Question

为了探究影响电热的因素，小伟设计了如图甲所示电路，烧瓶中盛有质量、初温均相等的煤油，R_甲＞R_乙．
（1）为了在较短的时间内达到明显的实验效果，选用煤油而不用水，主要是

 

；实验中电流产生的热量的多少是通过

 

来反映的（温度计升高的示数/加热时间）．
（2）通电一段时间后，甲瓶中的温度计示数升快，由此得出的实验结论是

 

：
（3）小伟想到家里的电热毯只有一个档位，他想用一个电阻丝与一个电阻串联改造成有两个档位（高、低温档）的电热毯（如图乙所示），则高温档时开关应

 

（选填“断开”或“闭合”）．
（4）将甲装置改装后可测量煤油的比热容，如图丙所示．测量时，分别向两个相同的烧瓶中加入初温均为t₀质量相等的水和煤油，通电一段时间后，分别读出温度计的示数为t_水、t_煤油，请写出煤油比热容的表达式c_煤油=

 

（已知水的比热容为c_水）．

Answer 1

分析：（1）吸收相同的热量在较短的时间内温度升高快的液体比热容较小，要想在较短的时间内达到明显的实验效果，所选液体的比热容应较小．
相同质量煤油吸收热量的多少可以通过升高的温度多少判断．
（2）实验目的是探究影响电热的因素，乙瓶中的温度计示数升的快，说明两段电热丝串联所以通过的电流相同，通电时间也相同，产生的热量不同，是因为电热丝的阻值不同．
（3）总电压不变，根据公式Q=I²Rt，总电阻越小，电路中的电流越大，相同时间内产生的热量越多；
（4）已知两个相同的烧瓶中加入初温均为t₀、质量相等的水和煤油，通电一段时间，因为电热丝的阻值、电流通电时间都相同，所以煤油和水获得的热量相同，据此列出等量关系式求解煤油的比热容．

解答：解：（1）为了在较短的时间内达到明显的实验效果，选用煤油而不用水做实验，主要是由于水的比热容大于煤油的比热容，吸收相同的热量，温度变化不明显．
相同质量的煤油吸热的多少是通过温度计升高的示数来反映的．
（2）甲、乙瓶比较，已知通过两段电热丝的电流和通电时间都相同，由于R_甲＞R_乙，甲瓶中的温度计示数升的快，所以可得结论是：当电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越大．
（3）由图乙知，电源电压不变，电路中的总电阻越小，电流越大，根据公式Q=I²Rt，相同时间内产生的热量越多，所以当开关闭合时，电阻被短路，此时电路中的总功率较大，为高温档；
（4）在图乙中，两只烧瓶中的电热丝阻值相同，通过的电流相同，通电时间相同，所以水和煤油得到的热量相同，即：
Q_水=Q_煤油
c_水m（t_水-t₀）=c_煤油m（t_煤油-t₀）
c_煤油=

t水-t0

t煤油-t0

c_水．
故答案为：（1）煤油的比热容小；温度计升高的示数；（2）当电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越大；（3）闭合；（4）

t水-t0

t煤油-t0

c_水．

点评：本题通过焦耳定律的实验重点考查学生对控制变量法、转化法的掌握和应用，以及学生分析实验现象得出结论的能力；控制变量法为物理实验中的常用方法，应重点掌握．