Question

16．为了探究“电流产生的热量与哪些因素有关”，小飞同学采用如图1甲所示装置设计实验，两个透明容器密封了等质量的空气，容器中各有一段电阻丝．

（1）接通电源后，U型管内液柱的高度差可以反映出电流产生热量的多少． 
（2）图甲中两根电阻丝所采用的连接方式是为了保持两者的通电时间和电流相同． 
（3）图乙中两个密闭容器中的电阻丝是完全相同的，在其中一个容器的外部将一个电阻丝与容器中的电阻丝并联，在通电时间相同的情况下，通过对比两个U型管内液柱的高度差情况，可以得到的结论是当导体电阻和通电时间一定时，电流越大产生的热量越多． 
（4）实验后的反思中，小飞发现将甲乙装置组合成如图3所示的综合装置后，可以一次性解决实验中探究的问题．三个容器中的电阻丝串联起来接到适合的电源两端，通电一段时间后，U型管中的液面高度差最大的应该是B．

Answer 1

分析 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；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；电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但液体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映，体现的是转换思想．

解答 解：
（1）一定质量的空气，体积受温度影响明显．密封在容器中的空气在温度升高时体积膨胀，推动U型管内液柱上升，使其高度发生变化．电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但可以通过U型管内液柱的高度差的变化得到；
（2）在串联电路中电流处处相等，所以甲图中两只电阻丝串联，可以保证通电时间和通过的电流相同；
（3）在乙装置中一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，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的电阻电流相等，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，所以右边容器中的通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，探究导体产生的热量与电流的关系．由Q=I²Rt知，在导体电阻和通电时间一定时，电流越大产生的热量越多；
（4）由电路图可知，C中电阻并联后与A、B中的电阻串联，它们的通电时间相等，
因串联电路中各处的电流相等，并联电路中干路电流等于各支路电流之和，
所以，I_A=I_B＞I_C，
由图可知，B的电阻大于A的电阻，通过A的电流等于B的电流，
由Q=I²Rt可知，A产生的热量小于B产生的热量，A产生的热量大于C产生的热量，
则B中电阻产生的热量最多，空气吸收的热量最多，U型管中两侧的液面高度差最大．
故答案为：
（1）电流产生热量的多少；
（2）电流；
（3）当导体电阻和通电时间一定时，电流越大产生的热量越多；
（4）B．

点评 掌握电流产生热量多少的影响因素，利用控制变量法和转换法探究电流产生热量多少和各影响因素之间的关系．