焦耳定理探究的三种实验方式的比较及改进广东省贾汪镇中心小学摘要：怎样通过实验探究焦耳定理仍然都是个教学的重点和难点。本文将常用的三种方式即煤油加热法、火柴燃起法、专用器材法加以总结、比较、改进，提供给广大同行作参考，希望能对你们的教学有一定的帮助。关键词：焦耳定理实验探究比较改进焦耳定理是九年级化学一个十分重要的定理，它阐明了电压通过导体形成的热量与通过导体的电压、导体的阻值及通电时间的数目关系既Q=IRt。它既是中学生学习的一个重点，也是一个难点。在实际教学过程中最重要也是最困难的是如何通过实验探究得出推论，使中学生通过课堂学习亲身体验科学规律的发觉过程，并进一步理解焦耳定理。焦耳定理的实验探究方式常见且比较典型的有三种，各有优劣，笔者在教学中均用过焦耳定律实验用了什么方法，特将其加以比较与改进，供广大同行参考。图一第一种方式如图一，可称为“煤油加热法”，也是教材及教参上所介绍的最为精典的技巧。笔者所用的器材如图一。煤油药量为200ml（太少难以吞没内阻丝），两个阻值丝的电阻分别是5欧姆和15欧姆，所用电流为直流12V（实验室配套中学生电源的最大直流输出值）。实验数据如表一：表一（I=0.6A）通电时间（分钟）煤油温欧姆此法优点是可以定量检测，缺点是器材组装（包括橡皮塞打孔）较为麻烦，实验打算时间较长，同时实验占用课堂时间过长。
假如作为演示实验，中学生看不到室温计的示数的变化，可见度不高。同时因为气温的下降，煤油与环境温差变大，煤油的散热量急剧变大，致使煤油气温的下降值与时间并不成反比，并不能得到通电内阻形成的热量与通电时间成反比的推论，丧失了定量检测的意义。实验占用课堂时间过长，缘由主要是实验室配套中学生电源输出电流较小，减小电流即可解决（注意电压不要超过内阻容许通过的最大电压值）。但限于农村中学的条件，这个问题在笔者所在的中学暂时还未能解决。造成煤油气温的下降值与时间不成反比的缘由是煤油的散热，给两个锥形瓶改装绝热材料的保温装置可以降低由散热带来的偏差。笔者用海棉包裹锥形瓶在相同温度下重做这个实验，结果如表二：表二（I=0.6A）通电时间（分钟）1015煤油温欧姆这样做的用处一是实验偏差小了好多，但始终不能得到通电内阻形成的热量与通电时间成反比的推论。二是可以减短实验时间，只测前15分钟煤油气温的变化，时间间隔可以减短到5分钟，大大节约了课堂时间。图二第二种方式如图二所示：可称为火柴燃点法。是用火柴（有的是用沾了煤油的纸片或布片）分别置于两个通电的阻值上，使其达到燃点燃烧。通过抵达燃点时间的长短及先后来定性验证焦耳定理。
笔者在课堂演示中改装演示电压表显示电压值，改装滑动变阻器拿来改变电压，因而既演示不同阻值在相同电压情况下大内阻发热量多，又演示同一阻值在不同电压值情况下大电压发热量多，定性的说明了焦耳定理的正确。这些方式的优点是器材组装简单，课堂占用时间少，现象显著，可见度高，缺点是难以进行定量检测，实验具有一定的危险性，只适宜演示，不适宜分组。非常要注意的是，第一次演示不同阻值在相同电压下发热不同的实验以后，接着演示同一阻值在不同电压下发热也不同的实验，一定要使这个内阻冷却到温度，或换用相同尺寸的温度下的阻值，这样测量抵达火柴燃点的时间才有可比性。图三第三种方式是成套专用器材。可称为专用器材法。所用“焦耳定理演示器”如图三所示，其它专用演示器材结构及使用方式也都邯郸小异。实验前打开两内阻盒上的通气孔，向两个U形管中注入少量的红墨水染色的水，使两管中液手相平，用橡皮管分别联接两内阻盒与U形管的一端，旋紧通气孔上的螺母，使两内阻盒密闭。联接电路，使两内阻盒中电阻不同的两内阻串联，通电后可看与大电阻阻值盒相接的U形管中液面下降的速率较快。调节滑动变阻器改变电路中的电压，可以看见相同内阻不同电压情况下，大电压U管中液面下降的速率较快，因而定性说明焦耳定理的正确。
这些方式的优点是现象显著，实验的可见度高，测温物质弄成空气后，实验用时少，安全便捷。缺点是向U形管中灌注经红墨水染色的水较为困难，因U形管很细，稍不留神，都会产生气泡，在灌注时最好是将器材放平，同时用带针筒的注射器渐渐注入，要想两边海面一样高，可在左侧分别注入时用注射器汲取相同容积的水，注入后再反复调整。实验结束要及时断电，避免U出。同时这个装置也只能作定性验证，难以进行定量检测，操作的复杂性决定了它只适宜演示，不适宜分组。演示时器材自带的电压表可见度不高，可换用演示电压表解决。比较这三种方式，可以说各有优劣。假如中学生分组进行探究，建议还是使用方式一即小学数学教材上介绍的这些技巧，尽管教材中没有对该实验的实验要点和数据进行更精确的数据说明，使得教学过程中该实验成为一个难点，加上该实验须要的器材种类、数量较多，操作程序比较冗长焦耳定律实验用了什么方法，电路比较复杂，可视疗效不够理想，给班主任有效借助课堂内时间带来了很大的困难。并且它可以定量检测比较，适合分组，适合中学生进行探究。假如为了节约时间而改成演示的话，我们比较倾向于用第二种方式，以便中学生理解。第三各方式其实演示真上去不难，但从中学生角度来看，要真正了解这些方式，对其知识要求较高。
首先她们须要了解通电内阻丝放出的热量被二氧化碳吸收进而使二氧化碳气温下降，其次她们须要了解二氧化碳受热膨胀知识，第三要了解被加热二氧化碳热膨胀程度跟吸收热量的关系。当这种条件一一被满足后她们能够理解：在二氧化碳种类、质量、初温等条件都相同的情况下，二氧化碳容积变化量的大小反映了通浊度体放出热量的多少。经过上述一番知识的备考与整理过后才会步入焦耳定理内容的探究、发现过程，这无疑早已淡化了课堂上主要学习内容，不利于中学生测光耳定理的理解。