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》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
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。

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。

通过焦耳定律验证能量守恒的实验方法能量是物理学中一个非常重要的概念，能量守恒原理是指在一个封闭系统中，能量的总量保持不变。

为了验证能量守恒原理，科学家们进行了许多实验。

其中，通过焦耳定律验证能量守恒是一种常见的实验方法。

本文将介绍这个实验方法以及其步骤与原理。

焦耳定律是指当电流通过一段电阻时，电阻内部会产生热量。

热量的产生与电流的大小和电阻的阻值有关。

焦耳定律可以表示为Q=I^2Rt，其中Q表示热量的大小，I表示电流的强度，R表示电阻的阻值，t表示电流通过电阻的时间。

根据焦耳定律，可以通过测量热量的方式验证能量守恒原理。

为了进行这个实验，我们需要准备以下材料和设备：1. 一个电阻丝2. 一个直流电源3. 一个电压表4. 一个电流表5. 一个计时器6. 一些导线7. 一个温度计8. 一个容器（用于接收产生的热量）下面是该实验的步骤：1. 将电阻丝连接到直流电源，并将电压表和电流表分别连接到电阻丝两端，用导线连接。

2. 打开电源，设置合适的电压和电流值，记下电流的强度和电阻的阻值。

3. 启动计时器开始计时，记录电流通过电阻的时间。

4. 将温度计放入容器中，测量容器内的初始温度。

5. 当电流通过电阻丝时，观察容器内温度的变化，并记录最终的温度。

6. 根据温度的变化计算热量的大小，使用焦耳定律公式Q=I^2Rt进行计算。

7. 比较计算得到的热量与实际观察到的热量是否相符。

如果相符，说明能量得到了守恒。

实验原理：通过实验中测量的电流强度、电阻阻值和时间，结合焦耳定律公式Q=I^2Rt，可以计算出通过电阻丝所产生的热量。

这个热量可以作为能量的一种表现形式。

根据能量守恒原理，系统中的能量在转化过程中不会损失，因此，在这个实验中，通过比较计算得到的热量和实际观察到的热量，可以验证能量守恒的原理是否成立。

总结：通过焦耳定律验证能量守恒的实验方法是一种简单而有效的方法。

它通过测量电流、电阻和时间，并计算出产生的热量来验证能量守恒原理。

新人教版九年级物理焦耳定律教案优秀7篇新人教版九年级物理焦耳定律教案精选篇1【课题】“焦耳定律”的演示【组织形式】学生分组或教师演示【活动方式】1.提出问题2.实验观察3.讨论分析【实验方案示例】1.实验器材：干电池四节，玻璃棒，若干电阻丝，蜡烛，火柴棒.2. 制作方法把同一根电阻丝分别绕在玻璃棒的两端，绕线匝数比例为1∶8，两线圈相距5cm左右，然后在这两个线圈上滴上同样多的蜡，使线圈被蜡均匀地包住.点着火柴立即吹灭，靠其余热将两根火柴杆粘在两个线圈上3.实验步骤(1)用两节干电池给玻璃棒上的电阻丝通电，可看到匝数多的线圈(电阻大)上的火柴杆比匝数少的线圈(电阻小)上的火柴杆先掉.这就表明：在电流强度和通电时间相同的情况下，电阻越大，电流产生的热量就越多.(2)经过较长时间后，匝数少的线圈(电阻小)上的火柴杆也会掉下来.这就说明：通电时间越长，电流产生的热量越多.(3)用四节电池(增大电源电压)重做上述实验，可看到两根火柴杆都先后很快掉下来.在线圈的温度不太高时，可认为总电阻不变，电压增大时，通过它们的电流增大.这就表明：电流越大，电流产生的热量越多.新人教版九年级物理焦耳定律教案精选篇2九年级物理焦耳定律教案教学目标知识目标1、知道电流的热效应。

2、理解的内容、公式、单位及其运用。

能力目标知道科学研究方法常用的方法等效替代法和控制变量法在本节实验中的运用方法。

情感目标通过对焦耳生平的介绍培养学生热爱科学，勇于克服困难的信念。

教材分析教材从实验出发定性研究了电热与电流、电阻和时间的关系，这样做的好处是体现物理研究问题的方法，在实验过程中学生能更好地体会的一些科学研究的方法，避免了一开始就从理论上推导给学生造成理解的困难和对纯电阻电路的理解的困难。

在实验基础上再去推导学生更信服。

同时启发学生从实验和理论两方面学习物理知识。

做好实验是本节课的关键。

教法建议本节课题主题突出，就是研究电热问题。

可以从电流通过导体产生热量入手，可以举例也可以让学生通过实验亲身体验。