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。
焦耳定律和欧姆定律理想实验法
焦耳定律和欧姆定律理想实验法焦耳定律理想实验法焦耳定律描述了电流通过导体时产生的热量，其定量关系为：Q = I²Rt，其中 Q 为热量，I 为电流强度，R 为导体的电阻，t 为时间。
理想实验法旨在消除所有影响热量计算的额外因素，精确验证焦耳定律。
实验步骤：1. 建立电路：使用电池、导线、电阻器、电流表和电压表构建一个简单的串联电路。
2. 测量电流强度和电压：使用电流表和电压表测量电路中的电流 I 和电压 V。
3. 计算电阻：使用欧姆定律 R = V / I 计算导体的电阻 R。
4. 测量时间：记录电流通过导体的持续时间 t。
5. 测量热量：将导体放置在绝缘容器中，测量电路通电前后的容器温度变化ΔT。
6. 计算热容：确定容器的热容 C，即每单位温度变化吸收或释放的热量。
7. 计算热量：使用公式Q = CΔT 计算电流通过导体产生的热量 Q。
欧姆定律理想实验法欧姆定律描述了导体中电流强度与施加电压之间的线性关系，其定量关系为：I = V / R，其中 I 为电流强度，V 为电压，R 为电阻。
理想实验法旨在排除所有影响电流计算的额外因素，精确验证欧姆定律。
实验步骤：1. 建立电路：使用电池、导线、电阻器、电流表和电压表构建一个简单的串联电路。
2. 改变电压：使用可调电源或分压器逐渐改变电路中的电压 V。
3. 测量电流强度：使用电流表测量电路中的电流 I。
4. 确定电阻：使用欧姆定律计算导体的电阻 R = V / I。
5. 绘制 I-V 图表：将获得的电流强度值 I 作为电压值 V 的函数绘制成图表。
理想实验条件：焦耳定律和欧姆定律的理想实验法都要求在受控且稳定条件下进行。
理想条件包括：恒定温度：温度的变化会影响导体的电阻和热容。
无外部磁场：磁场可以感应出额外的电压和电流。
均匀电流分布：导体中电流分布的任何不均匀性都会导致热量产生不均匀。
良好的绝缘：热量损失或增益会影响热量测量。
精确测量：准确的电流表、电压表和温度计对于获得可靠的数据至关重要。
焦耳定律的小实验
焦耳定律的小实验焦耳在电机线圈的转轴上绕两根细线，分别跨过相距27?4米的定滑轮后垂挂几英磅重的砝码。
线圈浸在量热器的水中。
由砝码下落距离可算出机械功大小，由水温变化可算出热量多少。
1843年他得到热功当量为4.511焦耳/卡(现代公认值为4.187焦耳/卡)。
后经改进实验，他又得到热功当量为4.145焦耳/卡。
1849年他对各种测定数据进行分析，得到数值为4.154焦耳/卡的结论。
J.P.焦耳从1840年起，持续几十年时间，用电量热法和机械量热法，做了大量实验，得出结论：热功当量是一个普适常数，同作功方式无关。
从而证明了机械能(功)和电能(功)同热量之间的转换关系；论证了传热是能量传递的一种形式；为确认能量守恒和转换定律的正确性打下了坚实的实验基础。
1840年焦耳发现，导体内通以稳定电流后，产生的热量Q同电流强度I的二次方、导线电阻R及通电的时间t成正比，即同电流所作的功W 成正比W=JQ。
比例系数J表示产生1卡热量所需作的功，称热功当量。
其实验装置容器由绝热壁构成，电流作功使水的内能增加，从而水温升高。
用温度计可测出温差ΔT。
使用简单定义的使1克水温度升高1摄氏度所需热量作为量热单位（卡），则水的比热容为c=1cal/(g·℃)，当知道水的质量m后，即可由Q=сmΔT确定所传递的热量同电流所作的功W 间的关系式(W=JQ)，并定出热功当量J。
这种测量热功当量的方法叫电量热法。
焦耳还用机械量热法来测定热功当量。
重砝码缓慢匀速下降，带动轮轴和转轴使翼轮搅拌水，功转变为热，使水温升高。
由温度计测出搅拌前后水的温差而算出热量Q。
转变为热能的机械功W可由砝码下降的距离算出。
由W=JQ公式又可测定热功当量。
焦耳测定热功当量的实验是在英国曼彻斯特进行的，其结果是使1磅水升高1华氏度需作功772英尺磅，这相当于1卡=4.157J。
国际公认的精确值是J=4.186 8J/cal=4.184 0J/calth其中cal和calth分别表示国际蒸汽表卡和热化学卡。
