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。
選自:《初中物理自制教具》
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