师：各位同学，大家好！很高兴与大家一起学习初中物理沪科版九年级全一册第16章第四节——科学探究电流的热效应。周末，小明去郊游烧烤，到地方后发现因粗心忘带打火机，身边只有电池和口香糖。利用这些东西，他能否成功取火呢？如果大家对户外节目感兴趣，可能见过这样的操作：将口香糖纸剪成两端较粗、中间稍细的长条状，连接电池两端，过一会儿会发现中间较细部分着火了。这两种东西单独放置时都不着火，组装在一起却着火了，大家想一想，这是为什么呢？带着这个疑问，我们走进今天的物理课堂。
原来，口香糖纸其中一面是锡箔纸，可导电。当有锡箔纸的一面连接电池两极时，近似发生短路。电流经过锡箔纸发热，锡箔纸温度升高，从而引发着火。其实，生产生活中利用通电发热来工作的用电器有很多，像常见的电热水器、电饭煲、电暖器、电炉等等。观察电暖器和电炉，能看到其金属丝电阻部分发红，靠近能感觉到发热。这种电流通过导体时将电能转化为内能的现象，我们称之为电流的热效应。
在使用用电器过程中，我们发现有的产热多，有的产热少。那么，电流产生热量的多少与哪些因素有关呢？以电暖器为例，生活中电暖器要通电一段时间后才会让人感到暖和，由此我们可以猜想，电流产生热量的多少是否与通电时间有关呢？
生活中还发现，电暖器不同档位的热度不一样。不同档位什么不同呢？是功率。但无论是高温档还是低温档，都是接在220伏的家庭电路中。根据功率公式P = UI，那电流产生热量的多少是不是与电流大小有关呢？通电一会儿后，如果想挪动电暖器，敢碰电暖器的哪个部分呢？电暖丝部分很热，摸起来烫手，可导线却几乎不热，这是为什么呢？电暖丝和导线串联在电源上，电流和通电时间都一样，只是电阻不同，所以我们猜想，电流产生热量的多少是不是与电阻大小也有关系呢？这几个猜想到底对不对呢？俗话说耳听为虚，眼见为实，我们来做个实验验证一下。在真正做实验之前，我们需要解决几个小问题。
首先，电流经过导体时会产生热量，但电流产生的热量看不见、摸不着，实验中该如何测量或比较其多少呢？关于热量，我们学过哪些公式？Q = mq，Q = cmΔt。回顾学习燃料热值时，我们是怎样测量Q放的？通过烧水，根据水吸收热量的多少近似感受燃料放出热量的多少。那么，我们是不是也可以通过转换法，将不好测量的电流放出的热量Q放转换成容易测量的某物体吸收的热量呢？比如，让通电电阻丝给一定质量的煤油加热，煤油吸收热量，温度升高，用温度计测出温度变化量Δt，再利用公式Q = cmΔt计算得出Q吸，从而知道电阻丝放出的热量Q放是多少。但这样做计算量太大，同学们想一想，有没有更简单的办法？如果使用等量的煤油，煤油的质量和比热容均相等，那就只需要比较它们的温度变化量，就能比较电流产生热量的多少。
不过，煤油加热后升温较慢，改用加热空气是不是能更快一些呢？这里给大家介绍一种新仪器——焦耳定律演示仪。它由完全相同的左右两部分组成，这样的设计方便我们同时做两组实验进行比较。每一部分都是由软管将内部有电阻丝的密闭贮气盒与U型玻璃管相连。通电后，电流经过电阻丝，储气盒内的空气受电阻丝加热，温度升高，体积膨胀，压强变大，会挤压U型玻璃管内与注射器相连一侧的液面，从而使U型管中液面形成高度差。电流经过注射器内的电阻时放出的热量越多，U型玻璃管内液面高度差越大。这样，利用焦耳定律演示仪，我们就可以直接通过液面高度差来感受电流产生热量的多少，电流产生的热量越多，玻璃管中液面高度差越大。
