Question

在探究“导体产生的热量与导体两端的电压、电阻和通电时间关系”的实验中，实验装置如图所示，两烧瓶A、B中煤油质量相等，两只温度计的示数相同，电阻丝的阻值R₁＞R₂．
（1）在这个实验中，电流产生热量的多少是通过

温度计示数的变化

体现出来的．实验中采用这种电路连接方式的目的是

控制电阻丝两端的电压相等

．
（2）烧瓶中不装水而装煤油，是因为水的比热容较

大

．开关接在干路上，是为了控制

通电时间

相同．
（3）闭合开关后，发现B中温度计的示数上升较快，则B中电阻丝放出的热量比A中放出的热量

多

，由此得出的实验结论是

在导体两端的电压和通电时间相同时，导体的电阻越大，导体产生的热量越少

．
（4）实验中有同学提议利用该装置“比较水和煤油的吸热能力”，则他们应将其中的一个烧瓶中的煤油换成

质量

相等的水，并使A、B两烧瓶中金属丝的电阻

相等

．
（5）若B瓶中的温度计示数变化了10℃，电阻丝R₂消耗了3.15×10^-3kW?h的电能，则烧瓶中煤油的质量是

0.54kg

．[已知c_煤油=2.1×10³J/（kg?℃），不计热损失]．

Answer 1

分析：（1）电流通过电阻丝做功，消耗电能转化为内能，产生的热量被煤油吸收，煤油吸收热量的多少我们直接看不到，但煤油吸收热量温度升高，本实验是通过温度计的示数变化反应电流产生的热量多少（转换法）；实验中将两电阻并联，是为了让两电阻两端的电压相同；
（2）为了便于观察实验现象，温度变化越明显越好，应从煤油和水两者的物理特性进行选择；为了控制R₁和R₂通电时间的相同，将开关接在干路；
（3）实验时，电流通过电阻丝做功，消耗电能转化为内能，产生的热量，被煤油吸收，煤油吸收热量温度升高；通过温度计的示数变化反应电流产生的热量多少，哪个温度上升得快哪个放出的热量就多．由题目可知“两烧瓶A、B中煤油质量相等”“导体两端的电压和通电时间相同”，只有电阻阻值的大小影响了导体产生热量的多少．
（4）由吸热公式Q_吸=cm△t可知，要比较水和煤油的比热容大小，应让两瓶中水和煤油的质量m相等、吸收的热量相等（加热时间相等），通过比较它们升高的温度大小关系，得出比热容的大小关系；
（5）根据消耗的电能可知产生的热量，利用公式Q=cm△t可求煤油的质量．

解答：解：（1）通电后电流通过电阻丝做功，产生热量被煤油吸收，使煤油的温度升高，通过观察温度计的示数变化来判断电流产生的热量的多少；实验中采用并联方式，是为了控制电阻丝两端的电压相等；
（2）因煤油比水具有较小的比热容，故用煤油比用水更容易看出温度的变化；为了能更准确地控制R₁和R₂通电时间的相同，将开关接在干路上；
（3）通电后电流通过电阻丝做功，产生热量使煤油的温度升高，通过观察温度计的示数大小来判断电流产生的热量的多少，发现B中温度计的示数上升较快．则说明B中电阻丝放出的热量比A中放出的热量多；
由题目可知“导体两端的电压和通电时间相同”，只有电阻丝的阻值R₁＞R₂．所以可得出结论：当导体两端的电压和通电时间相同时，导体电阻越大，导体产生的热量越少．
（4）要比较水和煤油的比热容，则应让水和煤油的质量相等、吸收的热量（加热时间）相等，由温度的变化大小得出比热容的大小关系；故用相同质量的水代替煤油，两瓶中都有相同阻值相同的电阻丝，电阻相等；
（5）消耗的电能全部转化为内能，Q=W=3.15×10^-3kW?h=1.134×10⁴J，
煤油的质量：
m=

Q

c△t

=

1.134×104J

2.1×103J/(kg?℃)×10℃

=0.54kg．
故答案为：（1）温度计示数的变化；控制电阻丝两端的电压相等；
（2）大；通电时间；
（3）多；在导体两端的电压和通电时间相同时，导体的电阻越大，导体产生的热量越少；
（4）质量；相等；
（5）0.54kg．

点评：本题考查焦耳定律公式和吸热公式的应用以及比热容的有关问题，要知道并联电路的电压相等的规律，解题过程中还要注意单位的换算1kW?h=3.6×10⁶J．