焦耳定律的实验改进与创新

焦耳定律的实验改进与创新莘县十八里铺镇王铺中心初级中学任瑞法 2010年8月10日11:20丁庆华于10-8-10 16:18推荐改进力度大，措施得力，操作方便，效果明显，值得借鉴。

演示实验是物理教学过程中的重要环节，教师通过实验的演示，可直观地将知识传输于学生，学生可通过物理实验灵活应用所学知识，观察分析实验结果，探索新的理论。

在整个教与学的过程中，实验设备的优劣，对实验的结果起着决定性的作用。

《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（略）比较复杂，密闭要求高，显示速度慢，可见度小，耗时长。

该实验过程同时存在以下三点不足：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；另外要待两只玻璃管的液柱降到原来的高度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，需很长时间液柱才能回到原来的高度。

第二，只能定性研究，不能定量研究，演示效果差。

第三，加热时间长，学生注意力容易分散，并且不能连续重复演示，不利于组织课堂教学。

鉴此，本人对实验进行如下的改进，收到了良好的课堂效果。

改进后的实验装置如图所示。

在一块木板上，固定三个完全相同的锥形瓶(烧瓶亦可)。

在瓶中各放一根电阻丝，且R甲> R乙=R丙(R甲、R乙、R丙均小于10欧)，并在瓶中封闭一定量的空气。

瓶中的玻璃管均与气压计连通。

为了便于学生观察，可在气压计的水中滴入红墨水。

在通电前，气庄计的液面保持相平，电源用两节干电池即可。

通电1分钟左右，因瓶中气体受热膨胀，使得气压计的液面产生高度差，且温度越高，液面高度差越大。

实验具体操作如下：在电阻和电流相同情况下，探究电流产生的热量跟通电时间的关系。

先将甲瓶连入电路，通电前，保持气压中的液面相平，通电后，气压计的液面产生高度差，通电时间越长，液面高度差越大。

这表明通电时间越长，电流产生的热量越多。

教案改良与创新——物理焦耳定律的新型教学设计探究物理焦耳定律的新型教学设计探究物理学是一门基础学科，是对自然现象和规律的探究和研究。

在学习物理学的过程中，焦耳定律是一个非常重要的知识点。

然而，传统的教学方法已经无法满足学生的需求。

因此，本篇文章将讨论教学改良与创新——物理焦耳定律的新型教学设计探究。

一、问题的提出我们需要了解传统教学模式中存在的问题。

在传统的教学模式下，教师经常只是在讲台上讲课，让学生在课下自己完成作业。

这种方式对于理论知识的学习效果很难起到很大的作用。

除此之外，传统教学模式中还存在以下问题：1.教学内容单一：传统教学模式中，教师通常只是讲授概念或公式，而缺乏实际操作和应用。

2.学生被动接受：传统教学模式中，学生只是被动地接受授课内容，没有机会积极主动地参与其中。

3.缺乏互动：传统教学模式中，教师和学生之间很难形成良好的互动氛围，导致教学效果不佳。

以上问题不仅仅是教师和学生的困扰，更值得重视的是，教学质量也受到一定的影响。

二、新型教学设计探究在传统教学模式存在的问题之下，我们需要思考如何改良和创新教学方法，以达到更好的教学效果。

以下是物理焦耳定律的新型教学设计探究：1.引入多媒体技术在教学过程中，可以使用多媒体教学技术。

多媒体技术的特点是图像清晰，声音清晰，让学生对学习内容有更直观的理解。

2.重视实验教学在进行实验教学的时候，可以将数据传输到电脑上，通过数据处理软件对数据进行处理。

这样不仅可以增加趣味性，而且学生自己较难操作到的数据处理也被具现化，方便学生理解模拟实验的过程。

3.提高学生参与度为了提高学生的参与度，教师可以采用互动教学法。

通过分组讨论，小组竞赛等方法，激发学生主动学习的积极性。

教师可以加入多种教学法，如尝试性学习和实践性学习，将理论与实践相结合，让学生积极参与。

以物理焦耳定律为例，实验室中学生可使用电阻器、电池和导线等物品更直观的去理解焦耳定律的原理。

让学生在课堂上进行电阻器测量值和电流值的测量。

焦耳定律实验的改进物理是以实验为基础的一门科学。

初中物理教学中,大多物理规律的教学,一般从物理现象着手,通过对学生视觉、听觉等的冲击,使学生产生一种直观的感受和体验,从而产生一些思考并进行探究。

