趙梁震

濮陽市第一高級中學 河南 濮陽 457000

摘 要：本文對人教版物理選修3-1教材中引入焦耳定律的方式提出了質(zhì)疑，指出了其不利影響，同時提出了自己的方案并分析了這樣引入的好處。

關鍵詞：物理選修3-1；焦耳定律；歐姆定律；純電阻電路

人民教育出版社普通高中課程標準實驗教科書物理選修3-1課本對焦耳定律的引入過程如下：

電流通過白熾燈、電爐等電熱元件做功時，電能全部轉(zhuǎn)化為導體的內(nèi)能，電流在這段電路中做的功W等于這段電路發(fā)出的熱量Q，即

Q=W=UIt

由歐姆定律

U=IR

代入上式后可得熱量Q的表達式

Q=I2Rt

即電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻及通電時間成正比，這個關系最初是焦耳用實驗直接得到的，我們把它叫做焦耳定律。

這里用公式推導的方式得出了焦耳定律的公式和內(nèi)容，筆者認為不太恰當，理由如下：

第一，焦耳定律是焦耳通過大量實驗總結(jié)出來的規(guī)律，科學實驗是自然規(guī)律最直接的反映，科學理論正確與否必須接受實驗的檢驗，正如課本上所說焦耳定律是焦耳用實驗直接得到的，焦耳定律本身就是一個實驗規(guī)律，這是焦耳通過大量實驗總結(jié)得到并經(jīng)過無數(shù)次實驗驗證了的實驗結(jié)論，我們不應該淡化科學實驗在焦耳定律建立過程中所起的巨大作用，公式推導的方式掩蓋了焦耳定律的真實面目。

第二，這里Q=W應用了能量轉(zhuǎn)化與守恒定律來推導焦耳定律，而實際情況是焦耳本人是在得出焦耳定律后，又進行了長期的、大量的、精確的科學實驗，在大量實驗事實面前焦耳提出了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律.并且電流通過導體時所做的電功和導體發(fā)出的電熱相等是焦耳得出能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的重要實驗基礎.由此看來，用能量轉(zhuǎn)化和守恒定律來推導焦耳定律是不符合科學發(fā)展的實際歷程的。

第三，上述推導過程用到了歐姆定律，歐姆定律的表達式應該為[I=UR]，不應該用U=IR，另外，歐姆定律是只能在純電阻電路中才適用的規(guī)律，用歐姆定律來推導焦耳定律會使學生認為焦耳定律也只適用于純電阻電路，對電動機等非純電阻元件求電熱不適用的錯誤認識.學生一旦建立這樣的錯誤認識再來糾正是比較困難的.

基于以上考慮，筆者認為引入焦耳定律的過程可以做一些調(diào)整.建議設計“電流通過電學元件時產(chǎn)生的電熱與誰有關？”的探究實驗（或者介紹焦耳所做的實驗）.通過探究實驗得出Q=I2Rt，即焦耳定律.然后結(jié)合能量轉(zhuǎn)化與守恒定律在純電阻電路中電流做功全部轉(zhuǎn)化為電熱W=Q，即UIt=I2Rt，可以得到[I=UR]。由此可見歐姆定律是能量轉(zhuǎn)化與守恒定律在純電阻電路中的具體反映和內(nèi)在要求.

這樣設計的好處是還原了人們認識自然規(guī)律的實際歷程，體現(xiàn)出了科學實驗在科學理論建立過程中的巨大作用，使人們認識到焦耳定律是一條實驗規(guī)律，物理學科是一門實驗科學，能真實反映自然規(guī)律.通過探究實驗的設計我們可以引導學生像科學家那樣設計實驗方案，探究、總結(jié)得出規(guī)律，使學生在實驗中體會科學實驗對自然科學的重要意義，也能使學生獲得科學研究的方法.

我們又利用焦耳定律和能量守恒定律反過來得出了歐姆定律，說明歐姆定律、焦耳定律雖說是在實驗中得出的，同時它們也是物理理論大廈的有機組成部分，可以反映出焦耳定律在物理理論體系中的地位和物理理論的完備性，在理論層面上證明焦耳定律可以納入已有的物理理論當中，使實驗結(jié)論和理論框架得到完美融合.更重要的是我們能夠得到歐姆定律的適用條件——純電阻電路，如果不是純電阻電路，電流做功沒有全部轉(zhuǎn)化為電熱則不能得出W=Q即UIt=I2Rt，歐姆定律也就不適用.另外我們還能體會到能量轉(zhuǎn)化與守恒定律在自然界中的普適性，歐姆定律是能量轉(zhuǎn)化與守恒定律在純電阻電路中的必然要求.

作者簡介：

趙良震（1979—），男，中教一級，主要從事高中物理教學工作，曾獲河南省優(yōu)質(zhì)課教師，省實驗創(chuàng)新大賽一等獎。