Question

9．如图甲、乙是探究“电流产生的热量与哪些因素有关”的装置，四个相同的透明密闭容器中都有一段电阻丝，内有质量相等的空气，U形管内装有相同液体．
（1）通过观察U形管中液面高度差反映密闭容器中空气温度的变化．图甲装置可研究电流产生的热量与电阻的关系．
（2）图乙其中一容器外部并上一个阻值相同的电阻，通电时间相同，发现c玻璃管内液面上升较高，这表明：在电阻和通电时间相同的情况下，通过导体的电流越大，产生的热量越多．
（3）若图乙中c、d两玻璃管内液面上升高度相同，则故障可能是e电阻开路．
（4）若甲、乙两次实验的电源电压及通电时间相同，则a、c两电阻产生热量较多的是c．
（5）小明家的电暖气有高温和低温两个档位，为了节省电能又不至于太冷，常使用低温档，比使用高温档时接入电路中的总电阻要大．

Answer 1

分析 （1）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但空气温度的变化可以通过U形管液面高度差的变化来反映，这种研究方法叫转换法；
电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关，探究电流产生热量跟电阻关系时，控制通电时间和电流不变；
（2）探究电流产生热量跟通电时间关系时，控制电流和电阻不变；
（3）若图乙中c、d两玻璃管内液面上升高度相同，则说明c、d两玻璃管内电流产生热量相同，由于c、d两玻璃管里面的电阻相等，根据Q=I²Rt即可判断；
（4）由于a、c两电阻电阻相等，根据甲乙图中的电阻连接方式和欧姆定律得出a、c电阻的电流大小，然后根据Q=I²Rt即可判断；
（5）由于家庭电路的电压一定，根据Q=W=$\frac{{U}^{2}}{R}$t即可判断．

解答 解：（1）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但空气温度的变化可以通过U形管液面高度差的变化来反映；
如图甲，两个电阻串联在电路中，电流相同，通电时间相同，电阻不同，运用控制变量法，探究电流产生热量跟电阻的关系；
（2）乙装置中，两个5Ω的电阻并联后再与一个5Ω的电阻串联，根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的总电流和左端电阻的电流相等，即I_右=I_左；两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知I_右=I₁+I₂，两电阻阻值相等，则支路中电流相等，I₁=I₂，所以右边容器中通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，由题可知，c玻璃管内液面上升较高，说明左边容器中电阻产生的热量多，温度升得较快；
这表明：在相同时间内，电阻相同，电流越大，通过导体时产生的热量越多；
（3）若图乙中c、d两玻璃管内液面上升高度相同，则说明c、d两玻璃管内电流产生热量相同，由于c、d两玻璃管里面的电阻相等，根据Q=I²Rt可知，通过电阻的电流相等，由于是c玻璃管的一个5Ω的电阻与d玻璃管两个5Ω的电阻并联后再串联，则说明d玻璃管两个并联的电阻外面的电阻没有电流通过，即e电阻开路；
（4）甲装置中电阻a与15Ω的电阻b串联，则总电阻R_甲=R_a+R_b=5Ω+15Ω=20Ω，
乙装置5Ω的电阻c与5Ω的电阻d、e并联后再串联，则总电阻R_乙=R_c+$\frac{1}{2}$R_d=5Ω+$\frac{1}{2}$×5Ω=7.5Ω，
由于甲、乙两次实验的电源电压相同，则根据欧姆定律可知：I_甲＜I_乙，
由于a、c两电阻的阻值相等、通电时间相同，据Q=I²Rt可知：Q_a＜Q_c；
（5）由于家庭电路的电压一定，根据Q=W=$\frac{{U}^{2}}{R}$t可知，为了节省电能，常使用低温档，低温挡接入电路中的总电阻要大．
故答案为：（1）液面高度；电阻；（2）电流；（3）e电阻开路；（4）c；（5）大．

点评 本题考查了学生对焦耳定律的认识，注重了探究实验的考查，同时在该实验中利用了控制变量法和转换法，是中考物理常见题型．