专利名称：焦耳定律演示器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学用具，尤其是一种焦耳定律演示器。
技术背景在初中物理教学中焦耳定律即是重点又是难点，教师在教授焦耳定律过程中有一套理想的演示仪器是非常重要的。目前在物理教材中提供的实验装置是在两个烧瓶中加满煤油，在其中分别设有电热丝，利用电热丝产生的热量使煤油受热膨胀，由煤油上升玻璃管的高度反映出电热丝产生的热量的多少，从而来演示焦耳定律中Q与R、I、t三者之间的关系。该技术存在操作复杂、易腐蚀瓶塞、污染空气、加热时间长、准备时间长等许多不足，而且热量散失严重，会使误差大。由于存在这样的不足，没有被广大学校使用，许多教师讲授焦耳定律时只是单纯讲述理论，而没有一套简单、实用、快捷的演示实验仪器来验证焦耳定律。
发明内容
本实用新型目的是克服以上不足，提供一种结构简单、效果明显、能够快速完成多组实验，形成对比，使学生快速理解焦耳定律的演示器。
本实用新型通过以下方式实现的，本实用新型由面板(1)、储气盒(2)、储气盒(3)、气门螺帽(4)、软胶管(5)、胶管接口(6)、U型玻璃管(7)、液体(8)、刻度尺(9)、电流表(10)、电位器(11)、开关(12)、接线柱(13)、金属活动片(14)组成。硬质材料作为布局所有元件的面板(1)。在面板(1)正面的左右两边分设两个容积相同的密闭的储气盒(2)和储气盒(3)，储气盒是由不易变形、热稳定性好的材料制成。储气盒(2)内设两个阻值相等的电阻丝或发热体R1和R2，R1两端的接头a、b穿出储气盒(2)至面板(1)的背面，R2两端的接头c、d穿出储气盒(2)至面板(1)的背面。储气盒(3)内设电阻丝或发热体R3，一端接头f穿出储气盒(3)至面板(1)的背面。在面板(1)的背面对应储气盒(3)的位置设电阻丝或发热体R4，其一端设接头e。其中R1＝R2＝R3＝R4。储气盒(2)、储气盒(3)上面均设有气门螺帽(4)和胶管接口(6)，气门螺帽(4)用于封气门，气门用于储气盒换气。用两根长度一致的软胶管(5)分别与两储气盒上的胶管接口(6)连接，软胶管(5)的另一端与U型玻璃管(7)连接。在U型玻璃管内装有一段液体(8)，液体(8)将两储气盒内的气体密封，同时根据储气盒内气体膨胀的情况来观察液面上升的高度，从而确定电阻丝或发热体产生热量的多少。液体(8)应当满足不易挥发、性质稳定，为了方便观察液柱上升的高度可以是彩色液体。两支U形管固定在刻度尺(9)上，刻度尺用于测出U形管内液面上升的高度，从而确定电阻丝或发热体产生热量的多少。用导线将电流表(10)、电位器(11)、开关(12)及电源在面板上进行串联后与四个电阻丝或发热体相连，形成通路。接线柱(13)接低压直流电源，可以是6伏直流电源。在连接过程中尽量将接线头伸到面板的背面，使装置简洁、美观。
在面板(1)的背面对应着两个储气盒的位置设金属活动片(14)。通过拨动金属活动片可任意连接接头a、b、c、d或e、f形成电路。
用金属活动片连接bd两触点，使左边储气盒中的R1和R2串联，右边的只将储气盒中的R3接入电路中，R4不接入电路。用导线将电流表、电位器、开关、电源、R1、R2、R3串联。此时储气盒(2)、储气盒(3)内的电阻的关系为R1+R2＝2R3，这样就可验证在相同的时间内，通过的电流一定时，可观察到与储气盒(2)相连的U型管液体上升的高度大，证明电阻越大产生的热量越多。可验证得出，焦耳定律中电流产生的热量Q与电阻R成正比。
