Question

14．为了探究电流产生的热量跟什么因素有关系，王军设计了如图所示的甲、乙两装置．他将两段阻值不同的电阻丝（R₁＜R₂）分别密封在两个完全相同的烧杯中，并通过短玻璃管与相同的气球相连，两次实验电源电压不变．

（l）甲装置可探究电流产生的热量与电阻是否有关．
（2）在这个实验中，电流产生热量的多少是通过气球膨胀程度的大小体现出来的，像这种用能直接观测的量来显示不易直接观测的量的方法叫“转换法”．这种方法在物理学的研究中经常用到，请你列举一列研究声音是由振动产生的，用激起的水花来显示音叉的振动．
（3）在装置甲、乙的两次实验中，比较相同时间里气球a与C体积变化情况可探究电流产生的热量与电流大小有关．
（4）若甲、乙两装置同时实验，在相同的通电时间里，a、b、c、d四个气球胀大的程度从大到小的排列顺序是cdba．
（5）教材上的该实验装置如图丙所示（烧瓶与图甲中的相同）．请说明教材选用该装置的优点是：温度计更能准确反应温度的变化．

Answer 1

分析 （1）由甲图可知，两电阻串联，则可知电路中电流一定相等，由焦耳定律可知两瓶中产生的热量应与电阻有关，故可探究电流产生的热量与电阻的关系；
（2）由题意及实验的原理图可知当瓶中电阻丝发热后会使气体膨胀，则连在瓶中的气球会产生膨胀，根据气球膨胀的情况可得出温度升高的多少； 转换法在物理学中有很多应用，主要用来演示一些不易直接观察的物理量的变化，如声音、分子的运动及磁场等；
（3）由乙图可知两电阻并联，而B瓶与D瓶电阻相等，则可知两瓶中的电流不同，故由焦耳定律可得两瓶中热量与通过的电流有关．
（4）根据Q=$\frac{{U}^{2}}{R}$t和Q=I²Rt进行分析，产生的热量越大，气球膨胀越大；
（5）根据气体及固体、液体的热胀冷缩性质的不同，可以分析哪种实验方法更直观．

解答 解：
（1）甲中两电阻串联，则两电阻中的电流相等，则可知热量应由电阻有关，根据气球膨胀的多少可知热量的多少，则可知热量与电阻大小的关系；
（2）当电阻丝通电后，电流产生热量使煤油温度升高，从而使气球膨胀，根据气球胀的程度大小可知温度升高的多少；转换法是将不易观察的现象转换成较明显的物理现象；例如：
①研究声音是由振动产生的，用激起的水花来显示音叉的振动；
②用吸引大头针的多少观测磁铁的磁性强弱．
（3）乙图中两电阻并联，则A、C两容器中的电流不同，而两电阻丝的电阻相同，故探究的应是热量与电流间的关系．
（4）乙装置中R₁、R₂并联，电源电压不变，时间相同时，根据Q=$\frac{{U}^{2}}{R}t$可知，电阻越小产生的热量越多，因此P_C＞P_D．
甲装置中R₁、R₂串联，通过R₁、R₂的电流相同，时间相同时，根据Q=I²Rt可知，电阻越大产生的热量越多，因此P_B＞P_A．
由（3）分析可知I_D＞I_B，由焦耳定律可知，电阻和通电时间相同时，通过的电流越大，电流通过导体产生的热量就越大．因此P_D＞P_B．
（5）用温度计能较准确地测出煤油的温度变化，便于定量研究，因此图丙装置更好一些．
故答案为：（1）电阻；（2）气球膨胀程度的大小；研究声音是由振动产生的，用激起的水花来显示音叉的振动；
（3）电流大小；（4）cdba；（5）温度计更能准确反应温度的变化．

点评 本题探究热量与电流及电阻的关系，要求能正确分析电路，掌握串并联电路的特点，并灵活应用焦耳定律分析解答．