焦耳定律实验探究
浅谈初中物理焦耳定律实验操作方法探究
浅谈初中物理焦耳定律实验操作方法探究摘要：本文尝试把焦耳定律实验中的发热电阻改为用电热水壶进行探究，向电热水壶中加入定量的水进行加热，用温度计测出各个水壶中水温的变化，再设计一个表格收集数据，计算出各个水壶中的水吸收的热量，从而比较各水壶中电阻丝产生的热量的大小。
经这样的改进能使学生通过表格找出热量的数据而推导出焦耳定律实验的结论，学生更容易理解各个发热丝所产生的热量之间的关系。
关键词：电流电阻时间热量焦耳定律物理学是一门以实验探究为主，实操能力要求较高的一门学科。
通过让学生进行实验和观察，从而培养学生的探究创新精神、树立追求真理的意识、科学的世界观。
焦耳定律在初中的教学中有很多难点，其中热量的产生的多少是较难测量出准确数值的，对热量进行比较时，只能通过转换法来实现，学生比较难理解。
笔者现将焦耳定律在教学中学生出现的难点和疑点，比如判断电阻是否产生了热量、产生的热量怎样测量等问题，谈谈自己在教学中的一些心得和看法。
一、焦耳定律实验常规做法及在平时教学中存在的问题(一)初三课本中的焦耳定律实验设计是采用发热电阻产生的热量加热密闭盒内的空气，把U型管中红色液体压向一方，形成高度差，通过比较高度差来判断两个电阻产生的热量的大小，这是利用转换法来达到实验目标的，学生不易明白其中的原理。
电阻通电后加热盒内的空气时学生无法观测到或感受到空气被加热，大部分学生不明白U型管中为什么会出现的高度差，为什么通过比较高度差就能判断产生的热量的多少，两个电阻产生的热量是否符合焦耳定律中表述的那种关系，他们也经常提出疑问，传统的实验教学效果较差，通过传统实验得出的结论由于不理解而学生记得不牢固，容易忘记。
(二)平时在做这个实验时由于连接U型管的胶管以及密封的空气盒容易漏气，同时接口也易出现漏气现象，U型管中的红色液体很常出现的高度差不符合焦耳定律中所讲的比例关系，影响了实验的效果。
(三)课本中关于电阻产生的热量与电流、电阻、时间的关系，其设计的实验电路图只提供了热量与电阻的关系的实验电图，而产生的热量与电流、时间关系的电路图没有提供给学生, 这给学生带来很大的疑惑。
新九年级物理焦耳定律
焦耳定律与电阻
焦耳定律与电阻大小密切相关， 电阻越大，焦耳热越难产生，反
之亦然。
焦耳定律与电流
电流越大，焦耳热产生越快，因 此大电流设备更容易发热。
焦耳定律与电压
电压越高，焦耳热产生越快，因 此高电压设备更容易发热。
对环境保护的影响
能源利用效率
焦耳定律揭示了电能转化为热能的规律，为提高能源利用效率提供了理论依据。
在工业中的应用
01
02
03
电力输送
焦耳定律在电力输送中有 着重要的应用，帮助我们 理解和控制电力输送中的 能量损失。
工业制造
在工业制造中，焦耳定律 帮助我们理解和优化各种 设备的能源利用效率。
热力发电
焦耳定律是热力发电厂运 行的基础，帮助我们理解 和控制蒸汽轮机和内燃机 的热力学过程。
在科学实验中的应用
电热实验
在电热实验中，焦耳定律 用来计算实验过程中产生 的热量，帮助我们理解和 控制实验结果。
量热学研究
焦耳定律是量热学研究的 基础，帮助我们理解和测 量物质的比热容等热学性 质。
能源研究
焦耳定律在能源研究领域 有着广泛的应用，帮助我 们理解和优化各种能源的 利用效率。
05
焦耳定律的拓展知识
与其他物理量之间的关系
新九年级物理焦耳定 律
汇报人： 2023-11-28
目录
• 引言 • 焦耳定律的原理 • 焦耳定律的实验研究 • 焦耳定律的应用 • 焦耳定律的拓展知识 • 结语
01
引言
焦耳定律的背景介绍
• 焦耳定律是九年级物理中学习的一个基本定律，它是由英国物 理学家焦耳发现并提出的。这个定律描述了电能和热能之间的 转换关系。
对未来学习的建议和展望
焦耳定律实验
