Question

3．物理興趣小組的同學(xué)猜想電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量多少可能與電流大小、導(dǎo)體的電阻以及通電時間有關(guān)．為了驗證猜想，設(shè)計了如圖所示的實驗裝置：將一段電阻絲裝在透明、密閉的空氣盒中，用橡膠管將密閉的空氣盒和裝有紅色液體的U形玻璃管相連（實驗前，U形管內(nèi)兩側(cè)液面是平等的）．請回答如下問題：
（1）將如圖甲所示裝置接入電路中，需要通過觀察U形管中液面高度變化情況來判斷電流產(chǎn)生的熱量多少．
（2）如圖乙所示，左右兩個同樣的透明空氣盒中密封著等量的空氣，若按圖示那樣接到同一電源兩端，在通電時間相同的情況下，可探究電流通過導(dǎo)題產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系．
（3）有的同學(xué)說：“只要將圖乙中接在右邊的空氣盒外部的那個5Ω電阻絲去掉，其他兩個電阻絲連接位置不動，在通電時間相同的情況下，可探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與另一個因素的關(guān)系．”請你回答，該同學(xué)的上述做法是否可行？

Answer 1

分析 （1）本實驗中，電流通過電阻絲產(chǎn)生熱量，被空氣吸收，空氣的溫度升高；是通過U形管中液面高度變化情況反應(yīng)電流產(chǎn)生熱量的多少；電流產(chǎn)生的熱量越多、空氣吸收的熱量越多、液面高度變化越大；
（2）并聯(lián)電路干路電流等于各支路電流之和，所以干路電流大于支路電流，據(jù)此分析乙圖中兩容器內(nèi)電流的大小關(guān)系，運用控制變量法分析解答；
（3）控制變量法就是每一次只改變其中的某一個變量，而控制其余幾個變量不變，從而研究被改變的這個變量對事物影響，分別加以研究，最后再綜合解決．

解答 解：（1）本實驗是通過觀察U形管中液面高度變化情況來判斷電流產(chǎn)生的熱量的多少，液面高度變化越大，電流產(chǎn)生的熱量越多；
（2）在乙圖中，右則容器的外部，將一個電阻和這個容器內(nèi)的電阻并聯(lián)，這樣使左容器中的電阻在干路，右容器中的電阻在支路，干路電流大于支路電流，所以左則容器中電阻的電流大于右則容器中電阻的電流；在通電時間相同的情況下，可探究電流通過導(dǎo)題產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系；
（3）將圖乙中接在右邊的空氣盒外部的那個5Ω電阻絲去掉，其他兩個電阻絲連接位置不動，則兩個盒內(nèi)電阻相等；在通電時間相同的情況下，電阻放出的熱量相同，U形管中液面高度變化情況相同，無法探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與另一個因素的關(guān)系，所以不可行．
故答案為：（1）U形管中液面高度變化情況；（2）電流；（3）不可行．

點評 本題主要考查了學(xué)生對焦耳定律探究實驗、串并聯(lián)電路電流關(guān)系的了解和掌握；正確理解和合理運用控制變量法是解答此題的關(guān)鍵．