在物理实验中更能展现出物理的神秘性和趣味性,也是学生建立正确的物理概念、培养科学精神和利用科学改造社会生活的一个重要手段。

在教学的全过程中要贯穿实验这一条主线,要让学生准确地理解物理概念。

初中物理教材中电流的热效应现象，这个演示实验能够增强学生对电流产生热这个知识点的理解与掌握.但是在教学实践过程中也发现，物理仪器室现存的焦耳定律演示器设计有局限,存在接口多、没有安装电流表、气密性难以保证的诸多等因素的影响,导致教师在课堂上做演示实验时常不能达到设计所期望的效果甚至实验失败，本文就按照解决问题的思路，就地取材，自制一套焦耳定律演示器，仪器制作完成后，经过多位一线教师的使用，都得到了一致的好评，实验成功率达到100%。

期望这些改进性自制教具能够改善演示实验的演示效果,帮助教师更好地完成教学任务,使学生通过课堂上观察实验现象，更好的掌握电热知识。

一、电路：电流流过的路径就叫电路，大家都知道，电流流经的路径在初中物理中很难显示出来，即使我们如何天花乱坠的讲解、举例。

所以在本实验刚开始的时候都很难判断电路中是否有电流流过，更无法在头脑中形成物理概念。

那就需要安装一个直流电流表，这样在整个实验过程中就知道两个贮气瓶中的等值发热电阻是否有电流流过。

二、分别取两个集气瓶作为贮气容器，找到两个新鲜的胶塞，通过打孔器给胶塞打两个孔，分别插上两根长短合适的玻璃管，一根作为联通软胶管用，一根作为气门，当我们向U内注射有色无毒液体的时候，要打开气门密封胶盖。

然后在胶塞中插入两根铜导线，作为联通贮气瓶里面的发热电阻的导线。

如下图所示：本实验器材的缺点：由于贮气瓶是用集气瓶代替，属于玻璃器具，在搬运过程中需小心碰撞，以免贮气瓶破碎。

对焦耳定律实验的改进 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT对焦耳定律实验的改进天津市河东区香山道中学申卫新笔者接触到很多有关焦耳定律的实验装置（如教材中的、国家调拨的、网上搜索到的），它们使用起来较麻烦。

初中物理教师教学用书光盘中有焦耳定律实验，但演示得不够全面。

笔者对焦耳定律的实验装置进行了一下改进：用一般学校都具备的定值电阻与电源在线路板上组成电路，然后用温度计（演示温度计也可以）直接与定值电阻接触，测出定值电阻的温度变化，从而得出实验结论。

实验设计和操作简单、材料易得，效果也不错。

具体说明如下：一．R不同（I相同、t相同）,Q不同用4—5节干电池做电源，将其与一个5Ω定值电阻、一个20Ω定值电阻串联在线路板上组成电路。

5—10分钟左右，用两个温度计同时测两个定值电阻的温度变化。

它们的温度差别明显，说明它们产生的热量不同。

二．I不同（R相同、t相同）,Q不同用4—5节干电池做电源。

将两个10Ω定值电阻并联，然后将两个并联的定值电阻与一个10Ω的定值电阻串联。

用这三个定值电阻与电源、电键在线路板上组成一个电路。

5—10分钟左右，用两个温度计同时测两个定值电阻的温度变化（一个是并联电路中的电阻，一个是与并联电路串联的电阻）。

它们的温度差别明显，说明它们产生的热量不同。

三．t不同（I相同、R相同）,Q不同在上面的两个电路中，测其中任何一个定值电阻的温度，都可以明显地看出，时间越长，定值电阻的温度越高，产生的热量越多。

四．说明1.改进后的实验还可做成学生分组实验。

20Ω定值电阻如果不够用，可用10Ω定值电阻代替。

2.定值电阻的使用时间不宜过长，否则有可能烧坏。

本文所提供的电源电压数值、实验时间仅供参考。

3.有时不使用温度计，用手直接触摸定值电阻，感受定值电阻温度的变化，效果会更好。

4. 做完一个实验，再做另一个实验时，要注意将两个温度计恢复到室温后再做，或者重新换温度计再做。

焦耳定律演示实验装置的改进与创新作者：吴葛亮来源：《新课程·中学》2017年第04期（湖北省宜昌市夷陵区雾渡河镇初级中学）摘要：焦耳定律想必大家都不陌生，就是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，跟通电的时间成正比。

焦耳定律的实验课本上有，根据实际教学经验，对该实验进行了部分改良，相信会使学生更加深入、透彻地了解和学习焦耳定律。

关键词：焦耳定律；科学实验；实验与创新一、问题的提出如书本上图18.4-2是人教版九年级物理第十八章《电功率》第4节《焦耳定律》演示实验——探究电流通过导体时产生的热的多少跟什么因素有关的实验装置。