《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，其常规实验装置及实验操作如下：（一）探究电流产生的热量与通电时间是否有关图1和图2分别是实验电路和实物图。
进行试验时，按图1连接电路，检查无误后接通电源，按下计时器并同时记录温度计的示数。
保持电流的大小不变，每隔一定时间记录一次温度计的示数，并填写到设计好的表格中。
实验结果显示：对同一电阻丝，在电流大小不变的情况下，通电时间越长，煤油的温度越高，表明电流产生的热量越多。
（二）探究电流产生的热量与电流大小是否有关取质量、温度均与上述实验初始状态相同的煤油，仍按上图方式连接电路。
闭合开关，调节滑动变阻器，增大通过电阻丝的电流，通电时间与前次相同，记录玻璃瓶内煤油的温度。
将此次测量的温度与上次温度相比，可知：对同一电阻丝，在通电时间相同的情况下，通电电流越大，煤油的温度越高，表明电流越大，电流产生的热量越多。
（三）探究电流产生的热量与电阻大小是否有关选取两根阻值不一样的电阻丝，两个装有初始温度相同（记为t0）、等质量（记为m0）煤油的玻璃瓶，按如图所示的电路将实验器材连接起来检查无误后接通电源，通电一定时间后，记录两个玻璃瓶内煤油的温度。
实验结果显示：在通电电流大小不变，通电时间相同的情况下，电阻越大，煤油的温度越高，表明电阻越大，电流产生的热量越多。
我根据上述步骤，利用课余时间做过多次实验，发现实验中温度计上升很慢，在课堂上要完成上述步骤（一），（二）还勉强能完成，但要完成步骤（三），让升上的温度计示数降下来再上升进行观察比较，一节课难以完成任务。
所以很多教师为了完成教学任务，常常是变做实验为讲实验，或利用多媒体课件演示，实验配置成为摆设。
综上所述，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。
主要存在以下三点不足：第一，不能同时演示热量跟电流、热量跟电阻的关系；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，不同的电流值所产生的液体高度不能直接比较；另外要待两只烧瓶内的温度计降到原来的示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，需很长时间温度计才能回到原来的示数。
探索焦耳定律的实验
温度测量
在温度测量中，常用热电偶或热电阻作为温度传感器。焦耳定 律可用于计算传感器在测量过程中产生的热量，从而实现对温 度的精确测量。
电动汽车
电动汽车中的电池组在充电和放电过程中会产生热量。利用焦 耳定律可以计算电池组的发热功率，从而指导电动汽车的电池 管理和热设计。
数据一致性
多次实验的结果表现出良好的一致性，进一步证实了焦耳定律的可靠性。
对焦耳定律的理解加深
热量与电能转换关系
通过实验，深入理解了电能转换为热量的过程，以及影响热量产生的因素。
焦耳定律适用范围
认识到焦耳定律适用于纯电阻电路，对于非纯电阻电路需要考虑其他因素。
实验在物理教学中的意义
1 2
理论与实践结合
焦耳定律的应用
实验中通过测量不同电流、电阻和通 电时间下产生的热量，来验证焦耳定 律的公式Q = I²Rt。
02
实验器材与步骤
实验器材
电源
提供稳定的电压和电流。
电阻丝
作为发热元件，将电能转化为热 能。
温度计
测量电阻丝的温度变化。
绝热容器
减少热量散失，使实验结果更准 确。
电压表
测量电阻丝两端的电压。
注意事项
01
电源电压和电流应保持 稳定，以确保实验结果 的准确性。
02
电阻丝的选择应适当， 其阻值不宜过大或过小 ，以免影响实验效果。
03
温度计的放置位置应准 确，以确保能够准确测 量电阻丝的温度变化。
04
在实验过程中，应注意 安全，避免触电或烫伤 等危险情况的发生。
焦耳定律电流的热效应
电热器的安全使用注意事项
01
注意使用电压和电流
