题和不足：
第一，上课时一般选用取材方便的水做实验，由于水的比热容较大，在吸收热量时温度升高十分缓慢，导致实验时间较长。如果上课用比热容较小的其他液体，如煤油、植物油、酒精等，不仅存在取材不方便、成本高，也同样存在温度升高慢、实验耗时长的问题。实验时间长容易导致学生注意力分散，不利于组织课堂教学。
第二，为了探究电流的热效应与电阻以及电流的关系，实验中采用控制变量法进行探究，需要分两次进行实验。在探究完电流的热效应与电阻的关系后，如果不更换瓶中液体，要等待两只烧瓶内液体的温度降到相同温度，然后改变电流的大小才能继续进行探究电流的热效应与电流的关系。但是烧瓶中的液体降温过程相比升温过程要更加缓慢，需要经历较长时间两只烧瓶内液体的温度才能一致，不便于连续或重复进行实验，并且在实验过程中更换液体也比较麻烦。
第三，按照教材进行实验探究所用电路复杂，实验器材多，操作不方便，实验的难度大。
针对以上问题，我对该实验方案和装置做了相应的改进。
【实验方案】利用电流的热效应加热质量相同的空气，通过比较受热膨胀的空气使染成红色的水在细玻璃管中升高的情况，判断通电导体产生热量的多少。改进后在允许的误差范围内可以定量地得出：电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比，即焦耳定律。
【实验设计思想】空气的比热容小，升温、降温快。空气的热膨胀系数大，灵敏度高，操作方便，实验现象明显，可见度大，效果好。实验时染成红色的水在细玻璃管中升高的情况直观、明了地展现在学生面前，对比性好。
【实验装置】如下图所示。
【實验操作步骤】
a. 先利用投影或辅助黑板介绍改进后的装置，说明实验目的及研究对象。
b. 用量筒向形状、规格相同的两瓶中分别加入适量的等体积的染成红色的水，电阻丝不接触水，保证吸热物质主要是空气。
c. 探究电流的热效应与电阻的关系：按图甲组装、连接实物并检查线路。引导学生分析，左边瓶中电阻丝电阻为nR，右边瓶中电阻丝电阻为R。整个电路串联保证了电路中电流相等，通电时间相等。闭合开关给空气加热，指导学生观察染成红色的水在细玻璃管中升高的情况（在细玻璃管侧粘贴有带刻度的纸标尺），可以看到，当电路中的电流及通电时间相同时，左边瓶中染成红色的水在细玻璃管中上升的高度是右边瓶中染成红色的水在细玻璃管中上升高度的n倍，即左边瓶中电流产生的热量是右边瓶中的n倍，表明在电流大小和通电时间相同的条件下，电流通过导体时产生的热量跟导体的电阻成正比。
d. 探究电流的热效应与电流的关系：按图乙组装、连接实物并检查线路。引导学生分析，右边瓶里与瓶外n个等值电阻丝（R，n个R）并联后与左边瓶中电阻丝（R）串联，根据串并联电路特点可知，通过右边瓶中电阻丝的电流是通过左边瓶中电阻丝电流的1/（n 1）。闭合开关给空气加热，指导学生观察染成红色的水在细玻璃管中升高的情况，可以看到，当电阻相等、通电时间相同时，右边瓶中染成红色的水在细玻璃管中上升的高度是左边瓶中染成红色的水在细玻璃管中上升高度的1/（n 1）2，即左边瓶中电流产生的热量是右边瓶中的（n 1）2倍，表明在电阻和通电时间相同的条件下，电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比。
在做甲、乙两次实验过程中，分析其中任意一瓶中染成红色的水在细玻璃管中上升的情况，都可以看出通电时间越长，液柱上升越高，因此可以得知电流热效应与通电时间成正比。通过上述多次实验，在允许的误差范围内便可以定量地得出焦耳定律。
【实验的优点】
1. 用空气作为吸热物质，空气的比热容小，升温、降温快。加热时间短，实验时间短。能连续或重复进行实验，有利于组织课堂教学。
2. 空气的热膨胀系数大，灵敏度高，实验现象更为明显。
3. 实验过程中，染成红色的水在玻璃管中上升的情况，直观、明了地展现在学生面前，增大了可见度，对比性好，能吸引学生的注意力，激发学生进行科学探究的兴趣。
4. 所用电路简单，实验器材少，操作方便，降低了实验的难度。
5. 在允许的误差范围内可以定量地得出焦耳定律的具体内容。
【注意事项】
1. 橡胶塞要塞紧，玻璃管管口要插入液面下一定深度，确保良好的气密性。
塞紧橡胶塞时，瓶内气体压强会大于外面大气压强，气压差会使染成红色的水在细玻璃管内上升到一定的高度。可在橡胶塞上多打个孔，并插上带半截橡胶管的细玻璃管，橡胶管用夹子夹住，实验前打开夹子，使瓶内外气体压强相等，消除实验前瓶内外气体压强差对实验的影响，然后用夹子夹住橡胶管保证装置的气密性。这时玻璃管里的液面在同一水平线上。烧瓶内作为吸热物质的空气的体积、质量也是相等的。
2. 电阻丝不要触及染成红色的水，保证吸热物质主要是空气。
3. 要注意避免电阻丝触及烧瓶及玻璃管，在制作穿孔时，孔的尺寸要适中，以保证良好的气密性。
作者简介：
郭秉柏，甘肃省白银市，甘肃省白银市靖远县第六中学。
关键词：电流的热效应；实验方案；改进
我改进的实验是九年义务教育教科书北师大版9年级《物理》，第十三章第四节《探究：电流的热效应与哪些因素有关》。
【实验目的】让学生通过实验探究，找出电流的热效应与哪些因素有关。
