Question

4．为了探究电流产生的热量跟什么因素有关，王军设计了如下图所示的甲、乙两种装置，他将两根阻值不同的电阻丝（R₁＜R₂）分别密封在两个完全相同的烧瓶中，并通过短玻璃管与相同的气球相连，两次实验电源电压不变．

（1）实验中通过气球体积的变化来比较电流通过电阻丝产生的热量的多少，如图所示的装置相比教材的装置少用两种测量工具分别是天平、温度计，且实验现象更明显．此实验用到的研究物理的方法有两种．
（2）甲装置可探究电流产生的热量与电阻的关系．
（3）在装置甲、乙的两次实验中，通过比较相同时间里气球B与D的变化情况，可探究电流产生的热量与电流的关系．
（4）甲、乙两装置同时实验，在相同的通电时间里，与气球C（填气球字母标号）相通的电阻丝产生热量最多．

Answer 1

分析 （1）转换法是用一个便于观察或侧的物理量或数值，来反映不易直接观察的物理量的方法．当瓶中电阻丝发热后会使气体膨胀，则连在瓶中的气球会产生膨胀；同时实验中分别探究电流产生的热量与电流及电阻的关系，故而用到了控制变量法；
（2）（3）电流产生热量与导体中的电流、导体电阻和通电时间有关，所以探究电流产生的热量跟什么因素有关时要采用控制变量法．由此分析解答；
（4）由焦耳定律比较四个电阻产生的热量可知哪个电阻丝产生的热量最多．

解答 解：（1）当电阻丝通电后，电流产生热量使瓶内温度升高，从而使气球膨胀，根据气球膨胀的程度大小可知电流通过电阻丝产生的热量的多少，这种方法叫转换法；
实验中没有用到天平和温度计，同时，本实验中分别探究电流产生的热量与电流及电阻的关系，故而也用到了控制变量法；
（2）甲中阻值不相等两电阻串联，则两电阻中的电流相等，通电时间也相等，所以可探究电流产生热量与电阻大小的关系；
（3）由乙图可知两电阻并联，而B瓶与D瓶电阻相等，电压不相等，则可知两瓶中的电流不同，可探究电流产生的热量与通过电流的关系；
（4）甲图中两电阻串联，则通过两电阻的电流相等，由焦耳定律可得，电阻大的电阻丝发热较多，即B相通的电阻丝R₂发热量要多；
乙图中两电阻并联，则电压相等，由Q=W=$\frac{{U}^{2}}{R}$t可得，电阻小的发热量要多，故C比D相通的电阻丝R₁发热量要多；
而B、D相通的电阻丝电阻相等，由欧姆定律可得，B相通的电阻丝电流小于D相通的电阻丝电流，故D相通的电阻丝热量要比B相通的电阻丝热量多，故C相通的电阻丝热量最多．
故答案为：（1）气球体积；（2）电阻；温度计；两；（3）电流；（4）C．

点评 本题探究热量与电流及电阻的关系，要求能正确分析电路，掌握串并联电路的特点，并灵活应用焦耳定律分析解答．