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焦耳是如何通过实验发现焦耳定律的？焦耳定律在物理学中又处于怎样的一个重要地位？下面我们就来谈一下这些问题.
1.发现问题作出猜想
生活中的电热油汀、“热得快”、电暖器、电水壶、电炉等都是利用电流做功将电能转化为内能的装置，这类装置统称电热器.电流通过电热器时会产生热量，这种通电导体发热的现象称为电流的热效应.在发现电流热效应时，我们同时还会发现：①电热器只有通电时才发热，因此我们猜想它们产生的热量可能与电流的大小有关；②电炉是通过铜导线接入电路，通电时电炉丝热得发红，而铜导线却几乎不发热，我们猜想它们产生的热量可能与电阻的大小有关；③同样的电热水壶装满水，必须有足够的通电时间吸收了到一定的热量时才能将水烧开，因此我们猜想电热器产生的热量是否与通电时间有关.由此，我们对影响电流热效应的因素作出如下猜想：电流、电阻、通电时间.
2.巧妙运用研究方法
为了对上述猜想作出系统的正误判定，我们需要设计实验来验证.在电流、电阻、通电时间都不同的情况下，实验必须采用控制变量法，即：①保持电流和通电时间不变，研究通电导体电阻的大小对产生热量的影响；②保持电阻和通电时间不变，研究电流的大小对产生热量的影响；③保持电流和电阻不变，研究通电时间对产生热量的影响.
在实验过程中，通电导体产生热量的多少是如何得知的呢？我们没有一个专门的仪器去测量，所以我们用转换法来获知通电导体产生热量的多少.将一段电阻丝浸没在一定质量的液体（如煤油）中，通电时电阻丝产生的热量被液体吸收，液体的温度就会升高，导体产生的热量越多，液体吸热后温度的升高也越大，因此我们可以通过比较相等质量的同种液体温度的升高来比较电阻丝发热的多少，即把电阻丝发热的多少转换成液体上升的高度.
3.动手实践发现规律
（1）实验装置如图1所示，在两个相同的烧瓶中装满煤油，瓶中各装一根电阻丝，甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大，串联起来，通电后电流通过电阻丝产生的热量使煤油的温度升高，体积膨胀，煤油在玻璃管里会上升.电流产生的热量越多，煤油上升得越高.观察煤油在玻璃管里上升的情况，就可以比较电流产生的热量.
（2）实验步骤
①保持电流和通电时间不变，研究通电导体电阻的大小对产生热量的影响
两个电阻串联，它们的电流相等，加热的时间相同，甲瓶相对乙瓶中的电阻较大，甲瓶中的煤油上升得高.表明：电流和通电时间相同时，电阻越大，电流产生的热量越多.
②保持电阻和通电时间不变，研究电流的大小对产生热量的影响
在两玻璃管中的液柱降回原来的高度后，调节滑动变阻器，加大电流，重做实验，让通电的时间与前次相同，比较两次实验中甲瓶（或乙瓶）前后两次煤油上升的高度，第二次煤油上升得高.表明：电阻和通电时间相同时，电流越大，电流产生的热量越多.
③保持电流和电阻不变，研究通电时间对产生热量的影响
加长通电的时间，瓶中煤油上升越高，表明：电流和电阻相同时，通电时间越长，电流产生的热量越多.
（3）实验结论
综合上述实验的结果得出结论：
电流通过导体时产生的热量与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电的时间成正比，这个规律叫做焦耳定律.
数学表达式为Q=I2Rt，其中电流的单位是安（A），电阻的单位是欧（Ω），时间的单位是秒（s），则电流产生热量的单位是焦（J）.
4.拓展延伸联系实际
焦耳定律是一个实验定律，它的适用范围很广.遇到电流热效应的问题时，例如要计算电流通过某一电路时放出的热量，比较某段电路或导体放出热量的多少，即从电流热效应角度考虑对电路的要求时，都可以使用焦耳定律.
例1电炉丝通过铜导线接入电路通电时，电炉丝热得发红，而与电炉相连的铜导线却几乎不发热，，这是为什么？
因为电炉丝的电阻远大于铜导线的电阻，而电炉丝和铜导线是串联在一起的，所以电流相等，根据焦耳定律Q=I2Rt，相等时间内电炉丝产生的热量更多.
由例1我们联想到电路中出现火灾的原因与焦耳定律是否有关呢？请同学们自行解答.
5.注意电功、电热的区别
把欧姆定律的表达式I=U／R代入电功的表达式W=UIt，就可以得到电热的表达式：
Q=（U2／R）t，Q=I2Rt.初学者很容易将电功电热视为等同的两个物理量，其实这种理解是片面的.电流通过一段电路所做的功叫做电功，电流通过导体产生的热量叫做电热.