在使用电热器时，要确保使用的电压和电流符合产品说明书的要求，不
要超负荷使用，以免发生火灾或电击危险。
02 03
定期检查和维护
定期检查电热器的电线、插头和元件是否完好无损，如有损坏应及时更 换。同时，要保持电热器的清洁，避免灰尘和杂物影响加热效果和安全 性。
电流的热效应的应用
总结词
电流的热效应在许多领域都有广泛的应用。
详细描述
在工业领域，电流的热效应被用于加热、熔 炼、焊接和热处理等工艺过程。在日常生活 中，电热器、电烤箱、电熨斗等电器也是利 用电流的热效应来提供便利。此外，电流的 热效应还应用于医疗领域，如电热疗法和电 烙术等治疗方法。同时，电流的热效应也是 电磁炉和微波炉等现代厨房电器的工作原理
之一。
04
实验演示焦耳定律
实验目的和原理
目的
通过实验演示，探究电流的热效应，验证焦耳定律。
原理
焦耳定律指出，在封闭电路中，电阻器中产生的热量与电流、电阻和时间成正比。即Q=I²Rt，其中Q表示 电阻器中产生的热量，I表示通过电阻器的电流，R表示电阻器的电阻，t表示时间。
实验设备和材料
实验设备
电源、电流表、电压表、可调电阻、 焦耳计（热水容器）以及导线。
电流的热效应
焦耳定律揭示了电流通过导体时产生 热量的规律，即电流通过导体时，由 于电子与导体原子的相互作用，电子 的动能转化为热能。
能量守恒
根据焦耳定律，电流通过导体产生的 热量最终以热能的形式散失到周围环 境中，实现了能量从电能向热能的转 换，符合能量守恒定律。
《焦耳定律》优秀教案(精选9篇)精选全文
可编辑修改精选全文完整版《焦耳定律》优秀教案《焦耳定律》优秀教案（精选9篇）作为一名无私奉献的老师，很有必要精心设计一份教案，教案是保证教学取得成功、提高教学质量的基本条件。
那么你有了解过教案吗？下面是小编收集整理的《焦耳定律》优秀教案，仅供参考，希望能够帮助到大家。
《焦耳定律》优秀教案篇1一、教学目标：1、知识和技能目标：知道电流的热效应，理解焦耳定律的内容、公式及其运用，知道电热器的原理及构造。
2、过程与方法目标：要求学生能从感知事物→提出问题→自己设计→动手动脑探究科学规律中体会科学研究的方法，学会科学探究、知识迁移的方法，培养学生的科学研究的能力。
3、情感态度与价值观目标：激发和培养学生的科学探究与创新的思想和精神，培养学生的辩证唯物主义精神，渗透实事求是和科学献身教育，激励学生努力学习。
二、教学重点与难点如何引导学生进行科学探究；如何使学生在科学探究中掌握科学研究的方法，培养科学研究的能力。
三、教法与学法将学生分组，以小组为单位进行教师引导下的科学探究，加强组内同学间的合作、讨论和交流，加强师生间相互反馈，以问题和小组交流贯穿教学的始终，不断提出新问题，不断解决新问题。
开学时就将学生4人一组分组，分组时男女生分开后，自由组合，便于讨论与交流，随着学习的深入，可适当调整小组成员，每个组至少有一个好的同学能起到小老师的作用，带领小组同学开展自主式学习。
四、教具与学具学生用：铁架台、学生电源、大号试管和温度计各三支、导线若干、量筒、煤油、电阻丝（5、10、10欧各一根，教师课前用电炉丝截取并焊好导线）。
每小组一套。
教师用：与学生的基本相同，温度计改用数字的，另加各种电热器（电炉、电饭锅、白炽灯、电风扇等）、多媒体课件及教学平台。
五、探究实验：研究通电导体产生的热量跟电流、电阻和时间的关系。
六、教学活动实录（部分）：（一）导入新课师：（教师出示电饭锅，白炽灯、电风扇）这几种电器各有什么功能？生：煮饭、照明、吹风。
焦耳定律实验简介
焦耳定律实验创新
邵阳市北塔区陈家桥学校喻永波
【实验装置、特点】
实验方法：控制变量法。
实验原理：利用气体的热膨胀体现电流产生热量的多少。
当电流通过电阻丝时，电流产生的热量就使瓶中的空气温度升高、体积膨胀，导管里面原来一样高的液柱就会逐渐上升.电流产生的热量越多，液面就会上升得越高.
