焦耳定律演示装置二
【制作方法】
取透明塑料管一段,上下均用胶塞塞紧,上胶塞钻一直径3毫米的孔,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(也可用粗试管和细玻璃管代替上述透明塑料管和输液管)。塑料管内装满染成红色的酒精。整个装置如图18.2-2所示。图中的R1=R2=R3=12欧。
整个装置安装在一面板上,面板尺寸为30×20厘米2,用三合板漆成白底蓝边,竖立在底板上。
转换开关S及接点1、2、3是收音机用波段开关,或自制转柄开关。转柄开关及接点的制法是:将厚约0.5毫米的金属片(最好是磷铜),剪成长约40毫米、宽约7毫米的长片,两端剪圆,并各钻一3毫米圆孔,一端安3毫米螺钉及螺帽(图18.2-2中S的下端),另一端也用3毫米螺钉及螺帽拧紧,为手持转柄。以转柄下端点为圆心,以两孔距离为半径的圆弧上,间隔适当距离,固定三个3毫米的螺钉,作为接点1、2、3。
用硬纸片制作的标尺悬挂在输液管旁边的面板上端,表面粘一层透明胶纸,标尺右边与输液管贴近并平行,改变标尺的悬挂点可以调节标尺的高低。
电源电压18伏,交直流均可。演示时用演示电表,分组实验用一般电流表。
【使用方法】
1.调节标尺,使液面略低于标尺零指标。若液柱面尚未露出直通接头,可将S扳至1,使R1和R3串联,电流为I,液柱开始上升。当液面升到与标尺零刻度等高时开始计时,经过30秒钟,电流产生的热量使液柱升高h(约1厘米)。
2.迅速将S扳至接点2,则R1和R2串联。因电路上总电阻未变,所以电流仍为I。但管内通电电阻为使用接点1时的二倍,实验再经30秒钟时,液柱高度为h+2h=3h。与使用接点1比较,电流与时间都未变,只是电阻为原来的二倍,产生的热量也为原来的二倍,这就说明了电流产生的热量与电阻成正比。
3.继续观察30秒钟,液柱由3h升至5h,又净升高2h。与使用方法2比较,电流与电阻都未变,仅时间增加一倍,热量也增加一倍,这就说明了电流产生的热量与通电时间成正比。
4.迅速将S扳至接点3,此时仅R1被接通,电路上的电阻减小为使用方法3的1/2,电流为2I,再经过30秒钟,液柱由5h升至9h,净升高4h。与使用方法1比较,电阻与时间都未变,电流增至二倍,液柱升高四倍,这就说明了电流产生的热量与电流的平方成正比。
5.实验完毕,立即关闭电源。若欲重复实验,用冷水布包住塑料管,液柱即迅速下降。
【注意事项】
1.往管内装酒精时,应先将酒精加热至60℃左右再盖紧管塞,这样做可以保证在气温最高时,管内的酒精也不致因膨胀而由管口溢出。
2.细管及电阻丝的引线,都要先在粗管胶塞上装好,然后再将胶塞插进粗管内。塞紧胶塞时,酒精将升至细管上端,甚至由管口溢出,但酒精冷却后,细管内的液柱将自行下落。若不能完全落下去,可用废报纸条或其他吸水性较好的纸条,搓成纸绳,多次由管口插进去将细管内多余的酒精吸出,直至液面在标尺零刻度以下。
3.升高电压,液柱升高速度加大,虽可缩短实验时间,但电压过高,酒精及管的温度与室温的温差过大,散热耗损也将随之增大;影响实验精度,且液柱升高速度过大,也不便观察。电压过低,液柱升高速度减小,延长实验时间,散热损耗也会增大,同样影响实验精度。
本站提示:本自制教具可辅以“电功、电功率”部分的物理实验教学。
选自:《初中物理自制教具》
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