[实用新型]一种用于物理教学的焦耳定律实验装置

说明书

一种用于物理教学的焦耳定律实验装置，包括两根电阻值不同的电阻丝、开关、电池以及电池盒；两根电阻丝呈直线状并且长度相等地悬空地固定在面板上，所述面板左右两侧分别固定有弹性金属片，以将火柴挤压到电阻丝上，其特征在于：所述面板的背面固定有数棵磁体，所述开关设置在“L”形开关架上，所述开关架的背面固定有磁体，所述电池盒固定在电池底板上，电池底板的背面固定有数棵磁体。所述电池为串联的四节18650可充电锂电池。有益效果是：将整套实验器材磁附在黑板上做实验，可见度及操作的便利性得到大幅度地提升，方便教师边进边实验。充电一次，可以多班做实验，易于制作，携带及操作都很方便。

技术领域

本实用新型属于中学物理教学仪器技术领域，尤其涉及一种用于物理教学的焦耳定律实验装置。

背景技术

焦耳定律是中学物理的重要内容及重要实验，现有实验方式是用电阻丝加热瓶内空气，然后用相连玻璃管中液面的高低来显示温度。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：

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。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。

特别是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。

专利号为201922276795.X的“焦耳定律实验研究装置”提出了一种效果非常明显的改进方案，将上述实验中“螺旋状电阻丝加热空气”改为“直线状电阻丝加热火柴”，由于改进后做对比实验的两根电阻丝均呈直线状且长度相等，散热快慢一致，实验成功率高并且性能稳定；实验很快，数秒钟就可点燃火柴，节省了大量的课堂教学时间；支架板悬挂在铁架台上，火柴燃烧可见度大，全班可见。

但该改进方案仍存在下更缺陷：仍然需要携带较多的实验器材，如笨重的低压电源、及铁架台，实验操作要在讲台上进行。

接合一线教师的心声，为优化课堂教学，上述实验器材还需要轻型化设计，希望开发出可以“在黑板上做实验”的焦耳定律实验装置，以方便教师边讲边实验，提高课堂效率。

说明下，现在各学校的教室内黑板，基本上是磁性黑板。

实用新型内容