Question

6．（白云考生专用）小红和小明分别利用如图所示的装置进行“电流一定时，电流产生的热量与电阻关系”的探究 实验．他们分别将两段阻值不同的电阻丝（R₁＜R₂）密封在完全相同的烧瓶中，并通过短玻璃管与气球相连
（他们所用的各种同类器材性能相同）．问：
（1）实验中，电流产生热量的多少是通过气球体积的变化体现出来的．
（2）他们同时开始进行实验，小红的方案观察到的现象是b（选填“a”、“b”）气球先鼓起来；小 明的方案观察到的现象是c（选填“c”、“d”）气球先鼓起来；经过相同时间，c（选 填、“a”、“b”、“c”、“d”）的体积最大．
（3）小红和小明的实验方案中，小明的实验方案是错误的，其原因是没有控制两电阻中的电流相同．
（4）若实验中以温度计代替气球，你认为好不好？为什么？通过气体的热胀冷缩，气球能更直观热量的多少，但不能测出准确的温度；温度计能准确测出温度的变化值，更适用于液体温度变化的测量，各有优缺点．

Answer 1

分析 （1）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，此题通过气体的热胀冷缩的程度来判断产生热量的多少，气体热胀冷缩的程度通过气球的膨胀程度来判断，这种研究方法叫转化法．
（2）电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关，据电路的实际情况分析即可判断．
（3）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；据此分析即可判断
（4）气体的热胀冷缩明显，用气球更能直观反映实验现象，但温度计能准确反应温度变化，适用于液体，各有优缺点

解答 解：（1）由于电热不易比较，所以从该实验中可以看出，电流产生热量的多少是通过气球膨胀体积大小来判断的，这种方法称为转换法；
（2）小红的方案中，两电阻丝串联，R₁＜R₂，I₁=I₂，通电时间t相同，因为Q=I²Rt，所以电流产生的热量：Q_a＜Q_b，故b气球先鼓起来；
小明的方案中，两电阻丝并联，R₁＜R₂，U₁=U₂，通电时间t相同，因为Q=I²Rt=$\frac{{U}^{2}}{R}•t$，所以电流产生的热量：Q_c＞Q_d，故c气球先鼓起来；
由于串联起分压作用，因此串联电路中R₁、R₂两端电压都小于电源电压，故由Q═$\frac{{U}^{2}}{R}•t$可知，Q_c＞Q_a，Q_d＞Q_b，故Q_c＞Q_d＞Q_b＞Q_a，因此a、b、c、d四个气球经过相同时间c的体积最大；
（3）小明的方案中，两电阻的电流不同，所以无法探究电流和时间一定时，电流产生的热量与电阻的关系；因此小明采用的方案是错误的；原因是他采取的是R₁与R₂的并联电路，没有控制通过两个不同电阻丝的电流相同；
（4）本题通过气体的热胀冷缩反映热量的多少，故气球更直观，但如果用温度计能准确测出温度的变化值，更适用于液体温度变化的测量．各有优缺点．
故答案为：（1）气球体积的变化；（2）b；c；c；（3）小明；没有控制两电阻中的电流相同；
（4）通过气体的热胀冷缩，气球能更直观热量的多少，但不能测出准确的温度；温度计能准确测出温度的变化值，更适用于液体温度变化的测量，各有优缺点．

点评 此题通过实验探究电流通过导体与电阻的关系，考查了学生对控制变量法的应用．并运用了转换法来判断产生热量的多少，用气球判断气体的膨胀程度，效果更明显