焦耳定律实验的改进

摘要：针对教材中关于焦耳定律的实验中的不足，对该实验做了相应的改进，将教材中的吸热物质煤油改为空气，通过空气的受热膨胀来演示焦耳定律，实验现象较为明显，并且改进后的装置，液面升高的情况能同时展现在学生面前，对比性较好。

关键词：焦耳定律；热膨胀；演示实验

现行人教版九年级物理教材“电与热”中的“焦耳定律”演示实验，虽然演示效果良好，但是在实验中有以下不足：

l ）用煤油作为吸热膨胀物质欠佳，由于注满烧瓶的煤油质量比较大，吸收一定的热量后，温度升高不大，况且煤油的热膨胀系数较小，即使用较细的玻璃管做实验，液柱上升也缓慢，耗时长。

2 ）教材中的实验需要分2 次进行，对比度差。

3 ）煤油颜色浅，在玻璃管中上升可见度低。

4 ）课前准备时需将两烧瓶注满煤油并且要调整两管中煤油高度相同，不易操作。

5 ）因为液体是煤油，实验后洗刷麻烦．鉴于以上不足，笔者对该实验进行了如下改进。

1 实验器材

3个形状、规格（250mL）相同的广口瓶，3支粗细相同、长为30 cm 、两端开口的细玻璃管（管上分别套有2 个橡皮圈作液面标记用）, 3个穿好电阻引线的橡皮塞，3个定值电阻（电阻丝阻值分别为R , R，2R，电压为6v的电源，2个最大阻值为15Ω的滑动变阻器，2块演示电流表，1个开关，1个滴管，红色、蓝色墨水各1 瓶，量筒，酒精等。
2 实验演示

实验装置如图1 所示。

图1 实验装置示意图

l ）课前准备：分别在甲、乙、丙3只广口瓶注入等体积的红、蓝、红色的酒精（体积为70mL ) , 将3只套有橡皮圈的细玻璃管分别通过瓶塞插到酒精里面，然后把塞子塞紧，使瓶内气体压强大于外面大气压强，这样细玻璃管内的酒精就会上升到塞面上方，注意调节玻璃管里液面在同一水平线上，同时用其中1 个橡皮圈做好起始标记。

2 ）课堂实验操作步骤如下：

a ．先利用投影或辅助黑板介绍改进后的装置，说明实验目的及研究对象。

b ．按图1连接实物并检查线路。

c． 调节2 个滑动变阻器的滑片在适当位置。

d ．闭合开关给空气加热，大约305 断开开关，立即用另一橡皮圈迅速标出3只管中液面的位置。

e ．指导学生分析实验现象。从甲、乙管中可以看到，当电阻相等、通电时间相同时，通过的电流较大，酒精上升得较高，即电流产生的热量较多，表明电流越大产生的热量越多；从乙、丙管中可以看到，当电路中的电流及通电时间相同时，电阻较大的管中酒精上升得较高，即电流产生的热量较大，表明电阻越大，电流产生的热量越多；分析其中任意一瓶玻璃管中的液面，若通电时间越长，酒精会上升的越高，即电流产生的热量越大，表明通电时间越长，电流产生的热量越多。

通过上述实验结果分析比较，再让学生阅读教材中第49页第3自然段便可得出焦耳定律的具体内容。

3 实验的优点

l ）更换原吸热物质（煤油），利用空气吸热膨胀比液体直接吸热膨胀现象更明显，省时，并且省去实验后洗刷仪器的麻烦。

2 ）实验过程中3根玻璃管中液面升高的情况能同时展现在学生面前，对比性好，能吸引学生的注意力，缩短演示实验时间。

3 ）装入有颜色的酒精，增大可见度。

4 ）操作方便，简化实验的难度。

4 注意事项
l ）橡皮塞要塞紧，玻璃管要插入液面下一定深度，确保良好的气密性。
2 ）电阻丝勿要触及酒精，保证吸热物质主要是空气。
3 ）要注意避免电阻丝触及广口瓶及玻璃管，在制作穿孔时，孔的尺寸要适中，以保证良好的气密性。