Question

7．小明探究电流通过导体时产生的热量与什么因素有关，电路如图，烧瓶中盛有质量、初温均相同的煤油，R₁=10欧，R₂=20欧，滑动变阻器最大阻值20欧，电源电压恒为12V．
（1）为了在较短的时间内达到明显的实验效果，选用煤油而不用水，主要原因是煤油的比热容小，温度变化明显．
（2）通电一段时间后，比较两烧瓶中温度计的示数，是为了探究电热与电阻的关系．
（3）闭合开关后，将滑动变阻器滑片移到最右端，通电5分钟．在这5分钟内电流通过R₁产生了多少热量？

Answer 1

分析 （1）从煤油与水的比热容大小关系分析实验中用煤油而不用水的原因．
（2）由图知，两个电阻是串联的，电流相等，通电时间相等，电阻不同，所以实验目的是探究在电流和通电时间一定时，电热跟电阻的关系．
（3）滑片P滑到最右端时，两电阻串联，先根据欧姆定律求出电流，再利用Q=I²Rt即可求出R₁产生的热量．

解答 解：
（1）因为煤油的比热容比水的比热容小，相同质量的煤油和水比较，吸收相同的热量，煤油温度升高的多，用煤油做实验效果更明显，便于观察；
（2）通电一段时间后，比较两烧瓶中温度计的示数，是为了探究电热与电阻的关系，将该电路设计成串联的目的是使通过R_甲、R_乙的电流和通电时间都相同；
（2）当滑片P滑到最右端时，两电阻串联，则电路中的电流为：
I=$\frac{U}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=$\frac{12V}{10Ω+20Ω}$=0.4A；
通电5分钟，R₁产生的热量：Q₁=I^′2R₁t=（0.4A）²×10Ω×5×60s=480J．
故答案为：（1）煤油的比热容小，温度变化明显；（2）电阻；（3）在这5分钟内电流通过R₁产生的热量为480J．

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．