Question

14．為了探究電流產(chǎn)生的熱量跟什么因素有關(guān)系，王軍設(shè)計(jì)了如圖所示的甲、乙兩裝置．他將兩段阻值不同的電阻絲（R₁＜R₂）分別密封在兩個(gè)完全相同的燒杯中，并通過(guò)短玻璃管與相同的氣球相連，兩次實(shí)驗(yàn)電源電壓不變．

（l）甲裝置可探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻是否有關(guān)．
（2）在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，電流產(chǎn)生熱量的多少是通過(guò)氣球膨脹程度的大小體現(xiàn)出來(lái)的，像這種用能直接觀測(cè)的量來(lái)顯示不易直接觀測(cè)的量的方法叫“轉(zhuǎn)換法”．這種方法在物理學(xué)的研究中經(jīng)常用到，請(qǐng)你列舉一列研究聲音是由振動(dòng)產(chǎn)生的，用激起的水花來(lái)顯示音叉的振動(dòng)．
（3）在裝置甲、乙的兩次實(shí)驗(yàn)中，比較相同時(shí)間里氣球a與C體積變化情況可探究電流產(chǎn)生的熱量與電流大小有關(guān)．
（4）若甲、乙兩裝置同時(shí)實(shí)驗(yàn)，在相同的通電時(shí)間里，a、b、c、d四個(gè)氣球脹大的程度從大到小的排列順序是cdba．
（5）教材上的該實(shí)驗(yàn)裝置如圖丙所示（燒瓶與圖甲中的相同）．請(qǐng)說(shuō)明教材選用該裝置的優(yōu)點(diǎn)是：溫度計(jì)更能準(zhǔn)確反應(yīng)溫度的變化．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）由題意及實(shí)驗(yàn)的原理圖可知當(dāng)瓶中電阻絲發(fā)熱后會(huì)使氣體膨脹，則連在瓶中的氣球會(huì)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(lái)演示一些不易直接觀察的物理量的變化，如聲音、分子的運(yùn)動(dòng)及磁場(chǎng)等；
（3）由乙圖可知兩電阻并聯(lián)，而B(niǎo)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(guò)的電流有關(guān)．
（4）根據(jù)Q=$\frac{{U}^{2}}{R}$t和Q=I²Rt進(jìn)行分析，產(chǎn)生的熱量越大，氣球膨脹越大；
（5）根據(jù)氣體及固體、液體的熱脹冷縮性質(zhì)的不同，可以分析哪種實(shí)驗(yàn)方法更直觀．

解答 解：
（1）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；
（2）當(dāng)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(dòng)產(chǎn)生的，用激起的水花來(lái)顯示音叉的振動(dòng)；
②用吸引大頭針的多少觀測(cè)磁鐵的磁性強(qiáng)弱．
（3）乙圖中兩電阻并聯(lián)，則A、C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）乙裝置中R₁、R₂并聯(lián)，電源電壓不變，時(shí)間相同時(shí)，根據(jù)Q=$\frac{{U}^{2}}{R}t$可知，電阻越小產(chǎn)生的熱量越多，因此P_C＞P_D．
甲裝置中R₁、R₂串聯(lián)，通過(guò)R₁、R₂的電流相同，時(shí)間相同時(shí)，根據(jù)Q=I²Rt可知，電阻越大產(chǎn)生的熱量越多，因此P_B＞P_A．
由（3）分析可知I_D＞I_B，由焦耳定律可知，電阻和通電時(shí)間相同時(shí)，通過(guò)的電流越大，電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量就越大．因此P_D＞P_B．
（5）用溫度計(jì)能較準(zhǔn)確地測(cè)出煤油的溫度變化，便于定量研究，因此圖丙裝置更好一些．
故答案為：（1）電阻；（2）氣球膨脹程度的大��；研究聲音是由振動(dòng)產(chǎn)生的，用激起的水花來(lái)顯示音叉的振動(dòng)；
（3）電流大小；（4）cdba；（5）溫度計(jì)更能準(zhǔn)確反應(yīng)溫度的變化．

點(diǎn)評(píng) 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(diǎn)，并靈活應(yīng)用焦耳定律分析解答．