2019年2月13日 星期三

筆芯燈泡與焦耳定律

電熱打火機當作起頭...

但因為只剩6週的時間要上電流的效應和電磁學...
無法像之前每節都讓學生操作
和學生商量後,折衷的方式就利用演示實驗融入教學
搭配策略性的引導問答來試試看了

利用不同粗細的筆芯讓學生直觀的比較出電阻的大小
有那些因素可能影響筆芯發熱的狀況呢?
不外乎就是電壓、電流和電阻
我們利用串並聯的方式固定了相同的電流(串聯)或電壓(並聯)
比較兩根筆芯的亮度

亮度可以用哪個物理量來敘述?
很多學生會回答電壓(?),那並聯的結果如何解釋?
「電能(能量)?」
接近了!但如果兩根筆芯亮的時間不一樣長
就很難有相同的基準(最終消耗的能量還是會一樣)
「那就讓他們時間相同啊~~」
「沒錯!如果在時間相同的情況下比較電能,這應該屬於哪一種物理量?」
「功率!」學生答

但我們剛剛的實驗其實同時改變了兩個變因
電壓(電流)相同,但因為電阻不同,電流(電壓)也跟著變了
影響筆芯功率大小「最主要」的因素到底是電壓還是電流呢?
從剛剛的實驗能不能看出來?

我們再拿兩個大小不同功率的電源供應器(六段變壓器電腦電源供應器)
調整為相同電壓(但實際上因為筆芯溫度上升,電阻增加,兩端電壓也變大了)
但電流不同
可以觀察出兩者發熱的狀況也明顯不一樣


這樣就可以明確看出真正影響熱效應(功率)的因素是電流了
焦耳當年發現了這個現象
也找到了這三個物理量的數學關係
這就是焦耳定律

因此重點在電流,而不是電壓
接下來講到電流傳輸為何升高電壓反而可以減少傳輸耗損就容易理解了

最後來個挑戰題
電器標示為115V、100W和115V、25W,何者電阻大?你若是廠商會怎麼做?

另一種小燈泡的標示為12V、3W和6V、3W,何者電阻大?若將這兩個燈泡串聯或並聯
哪個又會比較亮呢?
這次當作評量,所以先從理論來推導再切入實驗觀察