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1、DIS实验在探究电流的热效应实验中的应用数字化实验系统（Digital Information System）被引入中学物理教学以来，对新课程的教学改革起到了很大的促进作用，但DIS实验的应用一直备受争议。DIS实验数据处理的更快、更准确、更直观，有助于培养学生在观察中思考探究的能力。而对于物理原理的理解、物理思维的培养和动手、作图能力的锻炼，与传统实验相比，DIS实验略显不足。因此，教师应根据教学内容的特点选择实验方式，也可以将二者结合起来。本文以“探究电流的热效应”实验为例，将传统实验和DIS实验结合起来，达到了很好的教学效果。 1 分析传统探究电流的热效应实验的优缺点 常见的探究电流的热
2、效应实验方案有两个：第一个实验装置如图1所示。该实验利用电阻丝加热质量相同的煤油，使煤油的温度升高，煤油升高的温度即反映出电阻丝放出的热量的多少。第二个实验方案是目前很多学校采用的实验教具，如图2所示。实验利用电阻丝加热封闭在相同盒子里的空气，空气受热膨胀推动液柱上升，液柱上升的高度即代表电阻丝放出的热量多少。这两个实验方案各有优缺点，如表1所示。 图1 加热物质为煤油的电流的热效应实验示意图 图2 加热物质为空气的电流的热效应实验示意图 表1 两个传统实验方案的优缺点 2 运用DIS实验进行探究 2.1 探究电流通过导体产生的热量与通电时间和电阻的关系 2.1.1 实验内容 用阻值分别为R1
3、=2 和R2=4 的电阻丝加热质量相等的煤油，测温装置用温度传感器代替温度计进行数据采集，如图3所示。将两根电阻丝串联在电路中，电源电压为12 V。电流通过电阻丝放出的热量可分为三部分，电阻丝吸收的热量Q1、煤油吸收的热量Q2、散失的热量Q3，散失热量包括瓶子、空气吸收的热量。实验中被加热的煤油的质量为200 g，因此煤油的热容量（c2m2）远大于电阻丝的热容量（c1m1），Q1可被忽略不计，为了减小散失的热量，我们用保温板和脱脂棉制成保温套，将两个煤油瓶置于保温套中加热。若煤油在加热的初始阶段，散失的热量占的比重很小，可以认为煤油吸收的热量近似等于电阻丝放出的热量，Q放Q2，即I2Rtc2m
4、2T2，T2 ，可见煤油升高的温度与电流的平方、电阻丝的阻值和通电时间成正比。计算机将温度传感器采集的数据绘成温度随时间变化的图像，我们根据图像的特点可以分析得出电热与电流、电阻和通电时间的定量关系。 图3 温度传感器测温示意图 2.1.2 实验数据分析 图4 探究电热与电阻的关系时，煤油温度随时间的变化图像 2.2 探究电流通过导体产生的热量与电流的关系 2.2.1 实验内容 将两个阻值为2 的电阻并联后与另一个阻值为2 的电阻串联，使干路的电流为支路电流的2倍，电源电压为12 V。 2.2.2 实验数据分析 图5 探究电热与电流的关系时，煤油温度随时间的变化图像 2.3 将加热对象由煤油改
5、为空气， 探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系 2.3.1 实验内容 用阻值分别为R1=2 和R2=4 的电阻丝加热相同容器内的空气。R1与R2串联，电源电压为6 V。 2.3.2 实验数据分析 实验3的数据图像如图6所示，温度1和温度2分别代表阻值为2 和4 的电阻丝加热的煤油温度随时间变化的关系。开始阶段，温度近似线性上升。这是因为容器内空气与外界空气的温差较小，散热较少，空气吸收的热量近似等于电阻丝放出的热量。随着温度的升高，散热加快，升温减缓，温度随时间的变化不再是线性关系。由初始阶段的数据拟合发现=1.2，小于。这是因为空气的热容量较小，温度的变化过程持续时间不长，当被大电阻加热的空气温度变化减缓时，被小电阻加热的空气还处于快速升温阶段，所以