Question

為了探究電流產(chǎn)生的熱量跟什么因素有關(guān)，王軍設(shè)計了如圖所示的甲、乙兩種裝置，他將兩端阻值不同的電阻絲（R₁＜R₂）分別密封在兩個完全相同的燒瓶中，并通過短玻璃管與相同的氣球相連，兩次實驗電源電壓不變．
（1）在這個實驗中，電流產(chǎn)生的熱量多少是通過______體現(xiàn)出來的，像這種用能直接觀測的量來顯示不容易直接觀測的量的方法叫“轉(zhuǎn)換法”，這種方法在物理學(xué)研究中經(jīng)常用到，請舉一例：______．
（2）甲裝置可探究電流產(chǎn)生的熱量與______的關(guān)系．
（3）在裝置甲、乙的來兩次實驗中，通過比較相同時間里氣球B與D的變化情況可探究電流產(chǎn)生的熱量與______的關(guān)系．
（4）在甲、乙兩裝置同時實驗，在相同的通電時間里，與氣球______（填氣球字母標號）相通的電阻絲產(chǎn)生熱量最多．
（5）教材上的實驗裝置如圖丙所示（燒瓶與圖中的相同）．比較甲、乙和丙圖所示的兩種不同的實驗裝置，你認為較好的裝置是______，理由是：______．

Answer 1

【答案】分析：（1）由題意及實驗的原理圖可知當瓶中電阻絲發(fā)熱后會使氣體膨脹，則連在瓶中的氣球會產(chǎn)生膨脹，根據(jù)氣球膨脹的情況可得出溫度升高的多少；轉(zhuǎn)換法在物理學(xué)中有很多應(yīng)用，主要用來演示一些不易直接觀察的物理量的變化，如聲音、分子的運動及磁場等；
（2）由甲圖可知，兩電阻串聯(lián)，則可知電路中電流一定相等，由焦耳定律可知兩瓶中產(chǎn)生的熱量應(yīng)與電阻有關(guān)，故可探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系；
（3）由乙圖可知兩電阻并聯(lián)，而B瓶與D瓶電阻相等，則可知兩瓶中的電流不同，故由焦耳定律可得兩瓶中熱量與通過的電流有關(guān)；
（4）由焦耳定律比較四個電阻產(chǎn)生的熱量可知哪個電阻絲產(chǎn)生的熱量最多；
（5）根據(jù)氣體及固體的熱脹冷縮性質(zhì)的不同，可以分析哪種實驗方法更直觀；而由氣球演示不能得出準確的溫度變化，故無法得出定量關(guān)系，故二者各有優(yōu)缺點．
解答：解：（1）當電阻絲通電后，電流產(chǎn)生熱量使煤油溫度升高，從而使氣球膨脹，根據(jù)氣球膨脹的程度大小可知溫度升高的多少；
轉(zhuǎn)換法是將不易觀察的現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成較明顯的物理現(xiàn)象；例如：
①研究聲音是由振動產(chǎn)生的，用乒乓球的振動來顯示音叉的振動
②研究分子運動時，用固體、液體、氣體的擴散推測分子的熱運動
③用吸引大頭針的多少觀測磁鐵的磁性強弱．
（2）甲中兩電阻串聯(lián)，則兩電阻中的電流相等，則可知熱量應(yīng)由電阻有關(guān)，根據(jù)氣球膨脹的多少可知熱量的多少，則可知熱量與電阻大小的關(guān)系；
（3）乙圖中兩電阻并聯(lián)，則B、D兩容器中的電流不同，而兩電阻絲的電阻相同，故探究的應(yīng)是熱量與電流間的關(guān)系；
（4）甲圖中兩電阻串聯(lián)，則通過兩電阻的電流相等，由焦耳定律可得，電阻大的電阻絲發(fā)熱較多，即B中發(fā)熱量要多；
乙圖中兩電阻并聯(lián)，則電壓相等，由W=可得，電阻小的發(fā)熱量要多，故C比D發(fā)熱量要多；
而B、D電阻相等，由歐姆定律可得，B中電流小于D中電流，故D中熱量要比B中熱量多，故C中熱量最多；
（5）若選用圖甲乙，理由是：氣體的熱脹冷縮效果比固液態(tài)更明顯，實驗現(xiàn)象更直觀，時間更短．
（或：丙，理由是：用溫度計能較準確地測出煤油的溫度變化，便于定量研究．）（兩種答案任選一個均可，只要解釋合理即可）
點評：本題探究熱量與電流及電阻的關(guān)系，要求能正確分析電路，掌握串并聯(lián)電路的特點，并靈活應(yīng)用焦耳定律分析解答．