影響電流熱效應的因素實(shí)驗設計研究論文
1.實(shí)驗設計方案
對3個(gè)猜想可分步進(jìn)行實(shí)驗驗證，但所需的時(shí)間較長(cháng)，為了節省時(shí)間，提高課堂效率，也可同時(shí)對3個(gè)猜想的實(shí)驗進(jìn)行驗證。筆者介紹的是同時(shí)驗證3個(gè)猜想的實(shí)驗設計方案。
�。�1）將電流通過(guò)導體產(chǎn)生熱量的多少轉化為氣體、液體或固體溫度的變化。方案1，在3只相同的瓶子內分別連接3段電阻絲，R甲=R丙<R乙。用橡皮塞封閉瓶?jì)瓤諝�，閉合開(kāi)關(guān)，用電阻絲加熱瓶?jì)鹊目諝�，通電一段時(shí)間后，同一時(shí)刻比較甲、乙兩支溫度計升高的溫度，可得出電流產(chǎn)生的熱量跟導體電阻的關(guān)系（甲、乙電阻絲串聯(lián)，通過(guò)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)生的熱量跟導體中通過(guò)的電流大小的關(guān)系（甲、丙電阻絲并聯(lián)，丙電阻絲中通過(guò)的電流較大）。通電不同時(shí)間，比較同一瓶?jì)葴囟扔嬌叩氖緮�，可得出電流產(chǎn)生的熱量跟通電時(shí)間的關(guān)系。另外，也可在3個(gè)相同的瓶子內倒入質(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?jì)让河偷臏囟�。待通電一段時(shí)間后，通過(guò)比較3只瓶子內煤油升高的溫度，可得出電流通過(guò)電阻絲產(chǎn)生的熱量跟電流、電阻、時(shí)間的關(guān)系。方案2：3根電阻絲的阻值為R甲=R丙<R乙。當閉合開(kāi)關(guān)后，觀(guān)察比較電阻絲上的火柴燃燒的先后，可確定電流通過(guò)導體產(chǎn)生熱量的多少跟電流、電阻和時(shí)間的關(guān)系。
�。�2）將電流通過(guò)導體產(chǎn)生熱量的多少轉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，將瓶子內的空氣封閉。當閉合開(kāi)關(guān)后，在同一時(shí)刻通過(guò)比較3只瓶子上方細玻璃管內水柱上升的高度，可確定電流通過(guò)導體產(chǎn)生熱量的多少跟電流、電阻的關(guān)系。通過(guò)比較不同時(shí)刻同一細玻璃管內水柱上升的高度，可得出電流產(chǎn)生的熱量跟通電時(shí)間的關(guān)系。另外，也可在圖3中3個(gè)相同的瓶子內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(shí)間后，通過(guò)比較3支玻璃管內煤油液面的高低，也可得出電流通過(guò)電阻絲產(chǎn)生的熱量跟電流、電阻、時(shí)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(guò)比較同一時(shí)刻3只氣球體積的大小，可確定電流通過(guò)導體產(chǎn)生熱量的多少跟電流、電阻的關(guān)系；通過(guò)比較不同時(shí)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(shí)間的關(guān)系。
�。�3）將電流通過(guò)導體產(chǎn)生熱量的多少轉化為固體狀態(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相同的火柴桿。在閉合開(kāi)關(guān)后，通過(guò)比較同一時(shí)刻掉下的火柴桿根數，可確定電流通過(guò)導體產(chǎn)生熱量的多少跟電流、電阻的關(guān)系；通過(guò)比較不同時(shí)刻同一電阻絲上掉下的火柴桿根數，可得出電流產(chǎn)生的熱量跟通電時(shí)間的關(guān)系。
2.實(shí)驗設計小結
在上述方案中，方案1和方案3用電阻絲加熱瓶?jì)瓤諝�，所用時(shí)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(guān)察比較，效果也較明顯，但用時(shí)較長(cháng)。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(lè )瓶。筆者在做上述實(shí)驗時(shí)，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
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