Question

17．为了探究电流通过导体产生的热量与那些因素有关，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，装入烧瓶中的液体选用煤油而不用水，主要是由于水的比热容大．
（2）通电一段时间后，通过比较两烧瓶中温度计示数的变化，可以比较出电流通过导体产生热量的多少的多少，这种方法叫转换法．以上（图甲）装置是为了探究电流通过导体产生的热量与通过导体的电流大小的关系．
（3）另一位同学要利用图甲装置来探究电热与电流的关系，他还需要的主要操作是：改变滑动变阻器的阻值．
（4）将此装置（图甲）改装后可测量煤油的比热容，如图乙所示．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=$\frac{{c}_{水}（{t}_{水}-{t}_{0}）}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}$．（已知水的比热容为C_水）（不计热量损失）．

Answer 1

分析 （1）为了在较短的时间内达到明显的实验效果，即观察到的温度计示数变化大，则在同质量吸收相同热量的条件下，比热容小的液体温度变化大；
（2）电流通过电阻丝做功，消耗电能转化为内能，产生的热量被煤油吸收，煤油吸收热量的多少我们直接看不到，但煤油吸收热量温度升高，本实验是通过温度计的示数变化反应电流产生的热量多少；实验中将电阻丝产生热量的多少转换为温度计示数的变化．转换法在物理实验中应用非常广泛；
（3）要研究电热与电流的关系，必须保持电阻和通电时间相同，改变通过电热丝的电流，比较产生热量多少与电流大小的关系．
（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）若将烧瓶中装有水，则由Q=cm△t可知：在相同质量的水和煤油中，吸收的相同的热量时，由于水的比热容大，温度升高的度数少，温度计的示数变化不明显；
（2）实验中通过温度计升高的示数来判断产生热量的多少，这种方法叫 转换法．以上（图甲）装置是为了探究电流通过导体产生的热量与 通过导体的电流大小的关系．
（3）要研究电热与电流的关系，必须移动滑动变阻器滑片，比较通电时间相同时，甲（乙）烧瓶中温度计的示数变化．
（4）在图2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）
所以煤油的比热容为c_煤油=$\frac{{c}_{水}（{t}_{水}-{t}_{0}）}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}$．
故答案为：
（1）水的比热容大；
（2）示数的变化；电流通过导体产生热量的多少；转换；通过导体的电流大小；
（3）改变滑动变阻器的阻值；
（4）$\frac{{c}_{水}（{t}_{水}-{t}_{0}）}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}$．

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．