焦耳定律实验：电阻相同、电流不同

实验目的

探究电流通过导体产生的热量与电流大小的关系。

实验原理

电流通过电阻丝时，电能转化为内能，密闭容器内的空气受热膨胀，使U形管两侧液面出现高度差，高度差越大，说明产生的热量越多（转换法）。焦耳定律：Q = I²Rt。两容器内电阻相等、通电时间相同，右侧容器外并联了一个电阻分流，使通过两容器内电阻的电流不同。

实验器材

• 密闭容器（内装阻值相同的电阻丝）两个
• U形管液面高度差显示装置
• 外接电阻一个（用于分流）
• 学生电源
• 开关
• 滑动变阻器
• 导线若干
• 秒表

实验步骤

1. 检查装置气密性，确认两个U形管液面相平。
2. 按图连接电路：右侧容器内电阻与外接电阻并联后，再与左侧容器内电阻串联。
3. 闭合开关通电，同时开始计时。
4. 通电相同时间后，观察并比较两个U形管的液面高度差。
5. 断开开关，对比两侧电流大小与液面高度差，得出结论。

实验现象与结论

通电一段时间后，左侧U形管的液面高度差明显大于右侧。左侧电阻中的电流大于右侧电阻中的电流。结论：在电阻和通电时间相同的条件下，通过导体的电流越大，导体产生的热量越多。

注意事项

• 通电时间不宜过长，以免电阻丝过热。
• 实验前检查连线，避免短路。
• 通电时不要用手触碰电阻丝和容器。

常见问题

为什么用U形管液面高度差表示热量的多少？

电阻丝放热使容器内空气受热膨胀，液面高度差越大说明放热越多，这是转换法，把不易直接看到的热量转为可见的液面变化。

电热与电流是正比关系吗？

不是。由 Q = I²Rt 可知，电阻和时间不变时，Q 与电流的二次方成正比，电流变为原来的2倍，热量变为4倍。