焦耳定律演示實驗的改進

摘要：針對人教版初中物理焦耳定律的演示實驗不足之處改進儀器，使之可以有效控制實驗時間，能見度高，并且能夠探究出電流通過導體時產生熱的多少與哪些因素有關。

關鍵詞：焦耳定律；探究；實驗改進

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148(2011)4(S)-0060-2

1 實驗裝置制作

實驗材料：兩條鎳鉻電阻絲（直徑0.3mm長度45cm）、一條鎳鉻電阻絲（直徑0.5mm長度45cm）、開關、停表、電流表、小燈泡、滑動變阻器（20 、1.5A）、24V電源、煤油、紙巾、膠頭滴管、若干導線組成。實驗儀器裝置效果圖如圖1所示。

2 儀器特點和用途

該實驗器材操作方便，能夠分別很好探究電路中電流產生熱量的多少與哪些因素有關，可以在課本的基礎上滿足控制電流、時間相同外，還可以控制電壓相同的情況下進行分析。按照串聯電路電流處處相等，并聯電路中各支路電壓相等的原理，用控制變量法可以分別控制電流電壓相等的情況。

3 使用說明

（1）探究在電流與通電時間相同情況下，電阻越大，電流產生的熱量越多。

設計原理：根據學生原有的理論基礎上，已經有串、并聯電路中的電流以及電壓的特點的基礎，要使通過電阻絲通的電流以及通電時間相同，可以采用串聯電路。

實驗操作步驟：首先把兩個不同電阻的電阻絲串聯在電路中，連接好電路，保證通電時的電流與通電時間相同，采用粗細程度不同的材料以及長度相同的鎳鉻合金絲，可以比較電流通過電阻不同的電阻絲產生的熱量不同。電阻絲的阻值大小可以觀察得出，用粗細不同、長度相同、材料相同的鐵絲，電阻絲越粗的，電阻阻值越??；電阻絲越細，電阻阻值越大。接著在電阻絲的上方用一層紙巾裹住電阻絲（鎳鉻），在紙巾上用膠頭滴管滴一些煤油，直到紙巾完全被煤油浸濕。最后打開電源開關，觀察電阻絲上面的紙巾通電情況，發現電阻絲越細的電阻絲上面冒的“白霧”很多，而阻值絲越粗的電阻絲上冒的“白霧”很少。產生“白霧”多的電阻絲，說明這個電阻絲產生的熱量多。在實際的操作中，為了方便觀察實驗效果，還可以在白色的塑料板板上放一張黑色的紙做底色，這樣冒的“白煙”學生可以很清楚的看到。直徑為0.3mm的鎳鉻電阻絲上冒的“白煙”比直徑為0.5mm鎳鉻電阻絲要多。

（2）探究在通電時間一定、電阻相同時的情況下，通過電流越大時，電流產生的熱量越多。

這個實驗結論，也可以通過改變滑動變阻器連入電路的電阻絲多少來驗證，改變電路中電流的大小。做兩次，每次打開電源8秒左右就能比較出來。電流越大，每個電阻絲上冒的“白煙”就越多。形象直觀，很容易分辨出來。由于是直接給電阻絲通電，兩次間隔的時間較短。 課本的實驗裝置和實驗操作如圖2所示。書本是把鎳鉻絲放在煤油里加熱，通電一次后，鎳鉻合金絲要很久才能冷卻下來，要做兩次得出實驗結論需要花很長時間，很難在一節課內完成，在等待的這段時間學生注意力容易分散。

（3）探究在電阻相同、電流一定的情況下，通電時間越長，電流產生的熱量越多。

這個結論同樣可以用上述裝置進行驗證，打開電源，時間越長，電阻絲上冒的“白煙”越多。

（4）探究在通電時間一定、電壓相同時的情況下，電阻越大，電流產生的熱量越少。

設計原理：要使通過電阻絲的電壓相同，可以使用并聯電路。

實驗步驟：首先把兩個阻值不同的鎳鉻電阻絲（長度相同、粗細不同）并聯在電路中，使電阻絲兩端的電壓相等；接著在電阻絲上紙巾裹好，用膠頭滴管把煤油滴到紙巾上；最后打開電源觀察實驗現象。

參考文獻：

［1］義務教育課程標準實驗教科書物理八年級下冊.人民教育出版社，2006.10

(欄目編輯王柏廬)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文