解决了怎样比较电流产生热量多少的问题，第二个问题来了。实验中有多个因素可能影响电流产生热量，我们该怎么处理呢？物理中，当碰到多个因素影响一个实验结果时，通常会使用一种方法，叫控制变量法。我们可以使每组实验中都只有一个影响实验结果的变量，从而对比探究得出结论。
我们刚才猜想时间t、电流I、电阻R可能都会影响电流产生热量的多少，该如何探究呢？如果想要探究时间t的变化对电热Q的影响，需要保证电阻R、电流I均相同；如果想要探究电流I的变化对电热Q的影响，就要控制电阻R、时间t相同；最后，如果想要探究电阻R的变化对电热Q的影响，该怎么做呢？对，要控制电流I、时间t相同，从而研究电阻R的变化对电热Q的影响。这3个方法大家都说对了吗？如果3个结论和老师的答案一样，那么恭喜你，控制变量法掌握得很好。
实验中我们需要改变时间、电流、电阻，想想为达到这个目的，需要哪些实验器材呢？首先电源肯定要有。时间的改变，可以通过开关的闭合与断开来控制。那电流的改变怎么实现呢？实验室中，我们通常使用滑动变阻器，通过改变滑动变阻器滑片位置，改变接入电路的电阻，从而影响电流。实验过程中，有时需要使电流大小相等，有时需要使电流大小不相等，怎么知道电流大小是否相等呢？这就需要有电流表测量电流大小。
至于电阻，刚才介绍的焦耳定律演示仪中，电阻已集成在注射器中，左右注气盒中共三个电阻，每个电阻大小均为5欧。如果需要接入的电阻大小相等，左右两盒中各接一个即可；如果想要让电阻大小不一样，可通过改变右侧柱形盒中电阻的连接方式来实现。将右侧两电阻串联后再接入电路，右盒中的电阻就变为10欧，左盒中仍然为5欧。
总结一下，我们需要哪些实验器材呢？需要电源、开关、滑动变阻器、电流表、焦耳定律演示仪。还有一样很重要的东西，大家别忘了，就是导线。
实验准备工作完成后，下面进行实验。首先第一个实验，探究电流产生的热量与通电时间的关系。按照实验设计思路，要保证电阻R、电流I相同。电阻相同，可使左右两处气盒中均接入5Ω电阻。怎样保证通过电阻的电流相等呢？可以将电流表、滑动变阻器与该电阻串联，调节滑动变阻器，使电流表示数相等即可。
按照这个实验思路，设计好实验电路图，连接实验器材。为方便观察比较，将演示仪中左右两部分同时连接好，均接入5欧电阻，调节滑动变阻器滑片，使电流表示数均为0.4安。同时闭合开关，右侧通电约40秒后断开，左侧继续通电至80秒。观察U型玻璃管中液面高度差的变化，40秒时右侧断开，左侧继续加热。
通过实验现象发现，在电阻、通电电流大小相同的情况下，左侧通电时间较长，玻璃管中液面高度差也较大。所以可以得出结论：其他条件相同时，通电时间越长，电流产生的热量越多。
实验二，探究电流产生的热量与电流大小的关系。实验中控制电阻R、时间t相同，研究电流I变化对电热Q的影响。电阻相同，左右两盒各接5Ω电阻；时间t相同，同时闭合开关，同时断开开关。那电流I怎样变化呢？同样需要滑动变阻器改变通过电阻R的电流。从这个实验思路来看，电路图和上一个实验是一样的。设计好实验电路图，连接实物，同样左右两侧同时接入电路，各接一个5Ω电阻，左侧调节滑动变阻器，使电流表示数为0.3安；右侧调节滑动变阻器，使电流表示数为0.6安，同时闭合开关，观察玻璃管中液面高度差变化，发现右侧玻璃管中液面高度差变化较快。