焦耳定律探究实验方案

《焦耳定律》探究实验方

案

一、设计思想内容概述：

通过实验仪器改进创新，帮助学生直观的认识电流的热效应并分析总结实验数据，得出焦耳定律结论。由于传统的焦耳定律验证实验采用分步进行，产生的热量与电流的平方成正比，与电阻成正，与通电时间成正比，必须要控制变量，这样在分步进行时受热量传递的影响，不容易控制；另外它加热容器大用时长。而改进创新后的实验，采用三个加热瓶同时进行，同时加热，减小外界热传递的影响，做到控制变量又能同时进行对比，简化了实验的步骤，节约了时间，从而让学生有充足时间分析论证得出结

论。

二、地位和作用：

《焦耳定律》内容的教学位于（人教版）《物理》八年级第八章第四节《电与热》。课程标准的要求是知道电流的热效应，知道焦耳定律。因此本节课要想建立焦耳定律的概念（Q=I2Rt），实验效果的好坏是关键。因此我对此

实验进行了创新改进。

三、实验设计：

（一）、教材建议实验装置的不足之处（如图1）：一是容器大，加热时间长，课堂四十分钟不能有效的完成教学法，如果用大电阻、电压高于教学电源提供的电压，需要变压器，电阻丝裸露不安全。二是分步进行比较产生的热量

与电阻之间和电流之间的关系过程繁杂，用时长，课堂时间不足，不能解决问

题。

（二）、创新实验的创新之处（如图2）：采用如图所示三个加热瓶，减少加热瓶的容量，同时对三瓶煤油一起加热并观察温度计的示数，做到及控制变量又能同时进行对比温度计升高与电阻和电流的关系，即节约时间，又让学生比较直观的得出产生热量与电流、电阻和通电时间的定性关系，从而总结实验结

论。

1、仪器和器材

演示板电路一个、教学法电源一台、三个容器，三只温度计、煤油、阻什分别

是R

1=5、R

2

=10、R

3

=10三段电阻丝、电流表两个、滑动变阻器两个、开关一只，导线若干、停表1只。

2、实验装置示意图：（下图）

3、实验步骤：

①、将实验仪器组装好，并在分别在三瓶中杯中装适量的煤油；（瓶中煤油的

量相等）

②、按图连接好电路，调节滑动变阻器R4 、R5使电流表A1,A2的示数Ｉ1为

0.6A,Ｉ2的示数为1.2 A（在实验前调好）。

③、闭开关后记录0分钟，1分钟，2分钟、3分钟各瓶中煤油的温度。

④、通过分析比较升高温度，从而分析论证电阻丝放出的热量Q与Ｉ，R，t的

定性关系。

4、实验数据记录：

电阻R

1 =5ΩR

2

=10ΩR

3

=10Ω

电流（A）0．6 0．6 1．2 温度

（℃）

时间（min）时刻

温度

温度的变

化量

时刻

温度

温度的变

化量

时刻

温度

温度的变

化量

0 0 0 0

5、分析论证总结结论：

（1）在电流和电阻一定时，通时间越长产生的热量就越多；

（2）在电流和通电时间一定时，电阻越大，产生的热量就越多；

（3）在电阻和通电时间一定时，电流越大，产生的热量就越多。

四、实验效果：

通过实验的创新改进，经过实验操作和记录数据以及分析论证的过程发现：一是实验步骤简单化，数据采购的时间缩短在5分钟之内给学生留有充足的时间进行数据的分析论证；二是数据特征明显，有利于直观的分析论证从

而总结结论。

五、实验的效果分析：

1、创新的优点：（1）通过电阻丝直接加热煤油并用温度计测量煤油的温度，

直接反映了电阻丝放出热量的多少，具有直观。

（2）在一个电路中实现了控制电流相同比较电阻与放出热量的关系，控制电阻相同比较电流与放出热量的关系，减少实验步骤节约时间且过程简单，给予学生留有充足的时间对实验结论进行分析论证。

2、实验的不足之处：由于热学实验受外界影响较大，温度上升具有连续性，可能造成读数的不准确性，另外电阻丝的电阻值的不准确性和变化也可能使得数据不够准确，不能很好解决产生的热量与电流的平方成正比，我们将继续改进

实验，还原焦耳的实验。

3、改进方案：一是整理电路板，使元件按电路图的布局安装在演示板上形成一个成形的《焦耳定律》演示器。二是采用加热水（水的比热容大，温度变化稳定），采用加热大电阻，用变压器提供大电压增大电流，力求重现物理学家焦耳的实验，希望能够准确得到Q=I2Rt定量关系。

六、实验注意的事项：

1、加热瓶中的煤油要课前加好，以便节约时间。

2、电路在使用前要调好滑动变阻器的阻值，使得I

2=2I

1

。

3、闭合开关前，读取三只温度计的初温，闭合开关后立刻开始时，间隔1分

钟同时读取三只温度计的温度。