焦耳定律的实验改进与创新

焦耳定律的实验改进与创新

发表时间：2011-03-17T14:22:08.873Z 来源：《新校园》理论版2010年第12期供稿作者：庄锦忠[导读] 初中物理教学要以观察、实验为基础。庄锦忠（泗洪县石集中学，江苏宿迁223909）初中物理教学要以观察、实验为基础。观察现象、进行演示和学生实验，能够使学生对物理事实获得具体明确的认识，这种认识是理解物理概念和规律的必要的基础。观察和实验对培养学生的观察和实验能力、实事求是的科学态度，激发学生学习兴趣都有不可替代的重要作用。因此，教学中要重视让学生观察有关的现象，要大力加强物理实验教学。《焦耳定律实验》是初中物理教材中非常重要的验证性

演示实验，苏科版教材第十五章第三节“电热器———电流的热效应”一节关于焦耳定律实验实验装置右图1所示。

实验装置在两个相同的锥形瓶中装满煤油，并用胶塞密闭，胶塞中安放如图温度计，瓶中各放一根电阻丝，甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大。通电后电流通过电阻丝产生的热量越多，温度升高也越高。观察温度计读数上升的情况，就可以比较电流产生的热量。

1.如图2 接通电路一段时间后切断电源，分别观测不同电阻丝所在液体温度的变化（R2＞R1），实验结果是：R2所在的锥形瓶温度上升得高。

2.待温度降到原位时，保持通电时间相同，调节滑动变阻器改变通过电阻丝的电流大小，观测R1 所在液体温度变化。

3.延长通电时间，观测液体温度的变化。实验结论如下：

（1)电流、通电时间相同时，电阻越大，电流产生的热量越多；

（2)电阻、通电时间相同时，电流越大，电流产生的热量越多；

（3)通电时间越长，电流产生的热量越多。

该实验装置比较复杂，密闭要求高，显示速度慢，可见度小，耗时长。该实验过程同时存在以下三点不足：第一，在说明电流越大，产生的热量越多的原理时，要分两次实验进行；要待两只温度计读数降到原来的读数并改变电流后才能做第二次，事实上烧瓶中的煤油加热容易，降温难，需很长时间温度才能回到原来温度，演示效果差。

第二，加热时间长，学生注意力容易分散，并且不能连续重复演示，不利于组织课堂教学。

由于本节内容课堂容量较大，如果按书中的方法进行演示实验，能见度差，学生不易得出结论，教师难以完成本节的教学任务。

鉴于此种原因，不少老师对实验方法进行了改进，也是不错的，有人改用图3 方法，能缩短实验时间，但是还是存在可视性差、实验时间长等缺陷，2007 年“四配套”工程配备的器材，“焦耳定律演示器”能给实验带来意想不到的效果。

该仪器演示介质不是煤油而是空气，因此灵敏度高，操作方便，效果明显，结构见图4。

配套仪器：直流电源0—15V 2A 滑动变阻器。

使用方法：用一支带针头的注射器吸取红墨水染色的水，旋松贮气盒螺帽，将注射器内的液体注入二支U 型玻璃管内约2 厘米，两管注入量尽量相等。

为了避免在注入时管内形成“气泡”影响液体的注入，可以用穿上线的针放在管里进行引流。

实验具体操作如下： 1.将左贮气盒内的两个等值电阻串联再和右贮气盒内电阻、电流表、滑动变阻器、开关组成串联电路，可以演示通电时间、电流相等时，电阻越大产生的热量越多。实验时，只要连好电路，再将贮气盒气门螺帽旋紧，使贮气盒内的气体呈封闭状态，闭合电源开关、调节变阻器，将工作电流调至1A 左右，数秒后便可明显发现与电阻大的那只贮气盒相连的U形管中液柱上升速度快。说明电阻发出的热量也多。

2.两贮气盒各用一个电阻，依旧组成串联电路，另外在右贮气盒外再并联个分流电阻，调节二只贮气盒的气门螺母使管内的液柱均停留在同一水平线上，再旋紧气门螺母，封闭气体。闭合开关，调节变阻器，将工作电流调至1.2A 左右，使两管内的液柱以适当速度上升，并比较上升的高度，可以明显得出，在电阻、通电时间相同的情况下，通过电阻的电流越大，产生的热量就越多。

3.演示“通电时间越长，电流产生的热量越多”，任选一个贮气盒实验，显而易见随着通电时间的增加，液柱越升越高，从而得出结论。演示该实验时应注意：

（1）注入液体后到课堂演示前，不得旋紧气门螺帽，因为一旦贮气盒气体封闭，即成“灵敏气压计”，管内液面高度就会随大气压的变化而变化，影响演示效果，甚至液体倒流入贮气盒，在保管期间也必须放松气门螺帽。

（2）每个实验可能要重复多次，但当电源切断后，放松气门螺帽可以使液柱复位，且等片刻后，使盒内外温度平衡，再旋紧气门螺帽。

（3）不可长时间通电，如果上升液面接近管口时，应立即切断电源，以免液体溢出。

（4）在演示时，如果电流表有读数，但管内液柱不上升或上升速度不符合规律，或液柱上升到一定高度突然下降，说明有漏气现象，必须排除后再演示。