用金属活动片连接ad(或bc)两触点，只将左边储气盒中的R1或R2中的任意一个电阻丝或发热体接入电路，拨动面板背面的金属活动片将ef两点连通，右边储气盒中的R3与面板背面的R4并联后接入电路。将R3、R4并联后与电流表、电位器、开关、电源、R1(或R2)串联形成通路。此时通过储气盒(2)中R1(或R2)的电流是通过储气盒(3)中的R3的电流的两倍，即I1＝2I3。这样在相同的时间内，电阻一定时，可观察到与储气盒(2)相连的U型管液体上升的高度大，证明电流越大产生的热量越多，可验证得出，焦耳定律中电流产生的热量Q与电流的平方成正比。
拨动金属活动片将ac两点连接，使左边储气盒中的R1和R2都不接入电路，只将右边储气盒中的R3接入电路，此时电流表、电位器、开关、电源、R3串联。因此只需观察到与储气盒(3)连接U形管液体上升。读出电流表上的示数，在不同的时间内，记录U形管内的有色液面的位置，说明在电流一定，电阻一定时，通电时间越长产生的热量越多，可以验证出焦耳定律中电流产生的热量和通电时间成正比。
本实用新型的优点是使复杂原理通过实验变得简单、直观、且演示器操作方便。用空气作受热物质，从而使变化效果明显，易于观察，并节约了原料，缩短了演示时间，提高了课堂效率。特别是本实用新型利用拨动金属活动片可以快速的将电阻丝或发热体R1、R2、R3和R4连接成串联、并联或混联电路。从而使实验的可控性较强，也容易满足焦耳定律Q＝I2Rt中电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比、跟通电时间成正比所需的实验条件。本实用新型所有元件均在一块面板上进行组装，所以容易维护，便于携带，克服了现行教材中的某些不足。满足教学演示实验仪器的基本要求，有利于广大师生的推广使用。
以下结合附图和具体实施方案对本实用新型作进一步详细说明
图1是本实用新型的正面图；图2是本实用新型的背面图；图3是本实用新型的背面电路图；图4是验证Q与R之间关系的电路图；图5时验证Q与I之间关系的电路图；图6是验证Q与t之间关系得电路图；具体实施方式
由一块300×240mm的硬质板作为布局所有元件的面板(1)。在面板的左右两边分设两个容积相同的密闭的储气盒(2)和储气盒(3)，储气盒是由不易变形、热稳定性好的材料制成。储气盒(2)内设两个阻值均为4Ω的电阻丝或发热体R1和R2，R1两端的接头a、b穿出储气盒(2)至面板(1)的背面，R2两端的接头c、d穿出储气盒(2)至面板(1)的背面。储气盒(3)内设电阻丝或发热体R3，一端接头f穿出储气盒(3)至面板(1)的背面。在面板(1)的背面对应储气盒(3)的位置设电阻丝或发热体R4，其一端设接头e。R1＝R2＝R3＝R4＝4Ω。左右两边的储气盒上面均设有气门螺帽(4)和胶管接口(6)，拧动气门螺帽(4)封住气门，两储气盒均密封等量气体。用两根长度一致的软胶管(5)分别与储气盒上的胶头接管(6)相连，软胶管的另一端与U型玻璃管(7)连接。用注射器将1ml有色液体分别注入两支U形管内。两支U形管固定在刻度尺(9)上，刻度尺上的刻度由下至上逐一递增。如图3所示，用导线将电流表、电位器、开关、电源在面板上进行串联后与四个电阻丝或发热体相连，形成通路。接线柱(13)接6伏直流电源。
在面板的背面对应着两个储气盒的位置设金属活动片(14)。如图4所述，拨动面板背面的金属活动片，连接bd两触点，使储气盒(2)(3)内的电阻的关系为R1+R2＝8Ω＝2R3，验证得出，焦耳定律中电流产生的热量Q与电阻R成正比。
按图5所示，金属活动片将ad(或bc)两点连接，再将ef两点相连，形成电流通路。此时R1或R2＝R3＝4Ω，通过的电流为I1＝2I3。验证得出，焦耳定律中电流产生的热量Q与电流的平方成正比。
