Question

20．如图所示是“探究电流通过导体产生热量的多少跟什么因素有关”的实验装置，将四段电阻丝a、b、c、d分别密封在完全相同的盒子内，盒内封闭一定量的空气，其中图乙中另取阻值为5Ω 的电阻在盒外与盒内电阻并联．

（1）盒内封闭一定量的空气的优点是空气受热容易膨胀，便于实验观察．在实验中电流 通过电阻时产生热量的多少是通过观察两个U形管中液面的高度来比较的．
（2）图甲可探究电流产生的热量与电阻的关系，图乙可探究电流产生的热量 与电流的关系．
（3）图乙中右侧盒外连接5Ω 的电阻，它的作用是使电阻c、d中的电流不相等．
（4）通电一段时间后，发现其中一个U形管的液面高度几乎不变，则出现该现象的原因可能是空气盒气密性不好．

Answer 1

分析 （1）电流流经电阻丝产生焦耳热，瓶内气体温度升高，体积变大，使气球膨胀，电流做功越多，气球体积膨胀越大，气球膨胀程度的大小能反应电流做功多少．采用转换法，通过温度计示数的变化来反映电阻丝放出热量的多少；
（2）电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关．探究电流产生热量跟电流关系时，控制电阻和通电时间不变；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；探究电流产生热量跟通电时间关系时，控制电流和电阻不变．
（3）并联电路中的电阻比任何一个电阻都小．
（4）可从漏气、橡胶管没有扎住等方面进行分析．

解答 解：（1）在实验中电流做功多少是通过观察气球膨胀程度大小来体现的．因此盒内封闭一定量的空气的优点 空气受热容易膨胀，便于实验观察；
在实验中电流通过电阻产生的热量多少是通过观察U型管内左右两侧液面高度大小来体现的，这种方法叫“转换法”．
（2）由图可知，两个盒中的电阻丝串联，通过两电阻丝的电流和通电时间相同，研究的是：当通过的电流和通电时间相同时，电流产生的热量与导体电阻大小的关系．
（3）两个相同的电阻串联在电路中，通电时间和电阻相同，当给其中一个并联一个电阻时，电阻的电流改变，探究电流产生热量跟电流关系．
因为并联电路中的电阻比任何一个电阻都小，当乙图中右侧盒外连接的5Ω电阻后，右侧5Ω的电阻分压较小，由此可知，右侧电阻的电流减小，因此乙图中右侧盒外连接的5Ω电阻的作用是改变右侧电阻的电流；把电阻接在盒子外侧，是为了控制好变量，不改变右侧盒内电阻，便于探究电流通过导体产生的热量与电流的关系．
（4）由Q=I²Rt可知，两根电阻丝在相同时间内产生的热量不同，则U形玻璃管中应该出现液面高度差；而其中一个U形玻璃管中液面高度几乎不变，说明与此相连的空气盒有可能漏气．
故答案为：（1）空气受热容易膨胀，便于实验观察；两个U形管中液面的高度；（2）电阻；电流；（3）使电阻c、d中的电流不相等；（4）空气盒气密性不好．

点评 该题考查了控制变量法和转换法在焦耳定律实验中的应用，注意两导体串联时电流相等，导体产生热量的多少是通过温度计示数的变化来反映的．