焦耳定律实验的改进与创新

(南京师范大学附属中学新城初级中学，江苏 南京 210019)

1 问题的提出

焦耳定律实验是初中物理的重要实验，传统的实验装置复杂、效果不明显，实验之前需要进行大量的调试，实验现象一般是通过温度计的示数变化来反映电流热效应的大小，让学生觉得无趣，难以调动学生学习的积极性。笔者通过改进实验，利用学生身边的文具用品，利用干电池给铅笔芯通电发光，激发了学生学习的兴趣，实验装置简单，效果明显。

2 实验器材

(1) 铅笔芯：长约1cm、直径为0.5mm的2H和2B铅笔芯各一根。

(2) 橡皮两块、回形针4根、鳄鱼夹导线多根、2B粗铅笔芯1根(连同半面铅笔木头)、1号电池8节、玻璃瓶2个。

(3) 固定铅笔芯的支架：把回形针弯成如图1所示形状，插入橡皮中压紧，注意橡皮不要太厚，这样可以让回形针插入后露出头来，用于连接电路，而且回形针也会很牢固地贴在橡皮上，再把铅笔芯轻轻卡在两个回形针之间，此时回形针夹既能夹紧铅笔芯，又能保证不会夹断铅笔芯(如图2)。

图1

图2

3 实验探究

3.1 探究电流热效应与电阻的关系

将2H和2B两根铅笔芯分别夹在两个支架上，再串联接入电路中(如图3)，闭合开关，看到两根铅笔芯都在发光，而且明显地看出2H发光远比2B发光强(如图4)，说明当通电时间和电流相同时，电阻越大，电流产生的热量越多。

图3

图4

3.2 探究电流热效应与电流的关系

将2B或2H铅笔芯接入电路，再串联一根粗的2B铅笔芯(铅笔中木头留一半)作为滑动变阻器(如图5)，因为实际工作时电路中的电流很大，会超过3A，若用普通滑动变阻器，电阻丝会因温度过高，而使连接的塑料接头熔化。

图5

图6

通过改变粗2B铅笔芯在电路的长度来改变电路中电流，发光铅笔芯的亮度发生了明显的变化(如图6)，这明：当导体的电阻、通电时间一定时，电流越大，导体产生的热量越多。

4 实验反思

4.1 改进后实验的优点

(1) 实验器材都是学生身边熟悉的文具，学生可自己动手做实验，实验现象明显，更能激发学生的兴趣。

图7

(2) 实验时间短、效果好，可以节省大量时间用于实验的准备与讨论。

(3) 电流通过铅笔芯发光的过程中，铅笔芯的亮度越来越亮，大概一分钟左右，铅笔芯会被烧断，图7是烧断后的铅笔芯，可以看到铅笔芯在发光过程中，它变得越来越细。在得出电流热效应与电流、电阻、时间的关系后，可以让学生讨论：为何铅笔芯变细后发光越强？

4.2 需要改进之处

(1) 因为实验现象比较明显，铅笔芯发光太强，所以观察时不能直视铅笔芯，可以斜视观察铅笔芯的发光情况，也可以让学生戴上墨镜。

(2) 铅笔芯刚通电时会冒出烟来，是因为铅笔芯里的胶被熔化，可以给铅笔芯盖上一只透明玻璃杯，这样既能看到铅笔芯发发光情况，又能防止烟跑出来。