焦耳和焦耳定理简介
焦耳介绍
日本化学家焦耳做了很多实验。 1840年，他首先准确地确定了电压产生的热量与电压、电阻和通电时间之间的关系。 电阻值与通电时间成反比。 这个定律叫做焦耳定律
在化学实验中，我们除了要学会操作，还要学会实验前的设计实验和实验后的交流评价这两个环节。 接下来，通过对实验中的一些问题的讲解，感受和理解如何设计实验并进行交流和评价。
1、焦耳定理实验的探索方法是控制变量法。
要设计实验，需要知道如何处理化学问题。 焦耳定理实验采用的方法是控制变量法。
控制变量方法有哪些？
对于化学中多原因（多变量）的问题，常采用控制原因（变量）的方法，将多原因问题转化为多个单原因问题。 每次只改变其中一个诱因，而其余几个诱因保持不变，所以研究改变的诱因对事物的影响，分别研究，最后综合解决。 这些方法称为控制变量法。 它是科学探究的重要思维方式，广泛应用于各种科学探索和科学实验研究中。
在焦耳定理实验中，要探究的是电压通过导体所产生的热量与电压、电阻和通电时间之间的关系。 我们在研究发热与内阻的关系时，需要控制电压和通电时间恒定。 实验过程中，通过改变电阻值的大小，观察和分析热量如何变化，从而找出热量与内阻之间的关系。
探究电热与内阻关系的实验装置
如图所示，两个透明容器内密封着等量的空气，U型管内液面的变化反映了密封空气湿度的变化。 两个密闭容器里都有一段内阻丝，右边容器里的内阻比学校的大。 两个容器内的电阻丝串联在电源的两端，通过两根电阻丝的电压相同。 通电一定时间后，比较会示教两个U型管内液位的变化。
在图中所示的装置中，控制电压和通电时间，仅改变内阻。 从实验装置可以看出，这是一个探索电压通过导体所产生的热量与内阻之间关系的实验装置。
考你，从下图可以看出，它研究的是热量和那个诱因的关系？ 什么触发器在控制时是恒定的？
探索电热与电压关系的实验装置
在中学数学实验探索中，很多实验都采用了控制变量法。 如：探究声音响度与频率的关系； 探索声音的音高和振幅之间的关系； 探究动能与什么诱因的关系等等。
2.在焦耳定理的实验中，也用到了换算法
在焦耳定理的实验中，使用了另一种研究化学问题的方法——换算法。 这些都是在设计实验之前应该知道的事情。
所谓“转化法”，主要是指在保证疗效相同的前提下，将看不见、难看的现象，转化为看得见、看得见的现象； 将不熟悉的复杂问题转化为熟悉的简单问题； 将检测或测量的化学量转换为可检测或测量的化学量的方法。 中学数学在概念规律和实验的研究中，很多地方都应用了这些技巧。
在焦耳定理的实验中，电压通过导体所产生的热量是看不见摸不着的，难以察觉的。 那么如何比较5欧姆的内阻和10欧姆的电阻，哪个放出的热量更多呢？ 在实验中，电流通过内电阻丝释放的热量会使空气受热膨胀。 放出的热量越多，空气就会越膨胀，U型玻璃管内的火柱就会下降得越多。
本实验通过比较U型玻璃管内的海平面高度，间接比较内阻丝的发热量。 这就是转换方法的应用。
在中学化学实验中，使用换算法的实验包括探索声音形成的原因、探索液体浮力的特性、探索压力的影响等。
3、在焦耳定理的实验中，空气可以用煤油、水、石头等物质代替吗？
在之前的教材中，这个实验也是用煤油做的。如图
探索焦耳定理
如果用煤油、水或石头代替空气，则实验结果不显着，疗效也不会很好。
原因如下，与空气相比，内电阻丝加热煤油时，煤油需要吸收更多的热量，温度会升高，本实验所需的时间也会更长。
由于水的比热容比煤油大，同样质量的水和煤油吸收同样的热量后，水的温度下降较少，所以实验效果不如煤油。
与煤油和水相比，鹅卵石的比热容较小，受热后温度会迅速下降。 而且，用内电阻丝加热石子时，石子受热不均匀，需要不断搅拌。 这样的操作，在实验过程中也是很不方便的。
所以空气是最好的实验材料。
类似的问题在课堂的交流和评价环节中也会经常被中学生问到，他们往往会这样分析实验装置的合理性，也会分析实验过程中不成功的地方。 这样的交流可以培养中学生设计实验的能力和思维能力，避免死记硬背实验。
4、这个实验中，U型玻璃管可以用温度计代替吗？
中学生经常问这个问题，认为应该用温度计来比较体温的高低。
答案是：不可替代。
空气装在一个密闭的容器中，插入温度计时，湿度计的玻璃球也需要密封在容器中。 这样，在内阻加热过程中，容器内的空气受热膨胀，热空气会把密闭容器炸裂，导致实验失败。
如果插入湿度计，而湿度计的玻璃泡没有密封，空气受热会膨胀，向容器外移动，但热量会被带走焦耳定律实验器材，所以不容易比较热量的多少由内阻丝产生。
虽然没有上面提到的原因，但用温度计代替U型玻璃管是不可取的。 由于内阻丝加热容器内的空气，空气湿度的变化不足以使温度计的读数迅速上升，观察到的疗效并不显着。
温度计在日常生活中经常用到，如图
实验室温度计
5、在这个实验中，并联一个5欧姆的电阻有什么作用？
如图所示焦耳定律实验器材，两个密闭容器内的电阻是一样的。 在其中一个容器的外部，内阻与该容器内的内阻并联。 它的作用是改变通过右容器内电阻的电压。 .
简而言之，并联一个5欧姆的内阻的作用是改变通过右容器内阻的电压。
有没有其他方法可以改变容器内阻两端的电压？ 请告诉我。
通过以上五个问题的分析，我们需要知道，在设计实验时，首先要知道探索化学问题的方法有哪些，然后从设计实验步骤的方法入手； 实验后的交流和评价也很重要，是对实验过程的反思、总结和延伸。 主要从实验设计、实验过程、实验数据和现象等方面进行必要的交流和评价。
我认为对于化学实验，中学生应该寻找一切可以抓住的机会自己做。 在实验过程中，任性地体验实验过程。 只有通过肆意的体验，才能体会到这些只有通过实验才能得到的东西，教科书上没有，老师不一定会提到的东西。 这些惊人的发现只能通过实验获得。
玩乐高不如玩实验设备。 这种事情也很有意思。 如果你想做实验，设备很容易搞定，不是中学才有的。如图
热学实验设备
关于焦耳定理的实验，大家有什么问题需要交流吗？ 请分享。
实验过程中有什么感受，欢迎分享。