Question

15．如图是实验小组同学“探究电流通过导体产生的热量与电阻关系”的实验装置，两个烧瓶中盛有等量的煤油，温度计显示煤油的温度．两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，烧瓶A中的金属丝是铁丝，电阻比较小，烧瓶B中的金属丝是镍铬合金丝，电阻比较大．请回答下列问题：
（1）采用这种连接方式的目的是？
（2）闭合开关一段时间后，两电阻丝产生热量的多少是用什么物理量来反映的？请写出通过这个物理量判断电阻丝产生热量多少的过程．
（3）从能量角度来说，电能转化为内能的过程，是用电器消耗电能做功的过程．根据上面的实验，请你根据电功和欧姆定律知识进行理性探究，推导电流热效应与电阻的定量关系是什么？（要求写出推导过程和结论）

Answer 1

分析 （1）本题采用的物理学方法是控制变量法，控制变量法是控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物影响，这种方法常常应用于物理学中多因素（多变量）的问题；
（2）本题采用的物理学方法是转换法；转换法是将不容易观测和不便于测量的物理量转化为容易观测和测量的物理量的方法；
（3）串联电路中处处电流不变，根据电流通过导体时，做的功全部转化为内能，然后利用Q=W=UIt，以及欧姆定律的变形公式U=IR可知在串联电路中电流与电阻的关系．

解答 解：（1）根据控制变量法可知：“探究电流通过导体产生热量与导体电阻关系”的实验，应只改变导体的电阻，控制两个烧瓶中的导体的电流和通电时间相同，所以两个烧瓶中的导体，采取串联连接在同一个电路里．
（2）“探究电流通过导体产生热量与导体电阻关系”的实验装置，通电导体放出热量，煤油吸收热量，而吸收热量多少无法捕捉，但是质量相等的煤油吸收的热量越多，煤油升高的温度就越多；所以可以采用“转换法”，通过温度计的示数变化反映通电导体产生热量的多少．
（3）当电流通过导体时，电能全部转化为内能，那么，电流产生的热量Q等于电流所做的功W
即Q=W=UIt，
因为I=$\frac{U}{R}$，
所以由U=IR可知，Q=I²Rt
故可以得出：在相同时间内，通过导体的电流相同时，导体上产生的热量与电阻成正比．
答：（1）目的是控制两个烧瓶中的导体的电流和通电时间相同；
（2）通过温度计的示数变化反映通电导体产生热量的多少；
（3）在相同时间内，通过导体的电流相同时，导体上产生的热量与电阻成正比．

点评 本题重点考查了控制变量法和转换法的应用，充分利用了串联电路中电流相等和通电时间一致的特点．