师：各位同学大家好，欢迎来到今天的物理课堂。网上有网友说铅笔芯能发光，这是真的吗？让我们通过实验来判断。按照网友的说法，我准备了能显示电流大小的电源。两根鳄鱼夹导线，一端固定在倒放的一次性纸杯上，用来固定铅笔芯，另一端连接电源正负极。最后用玻璃罩住纸杯，闭合开关，让我们拭目以待。
铅笔芯能发光是真的吗？我们通过实验验证。我将直径为0.5毫米的HB铅笔芯接入电路，此时电流为3.20安培。下面闭合开关观察现象。看，铅笔芯发光了，看来网友的说法是真的。不过，它发光有些暗，怎么做能让它更亮呢？我们尝试增大电流。
大家看，铅笔芯发光越来越亮，由发红光到白光，最后铅笔芯被烧断了。这说明电流越大，铅笔芯越亮。实验中，直径0.5毫米的HB铅笔芯因太细容易烧断。下面我们换根粗的，控制电流相同，再次通电看看。
这次，我们换成直径为1.1毫米的HB铅笔芯。同样的电流下，我们只能看到它冒烟，并没有发光。增大电流到4安培，还是不发光。这说明粗铅笔芯电阻变小，就不发光了。看来还得用细的，不过得换种材料，才可能让它发光时间长且更亮。
说到这里，同学们可能想到了一样熟悉的东西和一位著名科学家。没错，这样东西就是常用的白炽灯，这位科学家就是爱迪生。爱迪生对白炽灯灯丝材料不断改进，最终选择日本竹做成的碳丝，能让白炽灯持续发光1000多个小时，大大提升了白炽灯寿命。后来科学家们又用钨丝代替碳丝，就有了现在使用的白炽灯。
在生活中，我们常要按需求改变白炽灯亮度，该怎么做呢？要解决这个问题，我们得先了解白炽灯工作时能量是如何转换的。其实，刚才用的7米新灯就是一盏白炽灯，它工作时能量怎么转换呢？希望下面这个视频能给大家启发。将纸放在正在发光的铅笔芯上会出现什么现象呢？我们来试一试。接通电源，铅笔芯已发光。
看，卫生纸燃烧起来了，发光的铅笔芯竟然将纸点燃，说明温度很高。不难发现，白炽灯工作时，能量转换是电能全部转化为内能，部分内能再转换为光能。由于灯丝在高温下发光，温度越高发光效果越好，光变成白色时，就进入白炽状态，所以叫白炽灯。像白炽灯这样通电时有热现象的还有很多，比如电流通过导体时会产生热量。来看个实例，将计算机散热器拆掉，计算机工作芯片温度快速上升，甚至可达200摄氏度以上，芯片因过热烧毁，计算机停止工作。
计算机工作时有热量产生，除此之外，电风扇工作时除输出机械能，也有内能。还有生活中熟悉的电炉、电热毯、电取暖器、电熨斗等用电器，它们在消耗电能时也会产生内能。在物理学中，电流通过导体时产生热量的现象，我们称之为电流的热效应。
电流通过导体时产生的热量，简称为电热。电热多少和哪些因素有关呢？让我们进入第18章第四节焦耳定律的学习来寻找答案。
先来回忆前面两个视频。电流相同时，铅笔芯直径从0.5毫米变成1.1毫米，变粗了，电阻变小，灯泡变暗甚至不发光，意味着产生的电热变少，我们猜想电热多少与电阻有关。后面视频中，电阻相同时增大电流，灯泡变亮，意味着产生电热更多，我们猜想电热多少还有可能与电流大小有关。
除这两个因素，通过生活经验可知，通电时间也会影响电热多少。比如家用电热水壶，烧的水越多，所需热量越多，通电时间就越长。猜想是否正确，需通过实验验证。实验前要设计实验，首先要解决如何反映电热多少。在物理学中，对于这种看不见、不易测量的物理量，我们采用转换法。具体怎么做，让我们通过下面这段视频了解实验装置原理。
两个透明容器，橡胶软管两端分别与容器和U型玻璃管紧密相连，容器内密封等量空气，各装有一段电阻丝。当电流通过电阻丝产生热量，加热容器内空气，空气膨胀使U型管中液面高度发生变化，电流产生热量越多，U型管中液面高度变化越大。
正如视频所说，电阻丝密封在容器中，通电产生热量，容器中气体吸热膨胀，挤压U型管中的水柱，使两侧水柱出现高度差。这套装置正是利用U型管左右两侧液面高度差来反映导体通电时产生热量的多少，这就是转换法。
我们猜想电热多少与电阻、电流、通电时间三个因素有关，为搞清楚每个因素对电热的影响，要采用控制变量法，所以这个实验至少要做三次。首先研究电热与电阻的关系，需控制电流和通电时间相同。把一个5欧姆和一个10欧姆的电阻串联在同一个电路中即可。设计好电路图，按电路图连接实验装置进行实验，比较U型管左右两侧液面高度差。因实验装置较小，观察效果可能不好，我们来看视频。
实验一：在两个密闭容器中分别装入一段5欧和10欧的电阻丝，将两段电阻丝串联后接到电源两端，闭合开关，此时通过两段电阻丝的电流相等，观察两个U型管中液面高度变化。
可以观察到，在通电时间相同的情况下，10欧电阻丝对应的U型管中液面升高得更高，即10欧电阻丝所在密闭容器内空气温度升高得更多，说明10欧电阻丝产生的热量更多。这个实验表明，在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多。
通过实验发现，电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。接下来研究电热与电流的关系，此实验需控制电阻和时间相同，改变电流。但根据欧姆定律，两个阻值相同的电阻，不论串联还是并联，因电压关系，通过的电流都相同，怎么办呢？两个电阻已无法满足需求，我们可以再加一个电阻。将两个10欧的电阻并联，再和一个10欧的电阻串联。注意，此时两个容器中电阻丝阻值都是10欧姆且相同，通过它们的电流不同，同一电路中时间一样，问题解决。下面按此电路图连接实验装置进行实验。
实验二：两个密闭容器中各有一段10欧的电阻丝，在右侧容器外部将另一段10欧的电阻丝和容器内电阻丝并联，连接电路闭合开关。此时通过两容器中电阻的电流不相等，观察两个U型管中液面高度变化。
可以观察到，在通电时间相同的情况下，左侧容器对应的U型管中液面升高得更高，表明在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。
通过实验发现，电阻和通电时间相同时，电流越大，电阻产生热量越多。对于通电时间，我们不再通过实验验证。在电阻和电流相同时，根据生活经验可知，通电时间越长，产生热量越多。通过以上实验，我们知道了通电导体的电阻越大、电流越大、通电时间越长，产生的热量就越多，但这只是定性关系。