我们可以通过管中液面上升的高度比较电流产生的热量。
如图：
实验器材：电源，开关，三个10欧的电阻，一个5欧电阻，三个锥型瓶，三个U型管，导线。
实验过程：
如图，将电阻丝放入锥型瓶中，利用导管将锥型瓶和U型管相连。
当电流通过电阻丝时，电流产生的热量就使瓶中的空气温度升高、体积膨胀，U型管里面原来一样高的液柱就会逐渐上升。
电流产生的热量越多，液面就会上升得越高.我们可以通过管中液面上升的高度比较电流产生的热量。
实验特点：
（1）在相同条件下，利用气体的热膨胀比液体的热膨胀实验效果更加明显，大大缩短了实验时间，有效地提高了课堂效率。
（2）利用液柱的变化代替温度计和电流表，现象更直观明了，学生注意力更集中。
（3）该实验仪器具有连续性重复演示的功能。
第一次实验后，可以把连接胶管取下，排出热空气，胶管还原后，可以立即进行第二次实验。
焦耳定律演示实验
︙︙焦耳定律演示实验上海师范大学数理学院戴维倪敏曹丽丹魏莹摘要：焦耳定律演示实验，应根据实验和教学要求建立实验模型，根据抽象出来的实验模型设计出其他实验方案，这样既能够发散学生的思维，又能够找到最适合教学、最易于操作、最容易被学生接受的方案。
关键词：实验模型焦耳定律演示实验假如一个实验可以有多种实验方案，那么，这些方案必然有某种联系或共同特征。
如果能根据某一实验方案，分析出它们的共同特征，就可以将其抽象为某一实验模型，那么，就完全有可能再设计出其他的实验方案。
分析实验要求和教学要求，常常能激发灵感、产生设计思想的萌芽，同时，也有利于比较、选择或改进实验方案。
一、焦耳定律演示实验1.实验原理传导电流能将电能转换为热能。
电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
焦耳定律的数学表达式为：Q=I 2Rt 遥2.实验要求对于焦耳定律的演示实验，教师首先让学生掌握的物理观念是能量观念。
能量的转换和守恒是物理学的视角之一。
焦耳定律，它所涉及的能量是热能。
只有先掌握和领悟了最基本的热能观念才能进一步学好焦耳定律。
它是继欧姆定律后的又一个重要的电学定律，该公式的普通式可以写为：Q=I 2Rt 。
该公式定量说明了传导电流由电能转化为热能的规律，电流通过导体产生的热量和电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
教师要引导学生从公式中认识电流的热效应，运用焦耳定律完成相关计算。
教师要引导学生在实验过程中掌握科学探究的方法，形成科学的思维方式，依据经验事实建构理想模型利用分析综合、推理论证等科学思维方法，根据事实和科学推理对不同观点和结论提出质疑和改进，进而出创造性见解。
学会运用控制变量法和转换法。
在物习中，通过理论或实验发现物理规律的方法，包括发现题、合理猜测、设计实验探究方案和获取证据、分析论证合作与交流、评估和反思等。
学生要提高实验能力和科学思维能力，发散自己思维，只有经历了自主探究、交流合作，才能更好地学焦耳定律，激发学习和研究物理的好奇心与求知欲，主与他人合作，实事求是，对传统实验进行一定的反思，出自己的见解。
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（1）实验中通过观察U形管中的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少．这种实验方法叫．下面实验也用这种实验方法的是．
A．认识电压时，我们用水压来类比 B．用光线来描述光通过的路径
C．把敲响的音叉来接触水面，看有没有溅起水花，来判断音叉有没有振动
D．用斜面和小车来研究阻力对物体的影响
（2）装置中的U形管（选填“是”或“不是”）连通器．
（3）甲图所示的装置是用来研究电流通过电阻丝产生的热量与的关系，通电一段时间，（选填“a”或“b”）容器中电流产生的热量较多．
（4）乙图所示的实验装置是用来研究电流通过电阻丝产生的热量与的关系，通电一段时间，（选填“c”或“d”）容器中电流产生的热量多．
2、如图所示，甲、乙两个完全相同的玻璃瓶内有阻值分别为R甲、R乙的电阻丝，瓶中插入温度计a、b。
(1)利用此装置探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关时，在两瓶中加入质量、初温都相同的煤油。
