题目内容

某同学用如图甲所示的装置研究电流通过导体产生的热量与导体电阻大小的关系，图中两个烧瓶内盛有质量和温度均相等的煤油，温度计显示煤油的温度，两瓶煤油中均浸泡着一段金属丝，烧瓶A中的金属丝较粗较短，电阻比较小，烧瓶B中的金属丝较长较细，电阻比较大．实验时，该同学想把两段金属丝串联接入电路．
（1）请用笔画线代替导线，帮他完成电路；
（2）这样连接的目的是；
（3）实验过程中可以观察到A瓶中温度计的示数小于B瓶中温度计的示数，说明：．
（4）为了进一步探究电流产生的热量在电阻、通电时间相同的情况下，与电流的关系，请你利用乙图所给器材设计实验来实现这一目的．要求：用笔画线按你的设想将乙图中所需的器材连接成实验电路；并说明你这样设计实验的理由．

解：（1）将图甲中各元件依次连接起来，如图所示

（2）运用控制变量法，研究电流通过导体产生的热量与电阻的大小有关，为达到电流相同的目的，应采用串联电路，故这样连接的目的是使通过导体的电流相同；
（3）因为通过电阻丝的电流和通电时间都相等，并且R_A＜R_B；实验中可以看到A瓶温度计示数小于B瓶，因此在电流相同时，导体的电阻越大，在导体上产生的热量越大，反之相反．故该现象说明：在通过电流和通电时间相同时，导体的电阻越大，导体产生的热量越大．
（4）运用控制变量法，研究电流产生的热量，在电阻通电时间相同时，与电流的关系，可在同一电路中，选取两个电阻相同演示瓶（两个R_A），一个变阻器（在实验中起一个定值电阻的作用）为保证通过两个电阻的电流不同，将它们分别设计在电路的干路与支路中，电路如乙图所示．由于 $\text{[math]}$ = $\text{[math]}$ ，但 $\text{[math]}$ 在干路中， $\text{[math]}$ 在支路中，通过 $\text{[math]}$ 的电流大于通过 $\text{[math]}$ 的电流．在这个实验中可观察到， $\text{[math]}$ 瓶中的温度计示数高于 $\text{[math]}$ 瓶中的温度计示数，说时在电阻和通电时间相同的条件下，通过导体的电流越大，导体产生的热量越大．
分析：（1）用导线将图甲种的各元件依次连接起来即可，注意滑动变阻器要遵守“一上一下”的接线原则；
（2）通过对电路的分析可得，电路采用了串连接法，则由串联电路的电流规律可得出目的；
（3）实验中可以看到A瓶温度计示数小于B瓶，这说明，在电流相同时，导体的电阻越大，在导体上产生的热量越大，反之相反．
（4）运用控制变量法，研究电流产生的热量，在电阻通电时间相同时，与电流的关系，可根据干路和支路中电流的不同进行探究．
点评：焦耳定律中物理量较多，为了研究热量与什么有关，必须用控制变量的方法；本题的难点是按要求设计相应的电路图．

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