高志俊 王 瑜

(1. 扬州经济技术研发区实验中学，江苏 扬州 225200； 2. 扬州市教育科学研究院，江苏 扬州 225007)

1 焦耳定律教材实验装置缺陷分析

教材提供的装置如图1所示,该装置利用电阻对煤油进行加热,观察温度计示数的升高量．但该装置需要使用煤油,且加热时间长,操作困难,所以教师大多使用如图2所示的实验装置进行实验．

图1 装置1

图2 装置2

装置2通过电阻对空气加热,将电阻产生的热量转换成U型管液面高度差,由于空气比热容比煤油小得多,装置2与装置1相比大大缩短了加热时间,操作相对简便．

通过理论分析发现,利用装置2可以对焦耳定律进行半定量探究,但通过实验发现,该装置半定量探究的结果并不理想．

下面笔者对装置2能够进行半定量探究的理论基础和实际操作失败的原因进行简单的分析．

1.1 半定量探究的理论基础

从原理上分析,装置2中U型管液面的高度差h与产生的热量Q成一次函数关系,分析过程如下.

电阻产生的热量加热了盒内空气,使空气温度升高,

盒内空气比热容为c,质量为m,初温为T0,末温为T.

空气温度升高,使空气膨胀,推动U型管液面上升,气体膨胀是一个等压变化的过程,满足

V0为盒内空气体积,S为软管横截面积,Δh为U型管液面高度差.化简得

由推导结果可知,Q与U型管液面高度差Δh之间满足一次函数关系,所以从理论上可以利用Δh代替Q来探究Q与I、R的定量关系．

考虑到发热体温度越高散热越快这样一个自然现象的存在,我们……