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。
让学生动手做焦耳定律实验
让学生动手做焦耳定律实验
焦耳定律是一个在物理学中很重要的概念，它可以帮助我们理解很多物理现象的发生和发展。
实验手段就是验证和证明这种定律的存在。
一次焦耳定律实验大致分为如下几个步骤：
1、准备实验：准备实验所需的设备和用品，包括水槽、温度计、焦耳定律实验卡片等；
2、准备实验中用到的物质，比如水、氢氟酸、含有溴和碘的盐溶液等；
3、将实验中用到的物质稀释到所需要的浓度，并用杯子装好；
4、将温度计放置在水槽中，上面放入焦耳定律实验卡片，将稀释过的水及酸碱溶液分别
放入水槽中；
5、连接数据采集仪，记录实验中水槽中不同物质的温度变化；
6、根据实验数据，分析并验证焦耳定律的正确性。
以上就是一次焦耳定律实验的全部流程。
实验过程严谨、科学，实验者可以真实地验证焦
耳定律的机理，也可以加深对该定律的理解，为物理实验技术提供科学依据。
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》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。
焦耳定律和欧姆定律理想实验法
焦耳定律和欧姆定律理想实验法焦耳定律理想实验法焦耳定律阐述了电流通过导体时释放热量的关系。
理想实验法是一种精确测量焦耳热效应的实验方法。
实验原理焦耳定律指出，通过导体的电流强度、电阻和时间决定了热量的释放：```Q = I^2 R t```其中：Q 为热量（焦耳）I 为电流强度（安培）R 为电阻（欧姆）t 为时间（秒）实验装置理想实验法使用以下装置：电源电流表电压表电阻箱卡路里计搅拌器温度计实验步骤1. 组装装置：将所有设备连接起来，如下图所示。
2. 校准温度计：将温度计放入已知温度的水中并校准。
3. 测量初始温度：将卡路里计充满已知质量的水，并测量其初始温度。
4. 设置电流和时间：使用电源和电阻箱设置所需的电流强度和实验时间。
5. 启动电流：关闭搅拌器并启动电流，使电流流经导体。
6. 搅拌水：定期搅拌水以确保温度均匀分布。
7. 测量最终温度：在实验时间结束时，关闭电流并停止搅拌器。
记录卡路里计中水的最终温度。
8. 计算热量：使用水的比热容和质量计算实验中释放的热量：```Q = m c (T_f - T_i)```其中：m 为水的质量（千克）c 为水的比热容（4187 J/kg·°C）T_f 为最终温度（°C）T_i 为初始温度（°C）9. 比较结果：将计算出的热量与焦耳定律公式预测的热量进行比较。
欧姆定律理想实验法欧姆定律描述了导体中电压、电流和电阻之间的关系。
理想实验法是一种验证欧姆定律的实验方法。
实验原理欧姆定律指出，导体中的电流强度与电压成正比，与电阻成反比：```I = V / R```其中：I 为电流强度（安培）V 为电压（伏特）R 为电阻（欧姆）实验装置理想实验法使用以下装置：电源电流表电压表电阻丝滑动变阻器实验步骤1. 组装装置：将所有设备连接起来，如下图所示。
2. 设置电压：使用电源设置所需的电压。
3. 测量电流：使用电流表测量不同电阻值下的电流强度。
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1、如图所示小蕾同学在研究“电流通过导体产生热量的多少与电流、电阻是否有关”时，采用了如图所示的实验装置，其中a、b、c、d四个相同的容器密闭着等量空气，将1、2和3、4导线分别接到电源两端．
（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
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（0﹣0.6A ，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．
A.50Ω 1.0A
B.30Ω 1.0A
C.20Ω 1.0A．。