如图2所示，电流通过含有一台电动机的电路时，这段电路的电功是W=UIt，由于电动机有电阻R′，电阻上产生的电热是Q=I2R′t，所以在这段电路中电能通过电流做功转化成了两部分，一部分驱动电动机转动，转化成了机械能，另一部分通过电阻R′时转化成了内能.电路中含有洗衣机、电风扇、电吹风、电视机等用电器时，电能除一部分转化为内能，还会转化为其他形式的能（如机械能、光能等），这样的电路叫做非纯电阻电路.非纯电阻电路中用电器消耗的电功W=UIt大于电热Q=I2R′t，即W＞Q.
如图3所示，电路中只有电阻R，电流做功将电能全部转化为内能，此时电功等于电热W=Q=UIt=I2Rt=（U2／R）t.电路中只有电水壶、电饭锅、热水器等用电器时，电流做功将电能全部转化为内能，这样的电路叫做纯电阻电路.
由此可见，电功是电路上消耗的总能量，包括内能和其他形式的能；电热仅是电能转化为内能的这部分能量.在非纯电阻电路中，电功大于电热；在纯电阻电路中，电功等于电热.
6.串联并联选择不同
计算纯电阻电路的电热有两个表达式：Q=I2Rt与Q=（U2／R）t（U是电阻R两端的电压），前一个表达式表明在I、t一定时，Q与R成正比，所以在串联电路中，电阻越大，产生的热量越多；后一个表达式表明在U、t一定时，Q与R成反比，所以在并联电路中，电阻越大，产生的热量越少.这两个表达式中，由于它们的成立条件不同，因而Q与R的关系也不同.
例2甲乙两条电热丝，甲的电阻大于乙的电阻.将它们分别串联在同一电路中，在相同的时间内，_______产生的热量更多.将它们并联在同一电路中，在相同的时间内，________产生的热量更多.
解析两电热丝串联时，电流和通电时间相同，根据Q=I2Rt可知，电阻越大，产生的热量越多，所以甲产生的热量越多；两电热丝并联时，电压和通电时间相同，根据Q=（U2／R）t可知，电阻越小，产生的热量越多，所以乙产生的热量越多.
本题应填“甲乙”.
1.发现问题作出猜想
生活中的电热油汀、“热得快”、电暖器、电水壶、电炉等都是利用电流做功将电能转化为内能的装置，这类装置统称电热器.电流通过电热器时会产生热量，这种通电导体发热的现象称为电流的热效应.在发现电流热效应时，我们同时还会发现：①电热器只有通电时才发热，因此我们猜想它们产生的热量可能与电流的大小有关；②电炉是通过铜导线接入电路，通电时电炉丝热得发红，而铜导线却几乎不发热，我们猜想它们产生的热量可能与电阻的大小有关；③同样的电热水壶装满水，必须有足够的通电时间吸收了到一定的热量时才能将水烧开，因此我们猜想电热器产生的热量是否与通电时间有关.由此，我们对影响电流热效应的因素作出如下猜想：电流、电阻、通电时间.
2.巧妙运用研究方法
为了对上述猜想作出系统的正误判定，我们需要设计实验来验证.在电流、电阻、通电时间都不同的情况下，实验必须采用控制变量法，即：①保持电流和通电时间不变，研究通电导体电阻的大小对产生热量的影响；②保持电阻和通电时间不变，研究电流的大小对产生热量的影响；③保持电流和电阻不变，研究通电时间对产生热量的影响.
在实验过程中，通电导体产生热量的多少是如何得知的呢？我们没有一个专门的仪器去测量，所以我们用转换法来获知通电导体产生热量的多少.将一段电阻丝浸没在一定质量的液体（如煤油）中，通电时电阻丝产生的热量被液体吸收，液体的温度就会升高，导体产生的热量越多，液体吸热后温度的升高也越大，因此我们可以通过比较相等质量的同种液体温度的升高来比较电阻丝发热的多少，即把电阻丝发热的多少转换成液体上升的高度.
3.动手实践发现规律
（1）实验装置如图1所示，在两个相同的烧瓶中装满煤油，瓶中各装一根电阻丝，甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大，串联起来，通电后电流通过电阻丝产生的热量使煤油的温度升高，体积膨胀，煤油在玻璃管里会上升.电流产生的热量越多，煤油上升得越高.观察煤油在玻璃管里上升的情况，就可以比较电流产生的热量.
