焦耳定律实验中的科学研究方法_教学参考-查字典物理网

在研究和解决问题的过程中，不仅需要相应的知识，还要注意运用科学方法。《物理课程标准》要求，在突出科学探究内容的同时，重视研究方法的指导，使学生在进行科学探究、学习物理知识的过程中，逐渐拓宽视野，初步领悟到科学研究方法的真谛。因此，注意考察研究物理问题的方法，成为当前和今后中考的热点。在初中阶段，需要掌握的科学研究方法主要有：控制变量法、理想实验法、转换法、物理模型法、类比法、归纳法等．在研究焦耳定律实验中，就体现了多个科学研究方法，下面通过一道考题来说明。

例：我们知道：“电流通过导体时产生的热量，与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比。”这就是焦耳定律，用公式可表达为：Q=I²Rt。爱动脑筋的小明在探究这个问题时，设计了图1所示的实验，只连接一次电路就完成了实验探究。他的方法是用电阻丝（其中R_甲≠R_乙）给烧瓶中的煤油（煤油质量相同）加热，然后观察煤油在插入密封烧瓶里的玻璃管中上升的高度，就可以对比电阻丝放热的多少。请你仔细观察小明设计的实验电路，并应用所学知识分析回答下列问题：

（1）探究电热的多少与电流的关系，应该对比两个烧瓶中煤油柱上升的高度，而这两个烧瓶中电阻丝阻值应该。

（2）探究电热的多少与电阻的关系，应该对比两个烧瓶中煤油柱上升的高度。

（3）有许多家用电器的工作原理即为焦耳定律，请举两个例子。

分析：本题主要涉及两种物理研究方法：一是控制变量法。另一种是转化放大的方法。

在探究电热的多少与电流的关系时，应控制两个电阻丝的阻值相同；在探究电热的多少与电阻的关系时，要控制通过两个电阻丝的电流相同，最好的方法当然是采用串联。这里就应用了控制变量法。

当要研究的一个物理量与另外几个物理量都有关系时，为简化和方便，先研究与其中一个量的关系，而要控制其余几个量不变．这种研究问题的方法叫控制变量法。这种方法在实验数据的表格上的反映为：某两次试验只有一个条件不相同，若两次试验结果不同，则与该条件有关，否则无关。反过来，若要研究的问题是物理量与某一因素是否有关，则应只使该因素不同，而其他因素均应相同。控制变量法是中学物理中最常用的方法。想一想，物理中还有哪些地方用到了控制变量法？

另一种研究方法是转化放大的方法。实验中电流产生的热量不能直接观察到，但热量的变化可以用温度的变化来感知。通过温度的变化多少来间接知道电流产生的热量的多少，这是转化法。

物理学中对于一些看不见、摸不着的现象或不易直接测量的物理量，通常用一些非常直观的现象去认识，或用易测量的物理量间接测量，这种研究问题的方法叫转换法。初中物理在研究概念、规律和实验中多处应用了这种方法。特别是对那些抽象的难以理解的物理知识，这种方法很有效。

生活中你也用到过转换法，只是未注意罢了。空气是看不见摸不着的，但我们可以根据空气流动（风）所产生的作用来认识它。如红旗飘动，树叶摇晃等。想一想，物理中还有哪些地方用到了转换法？

还有一个问题：由于实验中电流产生的热量较少，液体温度升高的也较小，所以用温度计不易直接测量比较。为了使现象明显，实验采用了两种方法：①不用温度计，但采用了放大的“温度计”。整个烧瓶相当于一个温度计的玻璃泡。由于烧瓶里的液体较多，使升温膨胀效果更明显。②采用煤油代替常见的水，用玻璃管插入密封烧瓶里的煤油中代替温度计。用煤油代替水，是因为煤油比水的比热容小，在吸收相等的热量时温度上升的多，这样现象更明显。（当然还有一个重要原因，那就是煤油不导电。可以设想由于水导电，若用水由水产生的电阻就无法控制电路中的电阻情况）。

答案：

（1）甲、丙或乙、丙相等

（2）甲、乙

（3）电饭锅、电热毯、电暖炉等

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