在实际实验操作中该装置存在以下弊端：1.由于该装置的原理是通过导体上产生的热量加热密闭容器中的空气来改变U形管总液面高度来判断产生热量的多少的，因此装置的气密性是否良好直接影响实验的效果。

而实际长期使用会导致装置的气密性变差，从而直接影响实验的成败。

2.该装置需要学生观察两个U形管中液面高度的变化，而实际教学中，后排学生不容易观察到实验现象，学生的观察效果大打折扣。

3.由于该装置中的电阻是密封在密闭容器中的，对学生器材的选择、安装只能被动接受，学生的实验参与、实验体验被限制了。

二、问题的解决：实验的改进与创新1.实验原理的改进：由于白炽灯是利用电流的热效应来工作的，电流通过白炽灯的灯丝产生热量使白炽灯发光，灯丝上产生的热量越多，温度就越高，灯丝就越亮，所以可以通过观察白炽灯灯丝的亮度来比较灯丝上产生的热量的多少。

2.实验装置的改进：将三个灯座和一个总开关按照上图安装。

提供220V 95W、220V 40W 两种规格白炽灯各3个。

3.实验方法的改进：在焦耳定律演示实验教学中，设计探究电热与电阻、电流的关系的实验方案需要学生进行讨论交流。

我给出了如下讨论要点：（1）选用什么规格的白炽灯，为什么这样选？（2）选用的灯泡怎样接入电路，这样接入的目的是什么？（3）观察什么现象来比较灯丝上产生的电热的多少？演示实验1——探究电热与电阻的关系：选择220V 40W、220V 95W两种规格白炽灯各1个，串联接入R1和R2处，规格不同，电阻不同，串联接入可以控制电流和通电时间相同，通过观察灯泡的亮度可以看出在电阻大的灯泡（220V 40W）R1上产生的热量多。

焦耳定律实验的改进摘要：《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，其常规实验装置如图1、图2所示。

该装置作为演示实验器材，能够在短时间内演示电热与电流、电阻的关系，而且现象明显、可见度高。

可是也存在不能同时演示电热与电流、电阻的关系，要分两次实验完成，密闭要求高等不足。

针对焦耳定律实验，本人对该实验进行了改进。

关键词：焦耳定律演示实验实验改进《焦耳定律》这节课是电功率这一章节的重点，也是初中物理学的重点内容。

它是欧姆定律的引申和发展，是能量守恒定律在电能和内能转化中的具体体现。

而在焦耳定律教学中，做好实验及分析实验现象是关键，是教学的重点和难点。

焦耳定律的研究过程体现了研究物理问题的基本方法——控制变量法：控制电流不变，通电时间相同时，研究电流产生的热量与电阻大小的关系；控制电阻不变，通电时间相同时，研究电流产生的热量与电流大小的关系。

学生要通过实验，分析实验现象才能认识到电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系，而电热是看不见的，那如何让电流通过电阻产生的热量更直观地显示出来，这是实验的关键。

教科书中的演示实验以空气作为吸热物质，电阻产生的热量被空气吸收，从空气的膨胀程度来判断其吸收热量是多少，将不易观察到的电流产生的热量的多少转换为观察空气膨胀的程度。

而液体的高度变化可以显示空气膨胀的程度，即电阻放热使密闭容器内的空气吸热后体积增加、压强增大，从而推动U型管中的指示液面上升，液面上升高度的大小反映了电流通过电阻做功产生热量的多少。

一、使用教科书中的演示实验器材设计的实验步骤如下：1、探究电流通过导体产生热量的多少与电阻大小的关系（图1）①检查装置仪器的气密性；○2将阻值不同的两个电阻5Ω、10Ω串联；○3接通电路一段时间，同时比较两U型管中液面高度差。

实验结果是：与10Ω电阻相连的U型管中液面高度差大。

这表明在电流和通电时间相同时，电阻越大，电流产生的热量越多。

2、探究电流通过导体产生热量的多少与电流大小的关系（图2）○1在两U型管管中的液柱降回到原来的高度后，将3个阻值相同的电阻以右图的连接方式连接；○2通电一段时间，比较两U型管中液面高度差。

实验研究此i f 教■学参考第50卷第4期2021年4月“焦耳定律”实验的改进与创新陶仕银董云(武汉大学附属外语学校湖北武汉430072)文章编号：1002-218X (2021)04-0048-02 中图分类号：G 632. 0 文献标识码：B摘要：焦耳定律实验是初中探究电流的热效应与电流、电阻关系的重要实验。