（2）实验步骤
①保持电流和通电时间不变，研究通电导体电阻的大小对产生热量的影响
两个电阻串联，它们的电流相等，加热的时间相同，甲瓶相对乙瓶中的电阻较大，甲瓶中的煤油上升得高.表明：电流和通电时间相同时，电阻越大，电流产生的热量越多.
②保持电阻和通电时间不变，研究电流的大小对产生热量的影响
在两玻璃管中的液柱降回原来的高度后，调节滑动变阻器，加大电流，重做实验，让通电的时间与前次相同，比较两次实验中甲瓶（或乙瓶）前后两次煤油上升的高度，第二次煤油上升得高.表明：电阻和通电时间相同时，电流越大，电流产生的热量越多.
③保持电流和电阻不变，研究通电时间对产生热量的影响
加长通电的时间，瓶中煤油上升越高，表明：电流和电阻相同时，通电时间越长，电流产生的热量越多.
（3）实验结论
综合上述实验的结果得出结论：
电流通过导体时产生的热量与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电的时间成正比，这个规律叫做焦耳定律.
数学表达式为Q=I2Rt，其中电流的单位是安（A），电阻的单位是欧（Ω），时间的单位是秒（s），则电流产生热量的单位是焦（J）.
4.拓展延伸联系实际
焦耳定律是一个实验定律，它的适用范围很广.遇到电流热效应的问题时，例如要计算电流通过某一电路时放出的热量，比较某段电路或导体放出热量的多少，即从电流热效应角度考虑对电路的要求时，都可以使用焦耳定律.
例1电炉丝通过铜导线接入电路通电时，电炉丝热得发红，而与电炉相连的铜导线却几乎不发热，，这是为什么？
因为电炉丝的电阻远大于铜导线的电阻，而电炉丝和铜导线是串联在一起的，所以电流相等，根据焦耳定律Q=I2Rt，相等时间内电炉丝产生的热量更多.
由例1我们联想到电路中出现火灾的原因与焦耳定律是否有关呢？请同学们自行解答.
5.注意电功、电热的区别
把欧姆定律的表达式I=U／R代入电功的表达式W=UIt，就可以得到电热的表达式：
Q=（U2／R）t，Q=I2Rt.初学者很容易将电功电热视为等同的两个物理量，其实这种理解是片面的.电流通过一段电路所做的功叫做电功，电流通过导体产生的热量叫做电热.
如图2所示，电流通过含有一台电动机的电路时，这段电路的电功是W=UIt，由于电动机有电阻R′，电阻上产生的电热是Q=I2R′t，所以在这段电路中电能通过电流做功转化成了两部分，一部分驱动电动机转动，转化成了机械能，另一部分通过电阻R′时转化成了内能.电路中含有洗衣机、电风扇、电吹风、电视机等用电器时，电能除一部分转化为内能，还会转化为其他形式的能（如机械能、光能等），这样的电路叫做非纯电阻电路.非纯电阻电路中用电器消耗的电功W=UIt大于电热Q=I2R′t，即W＞Q.
如图3所示，电路中只有电阻R，电流做功将电能全部转化为内能，此时电功等于电热W=Q=UIt=I2Rt=（U2／R）t.电路中只有电水壶、电饭锅、热水器等用电器时，电流做功将电能全部转化为内能，这样的电路叫做纯电阻电路.
由此可见，电功是电路上消耗的总能量，包括内能和其他形式的能；电热仅是电能转化为内能的这部分能量.在非纯电阻电路中，电功大于电热；在纯电阻电路中，电功等于电热.
6.串联并联选择不同
计算纯电阻电路的电热有两个表达式：Q=I2Rt与Q=（U2／R）t（U是电阻R两端的电压），前一个表达式表明在I、t一定时，Q与R成正比，所以在串联电路中，电阻越大，产生的热量越多；后一个表达式表明在U、t一定时，Q与R成反比，所以在并联电路中，电阻越大，产生的热量越少.这两个表达式中，由于它们的成立条件不同，因而Q与R的关系也不同.
例2甲乙两条电热丝，甲的电阻大于乙的电阻.将它们分别串联在同一电路中，在相同的时间内，_______产生的热量更多.将它们并联在同一电路中，在相同的时间内，________产生的热量更多.
解析两电热丝串联时，电流和通电时间相同，根据Q=I2Rt可知，电阻越大，产生的热量越多，所以甲产生的热量越多；两电热丝并联时，电压和通电时间相同，根据Q=（U2／R）t可知，电阻越小，产生的热量越多，所以乙产生的热量越多.
本题应填“甲乙”.