關于選修3-1焦耳定律的一點想法

物理選修3-1課本第二章第5節焦耳定律中，焦耳定律是通過能量守恒引入的，沒有通過實驗探究引入。這樣做雖然能夠練習功能關系的思想，但是回避了焦耳定律的探究過程，這樣做容易讓學生認為焦耳定律的適用條件是針對純電阻電路。

課本對焦耳定律推導過程如下：

焦耳定律：電流做功時，消耗的是電能。究竟電能會轉化為哪種形式的能，要看電路中具有哪種類型的元件。

只含白熾燈、電爐等電熱元件的電路是純電阻電路。電流通過純電阻電路做功時，電能全部轉化為導體的內能。電流在這段電路中做的功W就等于這段電路發出的熱量Q，即

Q=W=IUt

由歐姆定律 U=IR

代入上式后可得熱量Q的表達式

Q=I2Rt （4）

如此引入，Q=W=IUt，U=IR兩式成立均需要條件：純電阻電路。學生很容易順理成章地認為焦耳定律的表達式Q=I2Rt，也是只適用于純電阻電路。雖然課本中對此表達式做了一些解釋：

在推導（4）式的過程中，我們用到了“Q=W”這個條件，它要求電流做的功“全部變成了熱”，也就是電能全部轉化為導體的內能。因此，（4）式中的“P”專指發熱的功率。

但仍不能讓初學者明顯地看出此式適用于任何電路。學生很容易去想既然Q=W=IUt，U=IR兩式成立均需要純電阻電路，那么對于非純電阻電路，為什么熱量的表達式仍然是Q=I2Rt？如何推導？教學中雖再三強調，和學生一起分析教材，學生還是很難正確理解。

當然課本中有從特殊到一般推廣的例子，比如靜電力做功只跟初末位置有關與路徑無關的特點。先讓學生研究勻強電場中靜電力做功的特點，進而告訴學生在一切電場中靜電力做功有相同的特點。如此處理是因為學生的數學知識跟不上，無法研究非勻強電場中靜電力做功的特點，不得不如此處理。并且有重力做功特點做對比，把靜電力做功特點由勻強電場推廣到一切電場，學生是容易接受的。而本節中，學生對于純電阻電路與非純電阻電路是有能力去研究的，哪些公式適用于純電阻電路哪些適用于一般電路學生是有明確認識的，再由純電阻電路推廣到一般電路學生接受起來比較困難，肯定會有一些疑問。

這里完全可以把電功率和熱功率分開研究，恢復焦耳定律這個實驗定律的本來面目。然后再尋找它們的聯系和區別。雖然說焦耳定律的探究過程很難模擬，還是可以把焦耳當年得出此定律的過程以文字資料的形式呈現給學生。把科學規律得出的真實過程呈現給學生，有利于學生對知識點的掌握，也有利于培養學生正確的情感、態度和價值觀！

（作者單位：山東省高密實驗中學）