焦耳及焦耳定理簡介
焦耳簡介
日本化學學家焦耳做了大量實驗，于1840年最先精確地確定了電壓形成的熱量跟電壓、電阻和通電時間的關系電壓通過導體形成的熱量跟電壓的二次方成反比，跟導體的阻值成反比，跟通電時間成反比。這個規律稱作焦耳定理(Joulelaw)
在化學實驗中，我們除了要學會操作，并且還要學會實驗前的設計實驗和實驗后的交流評估這兩個環節。下邊通過闡述實驗中的一些問題，去感受和領會如何去設計實驗和交流評估。
一、焦耳定理實驗的探究方式是控制變量法。
要設計實驗物理焦耳定律實驗做法，就要曉得研究化學問題的方式。在焦耳定理實驗中用到的方式就是控制變量法。
哪些是控制變量法呢？
化學學中對于多誘因(多變量)的問題，往往采用控制誘因(變量)的方式，把多誘因的問題弄成多個單誘因的問題。每一次只改變其中的某一個誘因，而控制其余幾個誘因不變，因而研究被改變的這個誘因對事物的影響，分別加以研究，最后再綜合解決，這些方式叫控制變量法。它是科學探究中的重要思想方式，廣泛地運用在各類科學探求和科學實驗研究之中。
在焦耳定理實驗中，要探究的是電壓通過導體形成的熱量與電壓、電阻和通電時間的關系。當我們研究熱量與內阻關系的時侯，須要控制電壓和通電時間是不變的。在實驗過程中，通過改變阻值的大小，觀察、分析熱量是怎樣變化的，因而找到熱量和內阻的關系。
探究電熱與內阻關系的實驗裝置
如圖所示，兩個透明容器中密封著等量的空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣濕度的變化。兩個密閉容器中都有一段內阻絲，右側容器中的內阻比校大。兩容器中的內阻絲串聯上去接到電源兩端，通過兩段阻絲的電壓相同。通電一定時間后，比教兩個U形管中液面高度的交化。
在如圖所示的裝置中，就是控制了電壓和通電時間，只是改變了內阻。從實驗裝置就可以看出，這是一個探究電壓通過導體形成的熱量與內阻關系的實驗裝置。
考考你，從下邊的這個圖中可以看出，它是研究熱量和那個誘因的關系？控制了什么誘因是不變的？
探究電熱與電壓關系的實驗裝置
在中學數學實驗的探究中，許多實驗都是運用了控制變量法。如：探究聲音的響度與頻度的關系；探究聲音的音調與振幅的關系；探究動能大小與什么誘因有關等等實驗。
二、在焦耳定理實驗中，也運用了轉換法
在焦耳定理實驗中，還用到了另外一種研究化學問題的方式----轉換法。在設計實驗之前，這種都是應當曉得的。
所謂"轉換法"，主要是指在保證療效相同的前提下，將不可見、不易見的現象轉換成可見、易見的現象;將陌生、復雜的問題轉換成熟悉、簡單的問題;將無法檢測或測準的化學量轉換為才能檢測或測準的化學量的方式。中學數學在研究概念規律和實驗中多處應用了這些技巧。
在焦耳定理實驗中，電壓通過導體形成熱量的多少，我們是看不見、摸不著，也是不易于檢測的。這么怎樣比較5歐的內阻和10歐的阻值那個放出的熱量多呢？實驗中電流通過內阻絲放出熱量會使空氣受熱膨脹，放出的熱量越多，空氣膨脹得也越多，使U形玻璃管中的火柱下降的就越多。
在這個實驗中是通過比較U形玻璃管中的海面高低，間接比較那個內阻絲形成的熱量多。這就是轉換法的應用。
中學化學實驗中，運用轉換法的實驗有，探究聲音形成的緣由、探究液體浮力的特性、探究壓力的作用療效等等。
三、焦耳定理實驗中，空氣可以用煤油、水和石子這種材料取代嗎？
在先前的教材中，這個實驗也是用煤油做的。如圖
探究焦耳定理
假如用煤油、水或則石子取代空氣，這么實驗現象不顯著，療效不太好。
理由如下，與空氣相比，內阻絲在加熱煤油的過程中，煤油須要吸收較多的熱量，氣溫就會上升，做這個實驗須要的時間會變長。
因為水的比熱容比煤油大，相同質量的水和煤油吸收了相同的熱量后，水的氣溫下降的少，所以實驗療效還不如煤油。
石子與煤油和水相比，它的比熱容小，受熱后氣溫會下降的快，并且用內阻絲加熱石子的時侯，石子受熱不均勻物理焦耳定律實驗做法，須要不停的攪拌，這樣的操作，在實驗過程中也是很不便捷的。
所以空氣是最好的實驗材料。
類似的問題會在課堂的交流評估環節中，中學生們經常會問到，也常常這樣剖析實驗裝置的合理智，也剖析實驗過程中不成功之處，這樣的交流可以培養中學生的設計實驗的能力和思維能力，避免了實驗的生搬硬套。
四、本實驗中，U形玻璃管可以用體溫計取代嗎?
這個問題中學生們會經常問到，認為比較體溫的高低就應當用體溫計。
回答是：不可以替代。
空氣是裝在密閉的容器中，當插入體溫計之后，濕度計的玻璃泡也須要密封在容器中。這樣內阻在加熱的過程中，容器內的空氣受熱膨脹，熱空氣會漲破密閉的容器，造成實驗失敗。
假如插入濕度計，不密封濕度計的玻璃泡，這么空氣受熱膨脹還會挪到容器的外邊，但是帶走了熱量，這樣也不易于比較內阻絲形成熱量的多少。
雖然沒有上述的緣由，用體溫計取代U形玻璃管也是不可取的。由于內阻絲加熱容器內空氣的過程中，空氣濕度的變化，不足以使體溫計的示數較快的上升，觀察療效不顯著。
在日常生活中會常常用到體溫計，如圖
實驗用體溫計
五、本實驗中，并聯一個5歐阻值的作用是哪些？
如圖所示，兩個密閉容器中的阻值一樣大，在其中一個容器的外部，將一個內阻和這個容器內的內阻并聯，它的作用是改變通過右側容器中電阻的電壓大小。
簡言之，并聯一個5歐內阻的作用就是改變通過右側容器內內阻的電壓大小。
改變通過容器內內阻的電壓大小，還有其它的辦法嗎？請說一說。
通過以上五個問題點點嘀嘀的分析中，我們要曉得設計實驗時，首先要曉得探究化學問題的方式是哪些，之后從方式入手，設計實驗步驟；實驗后的交流評估也很重要，它是對實驗過程的反省、總結和延展。主要從實驗設計、實驗過程以及實驗數據和現象等方面進行必要的交流和評估。
我覺得，對待化學實驗，中學生們應當找尋一切可以抓牢的機會動手操作。在實驗的過程中恣意地體驗實驗過程。只有恣意地體驗，能夠體會到這些只有通過實驗能夠得到的東西，那是課本上沒有的，老師也不一定能提到的東西。這些驚奇的發覺，只有通過實驗能夠獲得。
玩樂高，不如玩實驗器材，這種東西也是很有趣的。想要做實驗，器材是很容易得到的，不僅僅是只有中學里才有。如圖
熱學實驗器材
關于焦耳定理實驗，你們還有哪些須要交流的問題嗎？請分享。
你們在實驗過程中還有哪些感受，請交流。