定值电阻放入装满纯净水的烧瓶中，电阻产生的热量被水吸收，水温升高，用温度计测量水的温度，从而判定电阻产生的热量的多少。
（教师）引导：水的特点是比热较大，相同条件下，升温较慢，能否换一种液体，测量效果会更好。
（学生）把水换成酒精或煤油均可，但煤油比热更小，宜选煤油。
（教师）进一步引导：用温度计测煤油的温度升高来判断电阻产生热量的多少，不够直观，也不方便，能否进一步改进？
（学生）思考后提出：用橡皮塞塞住烧瓶口，插入细玻璃管，煤油吸热体积膨胀，在玻璃管里上升。电流产生热量越多，玻璃管中煤油上升得越高。这样效果更好。
（学生）建议在煤油中滴入几滴红墨水，便于观察。
（教师）我们已经成功地设计出了研究电流产生热量和电流大小的关系的实验，现在继续设计研究电流产生热量和电阻大小的关系的实验。
（学生）利用前面设计的电路，在电路中串联一个电阻，同样置于盛满煤油、插有玻璃管的烧瓶内，两个定值电阻的大小要有明显的差别。闭合开关，这是在通电时间和电流相同的条件下，研究电流产生热量和电阻的关系。（方案二）
（教师）还需要设计研究电流产生的热量和通电时间的关系的实验吗？
（学生）不需要，方案一、二的实验均可表明电流产生的热量和通电时间的关系。
至此，学生的设计方案已十分接近课本上的演示实验。教师让学生阅读课文，并协助教师演示课本实验。
实验证实、得出结论
实验表明：当电阻和通电时间一定时，通过导体的电流越大，产生的热量越多；当电流和通电时间一定时，电阻越大，电流产生的热量越多；当电流和通电时间一定时，通电时间越长，电流产生的热量越多。
然而，一部分学生不满足于得到这种定性的结论。焦耳定律揭示的就是一个定量的规律。课后，立即有学生追上教师，提出二个问题：①能否设计实验证实电流产生的热量跟电流的平方成正比？②二个方案较复杂，而且，两玻璃管中的液柱降回到原来的高度，耗时太长，能否变两步实验为一步实验？
学生创新思维的火花已经点燃。教师把握这一契机，向全班提出了这一新的课题。学生探究欲望高涨，跃跃欲试。教师宣布成立二个攻关小组，开展设计竞赛，教师担任顾问和裁判。
两个课题小组在课外开始了紧张的研究，教师每天了解进展情况，进行点拨和指导。不到十天，两个小组都拿出了设计方案。在一节活动课上，两个组长分别讲述设计原理、实验电路、实验步骤，然后全班开始评价方案，进行优化。最后确定了最优方案，即：分别取RA=2Ω，RB=4Ω，RC=2Ω的三根电阻丝，连接成如图2所示的电路，电源电压为4~6伏。
接通电源后， IC=3IA=3IB RC =RA=1/2RB tA=tB=tC
则玻璃管中液柱上升高度有下列关系：hC=9hA hB=2hA ，说明QC=9QA，QB =2QA 从而得到了焦耳定律。
现在，可以认为学生的设计已相当完善。教师仍不满足，又提出新的课题：这么多的实验器材，没有进行组装固定，操作并不方便，能否将它们装配成一个演示仪器？命名为“焦耳定律分析仪”。
这一课题的提出，再次激发了学生的探究欲望。教师决定成立焦耳定律分析仪设计制作组，并担任组长。
八九个学生在课余时间忙碌起来，画结构图，找家俱厂，访装璜店，购材料动手制作，历时近一个月，经过三十几次调试，焦耳定律分析仪（结构图如图3所示）终于呈现在全班学生面前。大家陶醉在发明创造成功的喜悦和满足之中。
根据师生的探究实验结果，本人撰写了《焦耳定律分析仪的设计与制作》，刊于《中学物理教学参考》2002年第四期。
前述事例展现了学生在演示实验中的主动性及其对演示实验的探究。其实，对演示装置的重新设计，对现有演示器材功能的发掘以及由实验过程派生而出的相关子问题的再研究、相关问题的延伸实验或者对原有实验过程的压缩、简化与扩展等等，总之，演示实验提供的可供用于探究的资源是多方面多层次的。从探究的序列上看，可分为课前探究，主要着眼于问题探究的方案设计；课堂探究，着眼于各种方案的交流、整合与选择优化；课后探究，着眼于对各种现象的理性思考、合理推理及本质揭示。从探究对人的发展性功能上看，大致可分为技巧型， 以对仪器本身的探究为主要目标；关联型，即通过运用原有一套装置或者只添加少量日常用具完成一组相
上一页 [1] [2] [3] [4] 下一页
