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1、焦耳定律演示装置一【制作方法】如图1821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25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1821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
2、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4030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假设干条水平刻度线 ,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Qcmt1式中c为液体的比热 ,m为液体的质量 ,t为液体加热的时间。液体在加热过程中体积膨胀V=V01at2式
3、中V0为液体加热前的体积 ,a为液体的体积膨胀系数 ,t为液体的加热时间。由2式得VV0V0atVV0tQ33式说明 ,液体体积的变化与液体的加热时间t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 ,那么液柱下降 ,恢复等高。编者提示：本自制教具可辅以“电功、电功率局部的物理实验教学。第 3 页
焦耳定律演示装置一
