[实用新型]焦耳定律实验研究装置

说明书

一种焦耳定律实验研究装置，包括两根电阻值不同的电阻丝，其特征在于：还包括有支架板、位于支架板左中右等距离位置固定的三个螺杆；两根所述的电阻丝均呈直线状并且长度相等，两根所述的电阻丝分别连接在所述的三个螺杆之间；所述支架板上侧面或下侧面的外壁上通过螺钉分别连接有左右两个弹性金属片，所述弹性金属片向外可以伸出到电阻丝的内侧，以将火柴梗涂有药粉的头部挤压到电阻丝上。有益效果是：直线电阻丝散热快慢一致，实验成功率高；数秒钟就可点燃火柴，节省教学时间；支架板悬挂在铁架台上可见度大；用弹性金属片将火柴挤压在电阻丝上，可以单手取下未燃火柴，验证火柴是否有质量问题，增强实验效果。

技术领域

本实用新型属于教学仪器技术领域，尤其涉及一种焦耳定律实验研究装置。

背景技术

现有中学物理研究焦耳定律的实验普通存在加热时间长严重占用课堂教学时间、温度上升慢可见度低、所需零配件较多操作不方便的问题。

比如，教育科学出版社九年级上册第94页的实验方案是：制作3个如图1所示的“灯泡”，其内金属丝分别选用电阻值相同的镍铬合金丝2条和电阻值不同的镍铬合金丝1条。瓶盖中间打一孔，插入带有红色液柱的细玻璃管，给金属丝通电，观察玻璃管中红色液柱的上升情况，就可以比较电流通过镍铬合金丝产生的热量。

取三个“灯泡”内电阻丝的电阻分别为R1、R2、R3，其中R1= R2 R3，分两步进行实验：

1、如图1所示，取两个电阻值不相等的“灯泡”内电阻丝，如R1和R3，将其串联，观察电流相同时，产生的热量与电阻大小的关系；

2、如图1所示，取两个电阻值相等的“灯泡”内电阻丝，如R1和R2，将其分别连接在不同电压的电源上，观察电流不同时，产生的热量与电流大小的关系。

从上述两步实验中，引导学生得出结论：在相等的时间内，电流相同时，电阻大的导体比电阻小的导体产生的热量多；电阻相同时，电流较大的电阻比电流较小的电阻产生的热量多，从而帮助学生理解焦耳定律。

该实验是中学物理的难点实验,原因如下：

1、器材的干扰因素多、实验可靠性差、容易失败：

如图1所示，一根电阻丝分为三段，中间段悬挂在空气用以加热空气，两端缠绕在铁钉上用以和外界电连接，该缠绕的紧密程度难以做到相同，导致电阻丝与铁钉的接触电阻大小不一甚至悬殊较大，影响实验效果。

缠绕在铁钉上、位于两端的螺旋状电阻丝也要发热，铁钉又向“灯泡”外散热，难以保证向外散热快慢相同。

三个“灯泡”内电阻丝螺旋状的稀疏密集程度、与玻璃管之间的距离位置稍有差异，经过空气的热传导，而空气又是热的不良导体，瓶内各处空气的温度不可能完全一致，导致玻璃管不能正确及时地显示出电阻丝上的温度高低，于是“正确”或“错误”的实验现象均可能出现。在用鳄鱼夹连接铁钉做实验时铁钉的晃动，以及在整理、携带、组装器材的过程中，不小心触碰到玻璃管或铁钉，均可能导致玻璃管与电阻丝的相对位置发生改变，干扰到玻璃管对电阻丝发热量的有效感知。

另外，整个装置的密封接触处较多，多次使用后，任意一处的轻微漏气会导致实验失败。

2、实验慢，占用课堂教学时间过多，导致完不成教学任务：经实际使用，该实验通常要十多分钟时间。

3、可见度小而无趣：大多数学生无法看见玻璃管中红色液柱的上升情况，学生们只好听说实验效果，没有直观感受。

4、携带不便、操作麻烦：实验所需配件较多，另需携带较重的低压电源和若干根导线进教室，为避免电阻丝在铁钉上滑动，要小心翼翼地操作。