闭合开关一段时间，可以通过情况，判断电阻丝产生热量的多少，在此采用的方法是。
（2）此方案是探究和时间相同时，电流通过电阻丝产生的热量与大小的关系。
(3)在甲、乙两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体，且电阻丝的阻值时，可以比较不同物质的吸热能力。
若温度计a比温度计b温度升高得快，则甲、乙两瓶内液体的比热容关系是C甲 C乙(填“大于”“小于”或“等于”)。
3、小明要用图所示的实验器材探究电压一定时，电流热效应与电阻的关系．其中瓶内电阻丝的长度、粗细都相同．
（1）请你用笔画线代替导线，帮他把电路连接完整．
（2）电流产生热量的多少不易直接测量．因此，在这个实验中是通过显示电流产生热量的多少的．象这种用能直接观测的量来显示不易直接观测的量的方法叫法．（填“转换法”，“控制变量法”，或“等效替代法”）
（3）在这个实验中，除了控制电压一定外，还要控制的量有．
（4）在这个实验中，若两个电阻丝的通电时间相同，则瓶内温度计的示数升高的多．
4、为了探究电流产生的热量跟什么因素有关，王军设计了如下图所示的家甲、乙两种装置，他将两端阻值不同的电阻丝（R1<R2）分别密封在两个完全相同的烧瓶中，并通过短玻璃管与相同的气球相连，两次实验电源电压不变。
（1）在这个实验中，电流产生的热量多少是通过体现出来的，像这种用能直接观测的量来显示不容易直接观测的量的方法叫“转换法”，这种方法在物理学研究中经常用到，请举一例：
（2）甲装置可探究电流产生的热量与的关系。
（3）在装置甲、乙的来两次实验中，通过比较相同时间里气球B与D的变化情况可探究电流产生的热量
与的关系。
（4）在甲、乙两装置同时实验，在相同的通电时间里，与气球（填气球字母标号）相通的电阻丝产生热量最多。
（5）教材上的实验装置如图丙所示（烧瓶与图中的相同）。
比较甲、乙和丙图所示的两种不同的实验装置，你认为较好的装置是，理由是：
5、用如图所示的实验装置探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系”。
（1）实验中通过观察来比较电流产生的热量的多少。
（2）为了在较短的时间内达到明显的实验效果，选用煤油而不是用水，主要是由于_____。
（3）为了便于比较两种电阻丝通过电流后产生热量的多少，甲乙两瓶中要装
入、的同种液体。
（4）为达到实验目的，选用的两电阻丝的阻值不能。
（5）实验结论是。
（6）该实验装置还可以研究通电时间一定时导体产生的热量与的关系。
你还需要的操作是
____________________
6、小刘同学在探究“电流与电阻的关系”时，用到如下器材：电源电压6V、电流表、电压表各一只、定值电阻5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、30Ω各一个，滑动变阻器标有
“20Ω 1A”字样、开关一只。
设计实验电路图如图18所示，实验数据如下表：
（1）根据表中数据可知电阻R两端电压U=____________V。
（2）测量了5Ω的定值电阻两端的电压和电流后, 换上10Ω的定Array值电阻后，闭合开关，为了保证不变,
此时应将滑片P向_____ （选填“左”或“右”）移
动。
（3）小刘把30Ω的定值电阻接入电路, 不论怎样调节滑动变阻器都不能满足设定的电压值，其原因
是。
7、现有下列器材：学生电源（6V），电流表（0﹣，0﹣3A）、电压表（0﹣3V，0﹣15V）、定值电阻（5Ω、10Ω、20Ω各一个）、开关、滑动变阻器和导线若干，利用这些器材探究“电压不变时，电流与电阻的关系”
（1）请根据图19甲所示的电路图用笔画线代替导线将图乙所示的实物连接成完整电路．（要求连线不得交叉）（2）连接电路时，开关应该．
（3）闭合开关前，滑动变阻器滑片P应该位于端（选填“A”或“B”）．
（4）实验中依次接入三个定值电阻，调节滑动变阻器的滑片，保持电压表示数不变，记下电流表的示数，利用描点法得到如图丙所示的电流I随电阻R变化的图象．由图象可以得出结
论
（5）上述实验中，小强用5Ω的电阻做完实验后，保持滑动变阻器滑片的位置不变，接着把R换为10Ω的电阻接入电路，闭合开关，向（选填“A”或“B”）端移动滑片，使电压表示数为V 时，读出电流表的示数．
（6）为完成整个实验，应该选取哪种规格的滑动变阻器．
ΩΩΩ．。