关于选修3-1焦耳定律的一点想法

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物理选修3-1课本第二章第5节焦耳定律中，焦耳定律是通过能量守恒引入的，没有通过实验探究引入。这样做虽然能够练习功能关系的思想，但是回避了焦耳定律的探究过程，这样做容易让学生认为焦耳定律的适用条件是针对纯电阻电路。

课本对焦耳定律推导过程如下：

焦耳定律：电流做功时，消耗的是电能。究竟电能会转化为哪种形式的能，要看电路中具有哪种类型的元件。

只含白炽灯、电炉等电热元件的电路是纯电阻电路。电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能。电流在这段电路中做的功W就等于这段电路发出的热量Q，即

Q=W=IUt

由欧姆定律 U=IR

代入上式后可得热量Q的表达式

Q=I2Rt （4）

如此引入，Q=W=IUt，U=IR两式成立均需要条件：纯电阻电路。学生很容易顺理成章地认为焦耳定律的表达式Q=I2Rt，也是只适用于纯电阻电路。虽然课本中对此表达式做了一些解释：

在推导（4）式的过程中，我们用到了“Q=W”这个条件，它要求电流做的功“全部变成了热”，也就是电能全部转化为导体的内能。因此，（4）式中的“P”专指发热的功率。

但仍不能让初学者明显地看出此式适用于任何电路。学生很容易去想既然Q=W=IUt，U=IR两式成立均需要纯电阻电路，那么对于非纯电阻电路，为什么热量的表达式仍然是Q=I2Rt？如何推导？教学中虽再三强调，和学生一起分析教材，学生还是很难正确理解。

当然课本中有从特殊到一般推广的例子，比如静电力做功只跟初末位置有关与路径无关的特点。先让学生研究匀强电场中静电力做功的特点，进而告诉学生在一切电场中静电力做功有相同的特点。如此处理是因为学生的数学知识跟不上，无法研究非匀强电场中静电力做功的特点，不得不如此处理。并且有重力做功特点做对比，把静电力做功特点由匀强电场推广到一切电场，学生是容易接受的。而本节中，学生对于纯电阻电路与非纯电阻电路是有能力去研究的，哪些公式适用于纯电阻电路哪些适用于一般电路学生是有明确认识的，再由纯电阻电路推广到一般电路学生接受起来比较困难，肯定会有一些疑问。

这里完全可以把电功率和热功率分开研究，恢复焦耳定律这个实验定律的本来面目。然后再寻找它们的联系和区别。虽然说焦耳定律的探究过程很难模拟，还是可以把焦耳当年得出此定律的过程以文字资料的形式呈现给学生。把科学规律得出的真实过程呈现给学生，有利于学生对知识点的掌握，也有利于培养学生正确的情感、态度和价值观！

（作者单位：山东省高密实验中学）