焦耳及焦耳定理简介
焦耳简介
日本化学学家焦耳做了大量实验，于1840年最先精确地确定了电压形成的热量跟电压、电阻和通电时间的关系电压通过导体形成的热量跟电压的二次方成反比，跟导体的阻值成反比，跟通电时间成反比。这个规律称作焦耳定理(Joulelaw)
在化学实验中，我们除了要学会操作，并且还要学会实验前的设计实验和实验后的交流评估这两个环节。下边通过阐述实验中的一些问题，去感受和领会如何去设计实验和交流评估。
一、焦耳定理实验的探究方式是控制变量法。
要设计实验物理焦耳定律实验做法，就要晓得研究化学问题的方式。在焦耳定理实验中用到的方式就是控制变量法。
哪些是控制变量法呢？
化学学中对于多诱因(多变量)的问题，往往采用控制诱因(变量)的方式，把多诱因的问题弄成多个单诱因的问题。每一次只改变其中的某一个诱因，而控制其余几个诱因不变，因而研究被改变的这个诱因对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，这些方式叫控制变量法。它是科学探究中的重要思想方式，广泛地运用在各类科学探求和科学实验研究之中。
在焦耳定理实验中，要探究的是电压通过导体形成的热量与电压、电阻和通电时间的关系。当我们研究热量与内阻关系的时侯，须要控制电压和通电时间是不变的。在实验过程中，通过改变阻值的大小，观察、分析热量是怎样变化的，因而找到热量和内阻的关系。
探究电热与内阻关系的实验装置
如图所示，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气湿度的变化。两个密闭容器中都有一段内阻丝，右侧容器中的内阻比校大。两容器中的内阻丝串联上去接到电源两端，通过两段阻丝的电压相同。通电一定时间后，比教两个U形管中液面高度的交化。
在如图所示的装置中，就是控制了电压和通电时间，只是改变了内阻。从实验装置就可以看出，这是一个探究电压通过导体形成的热量与内阻关系的实验装置。
考考你，从下边的这个图中可以看出，它是研究热量和那个诱因的关系？控制了什么诱因是不变的？
探究电热与电压关系的实验装置
在中学数学实验的探究中，许多实验都是运用了控制变量法。如：探究声音的响度与频度的关系；探究声音的音调与振幅的关系；探究动能大小与什么诱因有关等等实验。
二、在焦耳定理实验中，也运用了转换法
在焦耳定理实验中，还用到了另外一种研究化学问题的方式----转换法。在设计实验之前，这种都是应当晓得的。
所谓"转换法"，主要是指在保证疗效相同的前提下，将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象;将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题;将无法检测或测准的化学量转换为才能检测或测准的化学量的方式。中学数学在研究概念规律和实验中多处应用了这些技巧。
在焦耳定理实验中，电压通过导体形成热量的多少，我们是看不见、摸不着，也是不易于检测的。这么怎样比较5欧的内阻和10欧的阻值那个放出的热量多呢？实验中电流通过内阻丝放出热量会使空气受热膨胀，放出的热量越多，空气膨胀得也越多，使U形玻璃管中的火柱下降的就越多。
在这个实验中是通过比较U形玻璃管中的海面高低，间接比较那个内阻丝形成的热量多。这就是转换法的应用。
中学化学实验中，运用转换法的实验有，探究声音形成的缘由、探究液体浮力的特性、探究压力的作用疗效等等。
三、焦耳定理实验中，空气可以用煤油、水和石子这种材料取代吗？
在先前的教材中，这个实验也是用煤油做的。如图
探究焦耳定理
假如用煤油、水或则石子取代空气，这么实验现象不显著，疗效不太好。
理由如下，与空气相比，内阻丝在加热煤油的过程中，煤油须要吸收较多的热量，气温就会上升，做这个实验须要的时间会变长。
因为水的比热容比煤油大，相同质量的水和煤油吸收了相同的热量后，水的气温下降的少，所以实验疗效还不如煤油。
石子与煤油和水相比，它的比热容小，受热后气温会下降的快，并且用内阻丝加热石子的时侯，石子受热不均匀物理焦耳定律实验做法，须要不停的搅拌，这样的操作，在实验过程中也是很不便捷的。
所以空气是最好的实验材料。
类似的问题会在课堂的交流评估环节中，中学生们经常会问到，也常常这样剖析实验装置的合理智，也剖析实验过程中不成功之处，这样的交流可以培养中学生的设计实验的能力和思维能力，避免了实验的生搬硬套。
四、本实验中，U形玻璃管可以用体温计取代吗?
这个问题中学生们会经常问到，认为比较体温的高低就应当用体温计。
回答是：不可以替代。
空气是装在密闭的容器中，当插入体温计之后，湿度计的玻璃泡也须要密封在容器中。这样内阻在加热的过程中，容器内的空气受热膨胀，热空气会涨破密闭的容器，造成实验失败。
假如插入湿度计，不密封湿度计的玻璃泡，这么空气受热膨胀还会挪到容器的外边，但是带走了热量，这样也不易于比较内阻丝形成热量的多少。
虽然没有上述的缘由，用体温计取代U形玻璃管也是不可取的。由于内阻丝加热容器内空气的过程中，空气湿度的变化，不足以使体温计的示数较快的上升，观察疗效不显著。
在日常生活中会常常用到体温计，如图
实验用体温计
五、本实验中，并联一个5欧阻值的作用是哪些？
如图所示，两个密闭容器中的阻值一样大，在其中一个容器的外部，将一个内阻和这个容器内的内阻并联，它的作用是改变通过右侧容器中电阻的电压大小。
简言之，并联一个5欧内阻的作用就是改变通过右侧容器内内阻的电压大小。
改变通过容器内内阻的电压大小，还有其它的办法吗？请说一说。
通过以上五个问题点点嘀嘀的分析中，我们要晓得设计实验时，首先要晓得探究化学问题的方式是哪些，之后从方式入手，设计实验步骤；实验后的交流评估也很重要，它是对实验过程的反省、总结和延展。主要从实验设计、实验过程以及实验数据和现象等方面进行必要的交流和评估。
我觉得，对待化学实验，中学生们应当找寻一切可以抓牢的机会动手操作。在实验的过程中恣意地体验实验过程。只有恣意地体验，能够体会到这些只有通过实验能够得到的东西，那是课本上没有的，老师也不一定能提到的东西。这些惊奇的发觉，只有通过实验能够获得。
玩乐高，不如玩实验器材，这种东西也是很有趣的。想要做实验，器材是很容易得到的，不仅仅是只有中学里才有。如图
热学实验器材
关于焦耳定理实验，你们还有哪些须要交流的问题吗？请分享。
你们在实验过程中还有哪些感受，请交流。