Question

10．下面是同學(xué)們?cè)谘芯坑绊戨姛嵋蛩刂兴�做的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，

（1）小航在探究“導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體兩端的電壓、導(dǎo)體的電阻和通電時(shí)間關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，兩燒瓶A、B中煤油質(zhì)量相等，開始時(shí)兩只溫度計(jì)的示數(shù)相同，電阻絲的阻值R₁＞R₂．
①實(shí)驗(yàn)中，燒瓶中裝比熱容比較小的煤油的原因是用煤油比用水更容易看出溫度的變化；
②閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)B中溫度計(jì)的示數(shù)上升較快．由此得出結(jié)論：當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓和通電時(shí)間相同時(shí)，導(dǎo)體電阻越小，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多．
③請(qǐng)應(yīng)用上述結(jié)論解決以下問題．如圖乙是某款電熱烤箱的電路原理圖．R₁、R₂為電熱絲，R₁＞R₂，該電路可通過改變開關(guān)的閉合、斷開的情況，實(shí)現(xiàn)高溫、中溫、低溫?fù)踔�間的切換．想要實(shí)現(xiàn)高溫檔，開關(guān)S₁ 閉合（選填“閉合”或“斷開”）S₂接a（選填“a”或“b”）；想要實(shí)現(xiàn)低溫檔，開關(guān)S₁斷開（選填“閉合”或“斷開”）S₂接b（選填“a”或“b”）．
（2）小妍和小玉又用如圖丙所示的裝置探究“電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系”．裝置中除了R_甲＞R_乙外，其余條件均相同．
①將兩電阻絲串聯(lián)接入電路是為了控制電阻絲的電流及通電時(shí)間相等．實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，甲瓶溫度計(jì)示數(shù)升高快，表明電阻大的在相同電流、相同時(shí)間產(chǎn)生的熱量多，升高的溫度快．
②小妍提議利用該裝置改裝成“比較食用油和煤油的吸熱能力”的實(shí)驗(yàn)．保持甲的器材不變，只把乙的煤油換成等質(zhì)量的食用油．通電一段時(shí)間后，溫度計(jì)示數(shù)變化小的液體吸熱能力強(qiáng)．她們得出的結(jié)論對(duì)嗎？為什么？
不對(duì)，沒有控制電阻絲阻值相等．
（3）小新看到實(shí)驗(yàn)室里有這樣的一套新實(shí)驗(yàn)器材，如圖丁，也能探究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量的多少跟什么因素有關(guān)．說明書上寫了：兩個(gè)透明容器中密封著等量的空氣，U形管中液面的高度的變化可反應(yīng)出該密閉空氣溫度的變化．他連接了如圖所示的電路，根據(jù)該電路，以下說法正確的是：C
A．該實(shí)驗(yàn)裝置是為了探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系
B．將左邊容器中的電阻絲換成10Ω的電阻絲后，就可以探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系
C．通電一段時(shí)間后，左側(cè)U形管中液面的高度差比右側(cè)的大
D．該實(shí)驗(yàn)裝置是利用U形管中液體的熱脹冷縮來反應(yīng)電阻絲放出熱量的多少的．

Answer 1

分析 （1）①為了便于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，溫度變化越明顯越好，因此選取比熱容較小的液體；
②實(shí)驗(yàn)時(shí)，電流通過電阻絲做功，消耗電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，產(chǎn)生的熱量，被煤油吸收，煤油吸收熱量溫度升高；通過溫度計(jì)的示數(shù)變化反應(yīng)電流產(chǎn)生的熱量多少，哪個(gè)溫度上升得快哪個(gè)放出的熱量就多．利用Q=W=$\frac{{U}^{2}}{R}$t分析影響導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少；
③由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，電壓一定時(shí)，電路電阻越小，功率越大，功率大，電熨斗處于高溫?fù)�，根�?jù)電路圖分析電路結(jié)構(gòu)，判斷高溫?fù)鯐r(shí)，開關(guān)的狀態(tài)；
（2）①知道通過的電流相等，由焦耳定律可知阻值越大的電阻產(chǎn)生的熱量越多，溫度升高越快；
②由吸熱公式Q_吸=cm△t可知，要比較食用油和煤油的比熱容大小，應(yīng)讓兩瓶中水和煤油的初溫相同、質(zhì)量m相等、吸收的熱量相等，通過比較它們升高的溫度大小關(guān)系，得出比熱容的大小關(guān)系；
（3）電流產(chǎn)生的熱量跟電流大小、電阻大小、通電時(shí)間有關(guān)．

