焦耳定律演示裝置二

【製作方法】

取透明塑料管一段，上下均用膠塞塞緊，上膠塞鑽一直徑3毫米的孔，插入一個輸液管直通接頭，外端連線一段輸液管，長約15釐米（也可用粗試管和細玻璃管代替上述透明塑料管和輸液管）。塑料管內裝滿染成紅色的酒精。整個裝置如圖18．2－2所示。圖中的R1＝R2=R3=12歐。

整個裝置安裝在一面板上，面板尺寸為30×20釐米2，用三合板漆成白底藍邊，豎立在底板上。

轉換開關S及接點1、2、3是收音機用波段開關，或自制轉柄開關。轉柄開關及接點的製法是：將厚約0．5毫米的金屬片（最好是磷銅），剪成長約40毫米、寬約7毫米的長片，兩端剪圓，並各鑽一3毫米圓孔，一端安3毫米螺釘及螺帽（圖18．2－2中S的下端），另一端也用3毫米螺釘及螺帽擰緊，為手持轉柄。以轉柄下端點為圓心，以兩孔距離為半徑的圓弧上，間隔適當距離，固定三個3毫米的螺釘，作為接點1、2、3。

用硬紙片製作的標尺懸掛在輸液管旁邊的面板上端，表面粘一層透明膠紙，標尺右邊與輸液管貼近並平行，改變標尺的懸掛點可以調節標尺的高低。

電源電壓18伏，交直流均可。演示時用演示電錶，分組實驗用一般電流表。

【使用方法】

1．調節標尺，使液麵略低於標尺零指標。若液柱面尚未露出直通接頭，可將S扳至1，使R1和R3串聯，電流為I，液柱開始上升。當液麵升到與標尺零刻度等高時開始計時，經過30秒鐘，電流產生的熱量使液柱升高h（約1釐米）。

2．迅速將S扳至接點2，則R1和R2串聯。因電路上總電阻未變，所以電流仍為I。但管內通電電阻為使用接點1時的二倍，實驗再經30秒鐘時，液柱高度為h＋2h＝3h。與使用接點1比較，電流與時間都未變，只是電阻為原來的二倍，產生的熱量也為原來的二倍，這就說明了電流產生的熱量與電阻成正比。

3．繼續觀察30秒鐘，液柱由3h升至5h，又淨升高2h。與使用方法2比較，電流與電阻都未變，僅時間增加一倍，熱量也增加一倍，這就說明了電流產生的熱量與通電時間成正比。

4．迅速將S扳至接點3，此時僅R1被接通，電路上的電阻減小為使用方法3的1／2，電流為2I，再經過30秒鐘，液柱由5h升至9h，淨升高4h。與使用方法1比較，電阻與時間都未變，電流增至二倍，液柱升高四倍，這就說明了電流產生的熱量與電流的平方成正比。

5．實驗完畢，立即關閉電源。若欲重複實驗，用冷水布包住塑料管，液柱即迅速下降。

【注意事項】

1．往管內裝酒精時，應先將酒精加熱至60℃左右再蓋緊管塞，這樣做可以保證在氣溫最高時，管內的酒精也不致因膨脹而由管口溢位。

2．細管及電阻絲的引線，都要先在粗管膠塞上裝好，然後再將膠塞插進粗管內。塞緊膠塞時，酒精將升至細管上端，甚至由管口溢位，但酒精冷卻後，細管內的液柱將自行下落。若不能完全落下去，可用廢報紙條或其他吸水性較好的紙條，搓成紙繩，多次由管口插進去將細管內多餘的酒精吸出，直至液麵在標尺零刻度以下。

3．升高電壓，液柱升高速度加大，雖可縮短實驗時間，但電壓過高，酒精及管的溫度與室溫的溫差過大，散熱耗損也將隨之增大；影響實驗精度，且液柱升高速度過大，也不便觀察。電壓過低，液柱升高速度減小，延長實驗時間，散熱損耗也會增大，同樣影響實驗精度。

本站提示：本自制教具可輔以“電功、電功率”部分的物理實驗教學。

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選自：《初中物理自制教具》