Question

3．为了探究影响电热的因素，设计了如图甲的电路，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，选用煤油而不选用水，主要是由于水的比热容大于煤油的比热容；
（2）通电一段时间后，比较两烧瓶中温度计的示数，甲（选填“甲”、“乙”）瓶中的温度计示数较高，这是为了探究电热与电阻的关系；
（3）要利用此装置来探究电热与电流的关系，你还需要的操作是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）将此装置改装后可以测量煤油的比热容，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，装有煤油（选填“水”、“煤油”）的烧瓶中的温度计示数较高，煤油比热容的表达式c_煤油=$\frac{{t}_{水}-{t}_{0}}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}$•c_水．（已知水的比热容为c_水）

Answer 1

分析 （1）吸收相同的热量在较短的时间内温度升高快的液体比热容较小，要想在较短的时间内达到明显的实验效果，所选液体的比热容应较小．
（2）实验目的是探究影响电热的因素，由图知，两段电热丝串联所以通过的电流相同，通电时间也相同，产生的热量不同，是因为电热丝的阻值不同．
（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）根据题意可知，在相同时间内，相同的电阻串联产生的热量相等，即Q_煤吸=Q_水吸，根据吸热公式可得到煤油的比热容．

解答 解：（1）为了在较短的时间内达到明显的实验效果，小明选用煤油而不用水做实验，主要是由于水的比热容大于煤油的比热容，吸收相同的热量，温度变化不明显．
（2）根据焦耳定律Q=I²Rt，烧瓶甲内的金属丝电阻和烧瓶乙内的金属丝电阻是串联的，所以电流和通电时间相同，由于烧瓶甲内的金属丝电阻大于烧瓶乙内的金属丝电阻，所以产生电热多，故甲瓶的温度上升较快；
已知通过两段电热丝的电流和通电时间都相同，所以此过程是研究电热与电阻大小的关系．
（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．
（5）图丙装置中，两电阻丝阻值相同，它们串联电流相同，通电一段时间后，电流产生的热量相同，则煤油和水吸收的热量相同，由于煤油的比热容小，所以装有煤油的烧瓶中温度计示数较高．
已知它们的质量相同，设为m；
根据前面分析结合吸热公式有：c_煤油m（t_煤油-t₀ ）=c_水m（t_水-t₀ ），
解得：c_煤油=$\frac{{t}_{水}-{t}_{0}}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}$•c_水．
故答案为：
（1）水的比热容大于煤油的比热容；
（2）乙；电阻；
（3）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）煤油；$\frac{{t}_{水}-{t}_{0}}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}$•c_水．

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．