Question

4．小明利用如图所示的装置探究“导体产生的热量与电阻的大小的关系”图中两只烧瓶内盛有质量和温度相同的煤油，温度计可现实瓶中煤油的温度，煤油中都浸着一段横截面积相同长度不同的镍铬合金丝，已知甲瓶中的镍铬合金丝比乙瓶中的长．
（1）闭合开关后，可以观察到甲瓶中温度计的示数升高得更快，这表明：在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，产生的热量越多．
（2）利用此装置还可探究电流通过导体产生的热量与电流的关系，实验时移动滑动变阻器的滑片，观察同一（选填“同一”或“不同”）烧瓶内的温度计示数升高的快慢．
（3）小明认为，将该装置改进后，还可以做“比较水和煤油比热容的大小”的实验，则他应将其中一烧瓶中的煤油换成水，对这部分水的具体要求是质量、温度与煤油相等，并且要使甲、乙两烧瓶中金属丝的电阻相等．水和煤油吸热的多少是通过加热时间来反映的（选填“温度计升高的示数”或“加热时间”）．通过实验，发现水的温度上升较慢，原因是水的比热容大．

Answer 1

分析 （1）知道通过的电流相等，由焦耳定律可知阻值越大的电阻产生的热量越多，温度升高越快；
（2）根据Q=I²Rt可知，要研究电流通过导体产生的热量与电流的关系，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；
（3）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，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．

解答 解：（1）两电阻串联，电流相等．横截面积相同、甲瓶中的镍铬合金丝比乙瓶中的长，即甲瓶中电阻大；由焦耳定律Q=I²Rt得，电流和通电时间相同时，电阻大的甲瓶在相同时间产生的热量多，升高的温度快；
（2）利用此电路还可探究电流通过导体产生的热量与电流的关系，即移动滑动变阻器滑片，比较通电时间相同时，甲（或乙）烧瓶中温度计的示数变化快慢，即观察同一烧瓶内的温度计示数升高的快慢；
（3）要比较水和煤油的比热容，则应让水和煤油的质量、温度相等，吸收的热量相等，由温度的变化求得比热的大小；故用相同质量的水代替煤油，两瓶中都有相同长度的电阻丝，电阻相等；
由Q=I²Rt，在电流、电阻相等时，通电时间相等电阻丝产生热量则相等；实验发现发现水的温度上升较慢，根据Q_吸=cm△t可知，水的比热容大．
故答案为：（1）甲；（2）电流；同一；（3）质量、温度与煤油相等；相等；加热时间；水的比热容大．

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．