焦耳定律演示装置一_课外实验-查字典物理网

【制作方法】

如图18．2－1所示，取内径约2厘米长约12厘米的透明塑料管三段A、B、C（电工材料商店有售），上下均用钻有3毫米孔的胶塞塞紧，上塞孔内各插入一个输液管直通接头，外端连接一段输液管，长约15厘米（此管内径2．5毫米）；下塞孔内，A管也插入输液管直通接头，B、C二管各插入一个三通接头。B管三通接头的下端，用输液管与A管的输液管直通接头相连。C管三通接头的下端，用输液管与滴瓶相连。未用管夹时，手捏滴瓶可以控制输液管中液柱的高度。

截取约300瓦的电炉丝，取12欧一段，6欧三段，如图18．2－1所示进行焊接安装。各焊接点，应先把引线与电阻丝绕紧再点焊才能焊牢。

由滴瓶口向A、B、C三管内装满由红墨水染红的酒精（酒精比煤油易于清洗和染色）。

整个装置安装在一面板上，面板尺寸为40×30厘米²，用三合板漆成白底蓝边，竖立在底板上。在三根输液管的中间画上若干条水平刻度线，以便观察液柱上升情况。

电源电压约24伏，交直流均可。

【实验原理】

这类教具利用了液体（或气体）吸收电阻丝加热后放出的热量，体积膨胀，使细管中液柱升高，由细管中液柱的升高来显示电阻丝加热后放出的热量。这就要研究一下液柱上升高度与吸收的热量、电阻和通电时间之间的关系。

液体吸收的热量

Q＝cm（Δt）（1）式中c为液体的比热，m为液体的质量，Δt为液体加热的时间。

液体在加热过程中体积膨胀

V=V₀（1＋aΔt）（2）式中V₀为液体加热前的体积，a为液体的体积膨胀系数，Δt为液体的加热时间。

由（2）式得

V－V₀＝V₀·aΔt

∴V－V₀∝Δt∝Q（3）

（3）式表明，液体体积的变化与液体的加热时间Δt成正比，又由（1）式，对于一定质量的液体，m和c是一定的，所以液体体积的变化正比于液体所吸收的热量。

另一方面，液体所吸收的热量正是电流通过电阻丝所产生的热量，忽略热量损失后，可认为它们是相等的。因此，可根据液柱上升高度的变化（反映的是液体体积的变化），来研究电流通过电阻丝所产生的热量与电阻丝的电阻、电路的电流、通电时间有什么关系，通过实验总结出焦耳定律。

【使用方法】

1．轻捏滴瓶，使三液柱面同在最下一条刻线处，用管夹夹紧A、B、C三管下端。

2．闭合开关，通过A、B二管内电阻丝的电流相等，但因A管内电阻为B管内电阻的二倍，结果A管液柱升高为B管液柱升高的二倍。这说明电流产生的热量，与电阻成正比。B、C二管内电阻相等，但通过B管内电阻丝的电流为通过C管内电阻丝的电流的二倍，结果B管液柱的升高为C管液柱升高的四倍。这说明电流产生的热量，与电流的平方成正比。

3．观察任一管液柱的升高，可看到在相等的时间内，升高的高度相等。这说明电流产生的热量，与通电时间成正比。

4．断开电源后，松开管夹，则液柱下降，恢复等高。

编者提示：本自制教具可辅以“电功、电功率”部分的物理实验教学。

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