焦耳定律的实验改进与创新
中学物理实验是物理教学过程中的重要环节，教师通过实验的演示，可直观地将知识传输于学生，学生可通过物理实验灵活应用所学知识，观察分析实验结果，探索新的理论。在整个教与学的过程中，实验设备的优劣，对实验的结果起着决定性的作用。
《焦耳定律实验》是初中物理教材中非常重要的验证性演示实验，其常规实验装置如图1所示。
具体实验过程如下：
实验装置在两个相同的烧瓶中装满煤油，并用胶塞密闭，胶塞中安放如图玻管，瓶中各放一根电阻丝，甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大。通电后电流通过电阻丝产生的热量越多，玻璃管中煤油液面煤油上升得越高。观察煤油、在玻璃管里上升的情况，就可以比较电流产生的热量。
1、接通电路一段时间，比较两瓶中的煤油哪个上升得高(如图2所示)，实验结果是：甲瓶中的煤油上升得高。
2、在两玻璃管中的液柱降回原来高度后，调节滑动变阻器，加大电流，重做上述实验，通电时间与前次相同。在两次实验中，比较甲瓶(或乙瓶)中的煤油哪次上升得高(如图3所示)。实验结果是：第二次实验，玻管中煤油上升得高。
3、实验结论如下：
1)电阻越大，电流产生的热量越多;
2)电流越大，电流产生的热量越多;
3)通电时间越长，电流产生的热量越多，玻璃管中煤油上升得也越高。
该实验装置比较复杂，密闭要求高，显示速度慢，可见度小，耗时长。该实验过程同时存在以下三点不足：
第一，不能同时演示热量跟电流，热量跟电阻的关系;在说明电流越大，产生的热量越多的原理时，要分两次实验进行，不同的电流值所产生的液体高度不能直接比较;另外要待两只玻璃管的液柱降到原来的高度并改变电流后才能做第二次，事实上烧瓶中的煤油加热容易，降温难，需很长时间液柱才能回到原来的高度。
第二，只能定性研究，不能定量研究，演示效果差。
第三，加热时间长，学生注意力容易分散，并且不能连续重复演示，不利于组织课堂教学。
鉴此，本人对实验进行如下的改进，收到了良好的课堂效果。
改进后的实验装置如图4所示。
在一块木板上，固定三个完全相同的锥形瓶(或烧瓶)。在瓶中各放一根电阻丝，且R甲>R乙=R丙(R甲、R乙、R丙均小于10欧)，并在瓶中封闭一定量的空气。瓶中的玻璃管均与气压计连通。为了便于学生观察，可在气压计的水中滴入红墨水。在通电前，气庄计的液面保持相平，电源用两节干电池即可。
通电1分钟左右，因瓶中气体受热膨胀，使得气压计的液面产生高度差，且温度越高，液面高度差越大。
实验具体操作如下：
在电阻和电流相同情况下，探究电流产生的热量跟通电时间的关系。先将甲瓶连入电路，通电前，保持气压中的液面相平，通电后，气压计的液面产生高度差，通电时间越长，液面高度差越大。这表明通电时间越长，电流产生的热量越多。
在电流和通电时间相同的情况下，探究热量跟电阻的关系。将甲、乙两瓶中电阻丝串联，通电1分钟左右，观察到与甲瓶相连的气压计的液面高度差大于与乙瓶相连的气压计的液面高度差。这表明电阻越大，电流产生的热量越多。
在电阻和通电时间相同的情况下，探究热量跟电流的关系。将甲、乙两瓶中电阻丝串联后再与丙瓶中电阻丝并联，通电1分钟左右，观察到与丙瓶相连的气压计的液面高度差大于与乙瓶相连的气压计的液面高度差。这表明电流越大，产生的热量越多。j
使用改进后的实验装置进行实验有以下特点：
①在相同条件下，利用气体的热膨胀比液体的热膨胀实验效果更加明显，大大缩短了实验时间，有效地提高了课堂效率。
②避免了用电流表测电流的麻烦，而且能使学生的注意力集中在观察气压计中的液面高度差的变化过程。
③该实验仪器具有连续性重复演示的功能。第一次实验后，可以把连接胶管取下，排出热空气，胶管还原后，可以立即进行第二次实验。
改进后的实验装置操作方便，便于控制。
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