英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系，电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。这个规律叫做焦耳定律( Joule law)
在初中物理教学中，焦耳定律及其实验这一部分教学内容，属于重要的内容，他在中考中也占有很重要的地位。
学生在实验教学中会遇到许多问题，经常会讨论。下面挑选几个代表性的问题一些交流与探讨，便于对焦耳定律的实验有一个深刻的印象和进一步的了解。
一、焦耳定理实验的探究方法是控制变量法。什么是控制变量法呢？
物理学中对于多因素(多变量)的问题，常常采用控制因素(变量)的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题。每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。它是科学探究中的重要思想方法，广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。
在焦耳定律实验中，要探究的是电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系。当我们研究热量与电阻关系的时候，需要控制电流和通电时间是不变的。在实验过程中，改变电阻的大小，观察、分析热量是如何变化的，从而找到热量和电阻的关系。
如图所示，
两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化，反映密闭空气温度的变化。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边容器中的电阻比较大。两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个U形管中液面高度的变化。
在上面的实验装置中，就是控制了电流和通电时间，只是改变了电阻。从实验装置就可以看出，这是一个探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系。
从上面的这个图中可以看出，它是研究热量和哪个因素的关系？控制了哪些因素是不变的？
在初中物理实验的探究中，许多实验都是运用了控制变量法。如：探究声音的音调与频率的关系；探究声音的响度与振幅的关系；探究动能大小与哪些因素有关等等实验
二、在焦耳定律实验中，也运用了转换法。所谓"转换法"，主要是指在保证效果相同的前提下，将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象;将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题;将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量的方法。初中物理在研究概念规律和实验中多处应用了这种方法。
在焦耳定律实验中，电流通过导体产生热量的多少，我们是看不见、摸不着，也不便于测量的。那么如何比较5欧的电阻和10欧的电阻哪个放出的热量多呢？实验中电流通过电阻丝放出热量会使空气受热膨胀，放出的热量越多，空气膨胀得也越多，使U形玻璃管中的水柱升高的就越多。
所以我们在这个实验中是比较U形玻璃管中的水面，哪个升得高，哪个电阻丝产生的热量就越多。这就是转换法的应用。
初中物理实验中，运用转换法的实验有，探究声音产生的原因、探究液体压强的特点、探究压力的作用效果等等。
三、焦耳定律实验中，空气可以用煤油、水和沙子这些材料代替吗？如果用煤油、水或者沙子代替空气，那么实验现象不明显，效果不太好。
与空气相比，电阻丝在加热煤油的过程中，煤油需要吸收较多的热量，温度才会上升，做这个实验需要的时间会变长。由于水的比热容比煤油大，相同质量的水和没有吸收了相同的热量后，水的温度升高的少，所以实验效果还不如煤油。沙子与煤油和水相比，它的比热容小，受热后温度会升高的快，但是用电阻丝加热沙子的时候，沙子受热不均匀，需要不停的搅拌，这样的操作，在实验过程中也是很不方便的。
所以空气是最好的实验材料。
经常这样分析实验装置的合理性，可以培养学生的设计实验的能力和思维能力，杜绝了实验的生搬硬套。
四、本实验中，U形玻璃管可以用温度计代替吗?不可以代替。
空气是装在密闭的容器中，当插入温度计以后，温度计的玻璃泡也需要密封在容器中。这样电阻在加热的过程中，容器内的空气受热膨胀，热空气会涨破密闭的容器，导致实验失败。
如果插入温度计，不密封温度计的玻璃泡，那么空气受热膨胀就会跑到容器的外面，并且带走了热量，这样也不便于比较电阻丝产生热量的多少。
即使没有上述的原因，用温度计代替U形玻璃管也是不可取的。因为电阻丝加热容器内空气的过程中，空气温度的变化，不足以使温度计的示数较快的上升，观察效果不明显。
五、本实验中，并联一个5欧电阻的作用是什么？
如图所示，两个密闭容器中的电阻一样大，在其中一个容器的外部，将一个电阻和这个容器内的电阻并联，它的作用是使通过两容器中电阻的电流不同。通过左边电阻的电流大。在时间相同的情况下，观察两个U形管中液面高度的变化。简言之，并联一个5欧电阻的作用就是改变通过电阻的电流大小。
以上五个问题就是在教学过程当中，学生们积累和发现的。其实学生们还有许多想问的问题需要解答。我认为，对待物理实验，学生们应该寻找一切可以抓住的机会动手操作。在实验的过程中尽情地体验，只有尽情地体验，才能感悟到那些只有通过实验才能得到的东西，那是课本上没有的，老师也不一定能讲到的东西。那些惊奇的发现，只有通过实验才能获得。
关于焦耳定律实验，大家还有什么需要交流的问题吗？请分享。
大家在实验过程中还有什么感悟，请交流。
