Question

20．小刚在探究“在通电时间相同时，电流通过导体产生的热的多少跟电流、电阻的关系”的活动中，设计了如图所示的电路．在三个相同的烧瓶中装有质量和初温相同的煤油，用电阻丝（R_甲=R_丙＞R_乙）给烧瓶中的煤油加热．煤油中插入温度计．请你仔细观察小刚设计的实验电路，并回答下列问题：
（1）实验时通过观察烧瓶中温度计示数的变化情况，就可以对电阻丝放热的多少进行比较．
（2）研究电热跟电流的关系时，一段时间后，可观察到甲、丙两个瓶中温度计的示数不一样，这表明：在电阻和通电时间都相同时，电流通过导体产生的热量的多少跟电流大小有关．
（3）研究电热跟电阻的关系时，应该比较甲、乙两个烧瓶中温度计的示数变化情况．闭合开关后，发现甲瓶中的温度计升温快些，这表明：在电流和通电时间都相同时，导体电阻越大，产生的热量越多．
（4）小亮建议将烧瓶中煤油用等质量水代替．小亮的建议不妥的原因是煤油的比热容较小，在吸收热量相同的情况下温度变化明显，水比热容大，同样情况升温不明显．
（5）小华提议利用该装置改成“比较水和煤油吸热能力”的实验，则他应将乙烧瓶中的煤油换成和甲烧瓶中质量相等的水．将乙烧瓶中的电阻丝换成和甲烧瓶中电阻大小一样的电阻丝；通过实验观察甲瓶和乙瓶，发现装有煤油（选填“水”或“煤油”）的烧瓶中温度计的示数变化较大，说明水比热能力强．

Answer 1

分析 （1）通过观察烧瓶中温度计示数的变化来判断电阻丝发热的多少属于转换法；
（2）由Q=I²Rt可知，电流通过导体产生的热量与通过的电流、导体的电阻和通电时间有关；
要比较电热与电流的关系，应控制电阻和通电时间相等，改变电流的大小；
（3）要比较电热与电阻的关系，应控制电流和通电时间相等，改变电阻的大小；
（4）比热容越小，温度变化越明显；
（5）由吸热公式Q_吸=cm△t可知，要比较水和煤油的温度高低，应让两瓶中水和煤油的质量m相等、吸收的热量相等，通过比较它们的比热容大小比较温度计示数的变化特点．

解答 解：
（1）通电后电流通过电阻丝做功，产生热量使煤油的温度升高，通过观察温度计的示数大小来判断电流产生的热量的多少，这个研究方法可以称之为转换法；
（2）根据Q=I²Rt可知，探究在通电时间相同时，电热跟电流的大小之间的关系时，要保持电阻丝的电阻不变，使通过电路中的电流不同，所以应该选择甲、丙两个烧瓶进行比较，一段时间后，观察到这两个瓶中温度计的示数不一样，这表明：在电阻和通电时间都相同时，电流通过导体产生热量的多少跟电流大小有关；
（3）由Q=I²Rt可得：要比较电热与电阻的关系，应使电流相等，故应对比甲、乙两个烧瓶中的煤油上升的温度；闭合开关后，发现甲瓶中的温度计升温快些，这表明：在电流和通电时间都相同时，导体电阻越大，产生的热量越多；
（4）因为煤油的比热容较小，在吸收热量相同的情况下温度变化明显；水的比热容大，同样情况升温不明显．
（5）要比较水和煤油的温度高低，则应让水和煤油的质量相等、吸收的热量相等，由比热容的大小关系得出温度的变化大小；故用相同质量的水代替煤油，两瓶中都有相同阻值相同的电阻丝，电阻相等；由于煤油的比热容小，会发现煤油温度变化的快．
故答案为：（1）温度计示数；（2）甲、丙；电流大小；（3）甲、乙；越多；（4）煤油的比热容较小，在吸收热量相同的情况下温度变化明显，水比热容大，同样情况升温不明显；（5）煤油．

点评 本题通过焦耳定律的实验重点考查了学生对控制变量法、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．