Question

20．为了探究影响电热的因素，小伟设计了如图所示电路，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，选用煤油而不用水，主要是由于煤油的比热容比水的比热容小；实验中电流产生的热量的多少是通过温度计升高的示数来反映的（选填“温度计升高的示数”或“加热时间”）．
（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）要利用此装置来探究电热与电流的关系，你还需要的操作是移动滑片改变电流大小，观察比较相同通电时间内甲（或乙）瓶中温度计升高的示数．
（4）若将此装置改装后用来测量煤油的比热容，则除了将其中一只烧瓶中的煤油改成相同质量的水之外，还需做的改动是：使两只烧瓶中电阻丝的阻值相等．实验时，测得水和煤油的初温均为t₀，通电一段时间后，测出水和煤油的温度分别为t_水、t_煤油，请写出计算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；
而相同质量煤油吸收热量的多少可以通过升高的温度多少判断．
（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）由吸热公式Q_吸=cm△t可知，要比较水和煤油的比热容大小，应让两瓶中水和煤油的质量m相等、吸收的热量相等（加热时间相等），通过比较它们升高的温度大小关系，得出比热容的大小关系；通电相同的时间，水和煤油吸收相同的热量，根据Q=cm（t-t₀）求出煤油的比热．

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，温度变化不明显而相；同质量的煤油吸热的多少是通过温度计升高的示数来反映的．
（2）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．
（4）要比较水和煤油的比热容，则应让水和煤油的质量相等、吸收的热量（加热时间）相等，由温度的变化大小得出比热容的大小关系，故用相同质量的水代替煤油；把电热丝R_A换成与R_B阻值相同的电阻丝，电阻相等，在相同时间内放出的热量相同，所以水和煤油吸收的热量相同；
因为Q_水=Q_煤油，所以c_水m（t_水-t₀）=c_煤油m（t_煤油-t₀），所以煤油的比热：c_煤油=$\frac{{t}_{水}-{t}_{0}}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}{c}_{水}$．
故答案为：（1）煤油的比热容比水的比热容小；温度计升高的示数；（2）电阻；（3）移动滑片改变电流大小；相同通电时间内甲（或乙）瓶中温度计升高的示数；（4）使两只烧瓶中电阻丝的阻值相等；$\frac{{t}_{水}-{t}_{0}}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}{c}_{水}$．

点评 本题是探究“电流通过导体产生的热量跟电阻大小的关系”的实验题，实验中应用了控制变量法，掌握控制变量法的应用、熟练应用串联电路特点、电功公式、热量公式的变形公式是正确解题的关键．