金属活动片将ac两点连接，形成电流通路。此时R3＝4Ω，I不变。只需观察右边的U形管液面。验证出焦耳定律中电流产生的热量和通电时间成正比。
结合以上操作，最后验证得出，焦耳定律Q＝I2Rt中电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
权利要求1.一种焦耳定律演示器，由面板(1)、储气盒(2)、储气盒(3)、气门螺帽(4)、软胶管(5)、胶管接口(6)、U型玻璃管(7)、液体(8)、刻度尺(9)、电流表(10)、电位器(11)、开关(12)、接线柱(13)、金属活动片(14)组成，其特征是，硬质材料作为布局所有元件的面板(1)；在面板(1)正面的左右两边分设两个容积相同的密闭的储气盒(2)和储气盒(3)，储气盒(2)内设两个阻值相等的电阻丝或发热体R1和R2，R1两端的接头a、b穿出储气盒(2)至面板(1)的背面，R2两端的接头c、d穿出储气盒(2)至面板(1)的背面；储气盒(3)内设电阻丝或发热体R3，一端接头f穿出储气盒(3)至面板(1)的背面；在面板(1)的背面对应储气盒(3)的位置设电阻丝或发热体R4，其一端设接头e；在面板(1)的背面对应着两个储气盒的位置分别设有金属活动片(14)；通过拨动金属活动片可任意连接接头a、b、c、d或e、f形成电路；储气盒(2)、储气盒(3)上面均设有气门螺帽(4)和胶管接口(6)，用两根长度一致的软胶管(5)分别与两储气盒上的胶管接口(6)连接，软胶管(5)的另一端与U型玻璃管(7)连接，在U型玻璃管内装有一段液体(8)，液体(8)将两储气盒内的气体密封；两支U形管固定在刻度尺(9)上，用导线将电流表(10)、电位器(11)、开关(12)及电源在面板上进行串联后与四个电阻丝或发热体相连，形成通路。接线柱(13)接低压直流电源。
2.根据权利要求1所述的焦耳定律演示器，其特征是，电源是6伏直流电源。
3.根据权利要求1所述的焦耳定律演示器，其特征是，储气盒是由不易变形、热稳定性好的材料制成。
4.根据权利要求2所述的焦耳定律演示器，其特征是，储气盒是由不易变形、热稳定性好的材料制成。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的任何一种焦耳定律演示器，其特征是，R1＝R2＝R3＝R4。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的任何一种焦耳定律演示器，其特征是，液体(8)应当满足不易挥发、性质稳定，为了方便观察液柱上升的高度可以是彩色液体。
7.根据权利要求5所述的焦耳定律演示器，其特征是，液体(8)应当满足不易挥发、性质稳定，为了方便观察液柱上升的高度可以是彩色液体。
专利摘要本实用新型公开了一种结构简单、效果明显、能够快速完成多组实验，形成对比，使学生快速理解焦耳定律的演示器。由面板(1)、储气盒(2)、储气盒(3)、气门螺帽(4)、软胶管(5)、胶管接口(6)、U型玻璃管(7)、液体(8)、刻度尺(9)、电流表(10)、电位器(11)、开关(12)、接线柱(13)、金属活动片(14)组成。其优点是使复杂原理通过实验变得简单、直观、且演示器操作方便。用空气作受热物质，从而使变化效果明显，易于观察，并节约了原料，缩短了演示时间，提高了课堂效率。所有元件均在一块面板上进行组装，容易维护，便于携带，满足教学演示实验仪器的要求，有利于广大师生的推广使用。
文档编号G09B23/06GK2891154SQ20062001949
公开日2007年4月18日 申请日期2006年5月1日 优先权日2006年5月1日
发明者殷光林 申请人:殷光林