质疑用“点燃法”演示焦耳定律的合理性*

胡 波

(苏州市工业园区星海实验中学 江苏 苏州 215021)

题目：(2005年山东省青岛市中考物理试卷中第14题)将两电热丝R1,R2串联起来，接在电路中．如图1所示，若R1>R2，则先被点燃的火柴是

A．电热丝R1上的火柴

B．电热丝R2上的火柴

C．两电热丝上的火柴同时被点燃

D．无法确定

图1

本题给出的答案是A．解题思路大体为：根据焦耳定律Q=I2Rt可知，在电流和通电时间一定时，电阻越大产生的热量越多，则温度就越高．朔本求源，此命题来自于当时教材[1]上的演示实验，且在当时教材的配套教参光盘里还有此实验的视频材料，实验装置如图2．

图2 实验装置

焦耳定律中，影响电流产生热量的变量只有3个：电流的大小、通电时间和导体的电阻值，所以不管导体的材料、长短、粗细、形状如何，当电流和通电时间相同时，电流通过电阻大的导体产生的热量就多，这一点毋庸置疑，可是产生的热量越多电热丝温度就越高吗？下面笔者将从理论和实验两个方面进行分析．

1 理论分析

若不考虑热量的散失，电流通过电热丝产生的热量全部被电热丝自身吸收，则

2 根据理论推导的公式进行实验分析

实验一：如图3，将直径都是0.3 mm的长1 m的镍铬丝(阻值约6 Ω)和长1 m的锰铜丝(阻值约3 Ω)，R镍>R锰，拉直后钉在木板上，为了尽量减少热量损失，用相同的塑料管套在两条电热丝上．将两条电热丝串联后接上电源，通过调节滑动变阻器，使电流为1 A．约0.5 min，套在镍铬丝上的塑料管先开始熔化．

图3 串联的两根电热丝通电升温实验

实验二：改用直径都是0.3 mm的长0.5 m的镍铬丝(阻值约3 Ω)与长2 m的锰铜丝(阻值约6 Ω)做相同的实验，请注意：这次R镍

两组实验具体数据如表1和表2．

表1 实验一实验数据

表2 实验二实验数据

实验一和实验二两次对比试验充分说明在横截面积相同的情况下，电热丝升高的温度只取决于电热丝的材料，而并不取决于电热丝的阻值．

(2)相同材料的电热丝，不论电阻的大小如何，总是横截面积小的温度升高得多．具体实验及分析如下.

实验三：将长1 m直径0.3 mm的镍铬丝(阻值约6 Ω)与长1 m直径0.5 mm的镍铬丝(阻值约2 Ω)串联，分别套上相同的塑料管通电后，套在直径为0.3 mm镍铬丝上的塑料管先开始熔化．

实验四：将长2 m直径0.5 mm的镍铬丝(阻值约4 Ω)与长20 cm直径0.3 mm的镍铬丝(阻值约1 Ω)串联，通电后还是套在直径为0.3 mm镍铬丝上的塑料管先开始熔化．两次实验数据如表3和表4.

表3 实验三实验数据

表4 实验四实验数据

实验三和实验四说明相同材料的电热丝，不论电阻的大小如何，总是横截面积小的温度升高得多．

(3)相同材料，同样粗细的电热丝，不论电阻大小如何，温度的升高总是相同的．具体实验及分析如下.

实验五：将直径都为0.3 mm，长0.3 m和长0.7 m的镍铬丝分别套上相同的塑料管串联在电路中(两段电热丝的电阻不相等)，通电后，可以看到塑料管同时开始熔化．

表5 实验五实验数据

实验五表明：相同材料，同样粗细的电热丝，温度的升高总是相同的．

当时教材的配套教参光盘视频呈现的在通过电热丝电流大小和通电时间相同时，之所以插入大电阻电热丝的火柴先燃烧，结合以上的分析和实验，笔者认为是以下三个原因.

第二种情况是同种材料的电热丝，总是细的温度升高的多．大电阻的电热丝较细，小电阻的电热丝较粗．

第三种情况与本次理论及实验得到的结论无关，可能选用的两个电热丝是相同粗细同种材料制成的，但由于实际实验操作中热量损失不同导致．比如小电阻电热丝排列较松，热量容易散失到空气中，而大电阻电热丝排列较紧，不易散热，所以温度上升得快．

3 结语

综合上面的理论分析和实验验证，笔者认为用“点燃法”来呈现焦耳定律的实验现象是不合理的，据此考察学生对电热与电阻关系的理解这一命题思路也是值得商榷的．

1 刘炳昇，等.物理(九年级下册).南京：江苏科学技术出版社，2005