【教材中实验方案】利用电流的热效应加热质量相同的同种液体，通过液体温度的升高情况判断通电导体产生热量的多少。
在多年的教学实践过程中，此实验只能得出定性结论，不能得出定量结论，效果一般。在实验中还有以下问题和不足：
第一，上课时一般选用取材方便的水做实验，由于水的比热容较大，在吸收热量时温度升高十分缓慢，导致实验时间较长。如果上课用比热容较小的其他液体，如煤油、植物油、酒精等，不仅存在取材不方便、成本高，也同样存在温度升高慢、实验耗时长的问题。实验时间长容易导致学生注意力分散，不利于组织课堂教学。
第二，为了探究电流的热效应与电阻以及电流的关系，实验中采用控制变量法进行探究，需要分两次进行实验。在探究完电流的热效应与电阻的关系后，如果不更换瓶中液体，要等待两只烧瓶内液体的温度降到相同温度，然后改变电流的大小才能继续进行探究电流的热效应与电流的关系。但是烧瓶中的液体降温过程相比升温过程要更加缓慢，需要经历较长时间两只烧瓶内液体的温度才能一致，不便于连续或重复进行实验，并且在实验过程中更换液体也比较麻烦。
第三，按照教材进行实验探究所用电路复杂，实验器材多，操作不方便，实验的难度大。
针对以上问题，我对该实验方案和装置做了相应的改进。
【实验方案】利用电流的热效应加热质量相同的空气，通过比较受热膨胀的空气使染成红色的水在细玻璃管中升高的情况，判断通电导体产生热量的多少。改进后在允许的误差范围内可以定量地得出：电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比，即焦耳定律。
【实验设计思想】空气的比热容小，升温、降温快。空气的热膨胀系数大，灵敏度高，操作方便，实验现象明显，可见度大，效果好。实验时染成红色的水在细玻璃管中升高的情况直观、明了地展现在学生面前，对比性好。
【实验装置】如下图所示。
【實验操作步骤】
a. 先利用投影或辅助黑板介绍改进后的装置，说明实验目的及研究对象。
b. 用量筒向形状、规格相同的两瓶中分别加入适量的等体积的染成红色的水，电阻丝不接触水，保证吸热物质主要是空气。
c. 探究电流的热效应与电阻的关系：按图甲组装、连接实物并检查线路。引导学生分析，左边瓶中电阻丝电阻为nR，右边瓶中电阻丝电阻为R。整个电路串联保证了电路中电流相等，通电时间相等。闭合开关给空气加热，指导学生观察染成红色的水在细玻璃管中升高的情况（在细玻璃管侧粘贴有带刻度的纸标尺），可以看到，当电路中的电流及通电时间相同时，左边瓶中染成红色的水在细玻璃管中上升的高度是右边瓶中染成红色的水在细玻璃管中上升高度的n倍，即左边瓶中电流产生的热量是右边瓶中的n倍，表明在电流大小和通电时间相同的条件下，电流通过导体时产生的热量跟导体的电阻成正比。
d. 探究电流的热效应与电流的关系：按图乙组装、连接实物并检查线路。引导学生分析，右边瓶里与瓶外n个等值电阻丝（R，n个R）并联后与左边瓶中电阻丝（R）串联，根据串并联电路特点可知，通过右边瓶中电阻丝的电流是通过左边瓶中电阻丝电流的1/（n 1）。闭合开关给空气加热，指导学生观察染成红色的水在细玻璃管中升高的情况，可以看到，当电阻相等、通电时间相同时，右边瓶中染成红色的水在细玻璃管中上升的高度是左边瓶中染成红色的水在细玻璃管中上升高度的1/（n 1）2，即左边瓶中电流产生的热量是右边瓶中的（n 1）2倍，表明在电阻和通电时间相同的条件下，电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比。
在做甲、乙两次实验过程中，分析其中任意一瓶中染成红色的水在细玻璃管中上升的情况，都可以看出通电时间越长，液柱上升越高，因此可以得知电流热效应与通电时间成正比。通过上述多次实验，在允许的误差范围内便可以定量地得出焦耳定律。
【实验的优点】
1. 用空气作为吸热物质，空气的比热容小，升温、降温快。加热时间短，实验时间短。能连续或重复进行实验，有利于组织课堂教学。
2. 空气的热膨胀系数大，灵敏度高，实验现象更为明显。
3. 实验过程中，染成红色的水在玻璃管中上升的情况，直观、明了地展现在学生面前，增大了可见度，对比性好，能吸引学生的注意力，激发学生进行科学探究的兴趣。
4. 所用电路简单，实验器材少，操作方便，降低了实验的难度。
5. 在允许的误差范围内可以定量地得出焦耳定律的具体内容。
【注意事项】
1. 橡胶塞要塞紧，玻璃管管口要插入液面下一定深度，确保良好的气密性。
塞紧橡胶塞时，瓶内气体压强会大于外面大气压强，气压差会使染成红色的水在细玻璃管内上升到一定的高度。可在橡胶塞上多打个孔，并插上带半截橡胶管的细玻璃管，橡胶管用夹子夹住，实验前打开夹子，使瓶内外气体压强相等，消除实验前瓶内外气体压强差对实验的影响，然后用夹子夹住橡胶管保证装置的气密性。这时玻璃管里的液面在同一水平线上。烧瓶内作为吸热物质的空气的体积、质量也是相等的。
2. 电阻丝不要触及染成红色的水，保证吸热物质主要是空气。
3. 要注意避免电阻丝触及烧瓶及玻璃管，在制作穿孔时，孔的尺寸要适中，以保证良好的气密性。
作者简介：
郭秉柏，甘肃省白银市，甘肃省白银市靖远县第六中学。