解答 解：（1）①因水的比熱容大，煤油比水具有較小的比熱容，故用煤油比用水更容易看出溫度的變化；
②通電后電流通過電阻絲做功，產(chǎn)生熱量使煤油的溫度升高，通過觀察溫度計(jì)的示數(shù)大小來判斷電流產(chǎn)生的熱量的多少，發(fā)現(xiàn)A中溫度計(jì)的示數(shù)上升較慢．則說明A中電阻絲放出的熱量比B中放出的熱量少；
由Q=W=$\frac{{U}^{2}}{R}$t可得，當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓和通電時(shí)間相同時(shí)，導(dǎo)體電阻越小，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多；
③由電路圖知，當(dāng)S₁閉合，S₂接a時(shí)，兩電阻絲并聯(lián)，電路電阻最小，電源電壓U一定，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，此時(shí)電路功率最大，電熨斗處于高溫?fù)�；�?dāng)S₁斷開，S₂接b時(shí)，兩電阻絲串聯(lián)，電路電阻最大，電源電壓U一定，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，此時(shí)電路功率最小，電熨斗處于低溫?fù)酰?br />（2）①兩電阻串聯(lián)，電流相等，由焦耳定律Q=I²Rt得，電阻大的在相同電流、相同時(shí)間產(chǎn)生的熱量多，升高的溫度快．
②要比較食用油和煤油的比熱容，由吸熱公式Q_吸=cm△t可知，則應(yīng)讓食用油和煤油的質(zhì)量相等、初溫相同和吸收的熱量相等，由溫度的變化求得比熱的大��；故用相同質(zhì)量的食用油代替煤油．吸收的熱量相等，由焦耳定律可知，電流、電阻和通電時(shí)間都應(yīng)相同，因此兩瓶中都應(yīng)有相同長度的電阻絲，電阻相等，他們的結(jié)論不對(duì)，沒有控制電阻絲阻值相等．
（3）裝置中一個(gè)5Ω的電阻與兩個(gè)5Ω的電阻并聯(lián)后再串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)可知，右端兩個(gè)電阻的總電流和左端的電阻電流相等，即I_右=I_左，兩個(gè)5Ω的電阻并聯(lián)，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)知I_右=I₁+I₂，兩電阻阻值相等，則支路中電流相等，I₁=I₂，所以右邊容器中的通過電阻的電流是左側(cè)通過電流的一半，即是研究電流產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系，由Q=I²Rt可知，左邊容器中的電阻產(chǎn)生的熱量多，溫度升得較快；因此通電一段時(shí)間后，玻璃管左側(cè)液面高度差更大，故A錯(cuò)誤，D錯(cuò)誤；
將左邊容器中的電阻絲換成10Ω的電阻絲后，左右兩端的電阻和電流都不同，沒有控制好變量，所以不能探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系，故B錯(cuò)誤；
由Q=I²Rt可知，左邊容器中的電阻產(chǎn)生的熱量多，溫度升得較快；該實(shí)驗(yàn)裝置是利用U型管中空氣的熱脹冷縮來反應(yīng)熱的多少，雖然產(chǎn)生熱量的多少不能直接觀察，但可以通過U型管液面高度差的變化來反映，故C正確．
故選C．
故答案為：（1）①用煤油比用水更容易看出溫度的變化；②當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓和通電時(shí)間相同時(shí)，導(dǎo)體電阻越小，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多；③閉合；a；斷開；b；（2）①電阻絲的電流；電阻大的在相同電流、相同時(shí)間產(chǎn)生的熱量多，升高的溫度快；②不對(duì)，沒有控制電阻絲阻值相等；（3）C．

點(diǎn)評(píng) 本題為探究性實(shí)驗(yàn)，要求我們應(yīng)注重探究實(shí)驗(yàn)的過程，運(yùn)用控制變量法分析問題．