教材中的实验设计存在着实验原理学生难理解.实验装置易老化导致气密性差，实验现象只能作定性分析等不足。

对该实验从原理、器材、方法、步驟等方 面进行了改进和创新.有效提高了实验的操作性和可视性，关键词：初中物理；焦耳定律；实验改进―、问题的提出“焦耳定律”是人教版九年级第十八章“电功率” 的重点内容，它是欧姆定律的引申和发展，是能量守 恒定律在电能和内能转化中的具体体现。

教学中，做 好实验及分析实验现象是教学的关键，也是教学的重 点和难点，更是培养学生物理核心素养的重要途径。

图1是教材“探究电流通过导体时产生热量的多 少跟什么因素有关”的 实验装置，该装置有以 下不足：(1)该装置的原理是通过导体上产生的热 量加热密闭容器中的空 气来改变U 形管液面高 度再来判断产生热量的多少.因此装置的气密性是否良好直接影响实验的效 果。

此装置大部分材料由塑料和橡胶制成，长期使用 会导致装置的气密性变差.从而直接影响实验的 成败。

(2) 该装置需要学生观察两个U 形管中液面高度的变化，而实际教学中，后排学生不容易观察到实验现象.效果大打折扣。

(3) 该装置中的电阻密封在密闭容器中，学生对器材的选择、安装只能被动接受，学生的实验参与、实验体验被限制。

二、实验的改进与创新1.实验原理的改进① 受热对象将原来的气体改成导体本身（固体）。

② 测定电流产生热量的多少由原来的U 型管液面高度变化转化为等质量同种金属温度的变化。

根 据公式Q = «w A /，可以确定质量相同、比热容（材料） 相同时，吸收热量的多少与升高的温度成正比，将吸 热多少定量转化为温度升高的变化量，使得定量完成 焦耳定律实验成为可能.即使存在温度传感器吸热的 问题，也可以定量转化，因为完全相同的温度传感器 的质景、比热容也相同.吸热同样与升高的温度成 正比。

062教育管理与艺术 2014年第5期学科教育再论焦耳定律实验的改进与创新贵州省三都县周覃中学 覃意军焦耳定律实验是学生学习电流热效应的定性过程，描述电流流过导体产生热量的基本规律，做好演示实验是理解焦耳定律的关键，从定性表述的规律过渡到焦耳定律的定量关系的体验过程。

下面笔者就大家常做的几种焦耳定律实验设计进行探讨并对该实验改进创新，以供大家参考。

一、旧版人教版的焦耳实验上图是初中物理人教版九年级第十八章四节《电与热》中“探究影响电热的的因素”的实验装置图。

根据教材对实验设计实验步骤如下。

1.甲瓶与乙瓶相连，（甲电阻大于乙电阻）连接成串联电路，接通电路一段时间，通过玻璃管中的液体上升的高度来进行比较两瓶中煤油哪个温度上升得高。

实验结果是：甲瓶中煤油温度上升得高。

这表明通过的电流和通电的时间相同，电阻越大，电流产生的热量越多。

2.待两支玻璃管中的液柱降回到原来相同的高度后，调节滑动变阻器，增大电流，重做上面的实验，通电时间和前次时间相同，在这两次实验中，比较甲瓶（或乙瓶）中的煤油温度哪次上升得高。

在第二次实验中电阻和通电时间相同时，瓶中煤油温度上升得高。

这表明电流越大，电流产生的热量越多。

3.实验表明，在电阻和通电电流大小不变时，通电时间越长，瓶中的煤油温度上升得越高，电流产生的热量越多。

该实验的不足变现在一下几方面。

1.实验所需时间过长：第一步探究得出“电阻大产生热量多”的结论后，要等到玻璃管中液柱回到原来的高度后，才能做第二次实验，中间等待的时间较长，直接影响后面的教学内容不能按时完成。

2.实验的科学性目标不明确：温度的变化是通过玻璃管里液体的高度来显示。

由于气压的关系玻璃瓶里液体就会向外溢出，玻璃管中液柱上升的高度跟玻璃瓶里的气压大小有着直接的关系，如果要想比较精确地得出电流的热效应与电阻的关系不太现实，因为要受到实验装置的气密性，玻璃管里液体上升的刻度精度，瓶里液体材料的选取，量的多少等条件的制约，所以说该实验只能作为表述性的定性理解焦耳定律，而不能作为通过实验定量分析得出焦耳定律。