Question

如圖是研究電流熱效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置圖．兩個(gè)相同的燒瓶中均裝入0.1kg的煤油，燒瓶A中電阻絲的阻值為4Ω，燒瓶B中的電阻絲標(biāo)識(shí)已看不清楚．當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)，經(jīng)過(guò)210s的時(shí)間，燒瓶A中的煤油溫度由20℃升高到24℃，燒瓶B中的煤油溫度由20℃升高到22℃．假設(shè)電阻絲產(chǎn)生的熱量全部被煤油吸收，電阻絲的阻值不隨溫度變化，電源電壓保持不變，已知煤油的比熱容c=2.1×10³J/（kg?℃）．     求：（1）在此過(guò)程中燒瓶A中煤油吸收的熱量；
 （2）燒瓶B中電阻絲的阻值； 
（3）電源的電壓及電路消耗的總功率．
本次實(shí)驗(yàn)探究的是電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量多少與

電阻

的大小關(guān)系，若想接著探究它與電流的關(guān)系只需在原電路中加一個(gè)可以改變電流的

滑動(dòng)變阻器

   即可（填電路元件名稱）．若還想用這次實(shí)驗(yàn)裝置探究煤油和水的比熱容的大小只需控制裝在A和B中的煤油和水的初溫和

質(zhì)量

相同以及電阻絲的阻值

相同

（“相同”或“不同”）即可．

Answer 1

分析：（1）知道煤油的質(zhì)量、煤油溫度的升高值、煤油的比熱容，利用吸熱公式求燒瓶A中煤油吸收的熱量；
（2）由題知，兩燒瓶中煤油的質(zhì)量相等，升高溫度的大小關(guān)系，根據(jù)吸熱公式得出吸收熱量的關(guān)系，而電阻絲產(chǎn)生的熱量全部被煤油吸收，再根據(jù)焦耳定律Q=I²Rt分析得出兩電阻的大小關(guān)系；
（3）求出了燒瓶A中煤油吸收的熱量，利用焦耳定律求出此時(shí)電路中的電流，兩電阻阻值以求出，根據(jù)串聯(lián)電路的歐姆定律求出總電壓（電源電壓），在根據(jù)P=UI求總功率．
①由實(shí)驗(yàn)電路可以看出，兩個(gè)電阻串聯(lián)，所以通過(guò)的電流相等，而電阻的大小不同，所以此題是研究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻大小的關(guān)系；
②移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片改變電路電阻，從而改變電路電流，可以驗(yàn)證導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流大小的關(guān)系；
③若想探究煤油和水的比熱容的大小，需要利用控制變量法，結(jié)合Q=cm△t和Q=I²Rt綜合分析得出結(jié)論．

解答：解：（1）燒瓶A中煤油吸收的熱量：
Q_A=cm△t_A=2.1×10³J/（kg?℃）×0.1kg×（24℃-20℃）=840J；
（2）根據(jù)題意：
m_A=m_B，
△t_B=22℃-20℃=2℃，
△t_A=24℃-20℃=4℃，
即△t_B=

1

2

△t_A，
∴燒瓶B中煤油吸收的熱量：
Q_B=

1

2

Q_A=

1

2

×840J=420J；
∵Q=I²Rt，兩電阻絲R_A、R_B串聯(lián)，
∴R_B=

1

2

R_A=

1

2

×4Ω=2Ω；
（3）由Q_A=I²R_At得電路中的電流：
I=

QA RAt

=

840J 4Ω×210s

=1A，
電源電壓：
U=I（R_A+R_B）=1A×（4Ω+2Ω）=6V．
電路消耗的總功率：
P=UI=6V×1A=6W．
①實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)電阻串聯(lián)，通過(guò)兩電阻的電流、通電時(shí)間都相同，只有電阻的阻值不同，所以是研究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻大小的關(guān)系；
②在電路中串聯(lián)一個(gè)滑動(dòng)變阻器，通過(guò)改變滑片的位置，使電路中的電流改變，注意通電時(shí)間要相同，然后比較同一個(gè)電阻絲幾次的產(chǎn)生的熱量，從而驗(yàn)證導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流大小的關(guān)系；
③根據(jù)Q_吸=cm△t可知，探究煤油和水的比熱容的大小需控制質(zhì)量相等、吸收的熱量相同，初溫相同，來(lái)比較升高的溫度大�。�
又Q=I²Rt，因?yàn)榇��?lián)，故電流、通電時(shí)間相同，需要產(chǎn)生相同的熱量還需相同的電阻，即探究煤油和水的比熱容的大小只需控制裝在A和B中的煤油和水的初溫和質(zhì)量相同以及電阻絲的阻值相同即可．
答：（1）在此過(guò)程中燒瓶A中煤油吸收的熱量為840J；
（2）燒瓶B中電阻絲的阻值2Ω；
（3）電源的電壓為6V，電路消耗的總功率6W；
電阻；滑動(dòng)變阻器；質(zhì)量；相同．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了學(xué)生對(duì)吸熱公式、歐姆定律、電功率公式、焦耳定律公式、串聯(lián)電路的電流關(guān)系的了解和掌握，利用好控制變量法是本題的關(guān)鍵，是一道電學(xué)與熱學(xué)的綜合應(yīng)用題，屬于難題．