Question

6．某同学利用如图所示的装置研究“电流通过导体时产生的热量与导体电阻的大小”的关系，电阻R₁、R₂分别装在两个密闭的空气盒内，R₃固定在盒外，R₁₌ R₃=5Ω  R₂=10Ω，橡胶管将密闭空气盒和装有蓝色液体的U形管相连，实验时，用气管夹将容器上的出气口夹住．

（1）实验中图1两个电阻的连接方式是串联，目的是控制电流相等．实验中通过观察U形管液面的高度差来比较电流产生热量的多少．实验结论为在电流和通过时间相同的条件下中，电阻越大，电流通过导体时产生的热量越多．
（2）在图2中，密闭容器中分别装入两个阻值相同的电阻R₁，右容器的上方并联了一个5Ω的电阻，实验的目的是改变通过电阻丝电流的大小．从现象中得到的结论为在电阻和通电时间相同的条件下，通过导体的电流越大，电流通过导体时产生的热量越多．
（3）在电路连接正确的情况下，通电一段时间，发现其中一个U形管中液面高度几乎不变，则出现该现象的原因是空气盒气密性不好或玻璃管与橡胶管连接处可能漏气．

Answer 1

分析 （1）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但液体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映，这种研究方法叫转换法；
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电阻关系时，控制电流和通电时间不变；
（3）可从漏气、橡胶管没有扎住等方面进行分析．

解答 解：（1）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，这种研究方法叫转换法；
将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过它们的电流I与通电时间t相同，左边容器中的电阻小于右边容器中的电阻，与右边容器相连的U形管液面的高度差大，说明电阻产生的热量多，温度升得较快，这表明：在相同时间内，电流相同的情况下，电阻越大，电流通过导体时产生的热量越多；
（2）图2中装置中，将一个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，根据并联电路电压的规律和欧姆定律，则两支路电流相等，
即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，与左边容器相连的U形管液面的高度差大，说明电阻产生的热量多，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）电阻丝R₁和R₂在相同时间内产生的热量不同，根据转换法，则U形玻璃管中应该出现液面高度差；而其中一个U形玻璃管中液面高度几乎不变，说明与此相连的空气盒有或玻璃管与脱皮管连接处可能漏气．
故答案为：（1）串联；控制电流相等；U形管液面的高度差；在电流和通过时间相同的条件下中，电阻越大，电流通过导体时产生的热量越多；
（2）改变通过电阻丝电流的大小；在电阻和通电时间相同的条件下，通过导体的电流越大，电流通过导体时产生的热量越多；
（3）空气盒气密性不好或玻璃管与橡胶管连接处可能漏气．

点评 本题电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关，主要考查转换法、控制变量法的运用及欧姆定律、串并联电路的规律和对实验误差的分析，综合性较强．