初中 · 高中 · 电热与热容

电流的热账本

恒流加热水,环境20°C,可调线性散热。给同一杯水加热,把电流从1 A调到2 A。

问题的来处19世纪 · 焦耳

焦耳量热:问题从哪里来?

焦耳用多种实验研究热与机械功的定量联系。热不是从账本中消失的能量;这里把电输入、水内能与环境散失放在一起比较。

读一段背景,带着问题动手

焦耳用多种实验研究热与机械功的定量联系。热不是从账本中消失的能量;这里把电输入、水内能与环境散失放在一起比较。

焦耳用多种实验研究热与机械功的定量联系。热不是从账本中消失的能量;这里把电输入、水内能与环境散失放在一起比较。 恒流加热水,环境20°C,可调线性散热。 沸腾以后,温度还能按同一公式无限上升吗?

现在,换你来试只改变电流,比较同一时刻的温度与输入能量。

故事出处与延伸阅读

焦耳量热

P07 / 热学与统计
今天的问题

相同时间里,温升会变成几倍?

独立探索要做什么?

只改变电流,比较同一时刻的温度与输入能量。

装置 · 尺寸示意,量值见读数看证据图 ↓
液态水量热 · 忽略容器热容22.30 °C散热22.2967 °C水温22.2967 °C0中线 · 各量独立标定电能输入4800 J0中线 · 各量独立标定向环境散热0 J0中线 · 各量独立标定4800J输入电能

温度计与能量账同步;散热改变分配,电阻与电流改变输入。 图中量尺以0为中线,各量按默认值独立作非线性标定,长度不能跨量比较;精确数值与单位见读数。

蓝色水体铜色加热丝箭头:向外散热
看这里 · 水温22.2967 °C

输入 4800 J = 内能增加 4800 J + 散热 0 J。当前水温 22.2967 °C。

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

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水温
22.2967 °C
电能输入
4800 J
水内能增加
4800 J
向环境散热
0 J
电热功率
40 W

环境20°C,线性散热HΔT;输入电能=水内能增加+散热。 温度计与能量账同步;散热改变分配,电阻与电流改变输入。

证据图 参考解随题设重算 · 不计个人完成

启用交互后显示带单位曲线。

换个条件,再想一步

沸腾以后,温度还能按同一公式无限上升吗?

先预测,再观察。反例不会替你完成独立任务。

留下两组证据

仅当前页保留最近两组,刷新清除;第三组替换最早一组。保存模型条件与单位;恢复后重算,不恢复任务完成资格。

先留一组,再改变一个条件。

从观察到解释

把证据带回纸上

展开关系与推导

P=I²R,mc dT/dt=P−H(T−20)。对时间积分得输入电能=内能增加+散热;达到100°C即停止单相水模型。

固定哪些量?改变哪个量?列出两组数值,写出关系,再说明一个不能套用的条件。实验支持猜想,一般证明需要理由。

先预测,再用证据解释

把这次发现,留给下次的自己

相同时间里,温升会变成几倍?

换个条件,再试一次

沸腾以后,温度还能按同一公式无限上升吗?

看哪里?

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

回到装置再试 ↑

仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。

尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。

先修与两种探索深度

先认识电热与热容涉及的量与单位:电流(A)、电阻(Ω)、水质量(kg)、散热系数(W/K)、加热时间(s)。初中 · 高中为内容层次提示,未核对具体教材。

先看现象:给同一杯水加热,把电流从1 A调到2 A。

再做定量:保持其他条件,比较电流与水温(°C),再对照下方关系。

模型、来源与核验边界

P=I²R,mc dT/dt=P−H(T−20)。对时间积分得输入电能=内能增加+散热;达到100°C即停止单相水模型。

对照核验提示:1安培:相同电阻与水量;2安培:只将电流加倍。按这些题设自己操作并比较水温,不把参考情景当个人完成。

适用范围:环境20°C,线性散热HΔT;输入电能=水内能增加+散热。 温度计与能量账同步;散热改变分配,电阻与电流改变输入。

Britannica · Joule(延伸阅读;链接和公式适用性尚需逐项外部复核) ↗

本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。