Question

13．為探究“電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟哪些因素有關(guān)”，小夢(mèng)設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路，電阻絲R₁和R₂分別裝在兩個(gè)密閉的空氣盒內(nèi)，R₃備用，R₁=5Ω，R₂=R₃=10Ω，橡膠管將密閉空氣盒和裝有紅色液體的U形玻璃管相連．
（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路，可以知道小夢(mèng)研究的是：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻大小的關(guān)系．
（2）在實(shí)驗(yàn)中，觀(guān)察U形玻璃管中液面高度差的目的是為了判斷：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少．
（3）通電一段時(shí)間，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)U形管液面高度幾乎不變，則出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能是空氣盒的氣密性不好．
（4）如果小夢(mèng)繼續(xù)探究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系，應(yīng)使用R₃與其中一個(gè)電阻R₁（選填“R₁”或“R₂”）并聯(lián)（選填“串”或“并”），且安裝在盒內(nèi)（選填“盒內(nèi)”或“盒外”）
（5）該實(shí)驗(yàn)中用到的物理研究方法有轉(zhuǎn)換法和控制變量法．

Answer 1

分析 （1）電流產(chǎn)生的熱量跟電流大小、電阻大小、通電時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)．探究電流產(chǎn)生熱量跟電流大小的關(guān)系時(shí)，控制電阻和通電時(shí)間不變；
探究電流產(chǎn)生的熱量跟電阻大小的關(guān)系時(shí)，控制電流大小和通電時(shí)間不變；探究電流產(chǎn)生的熱量跟通電時(shí)間的關(guān)系，控制電阻大小不變；
（2）電流產(chǎn)生熱量的多少不易直接測(cè)量，實(shí)驗(yàn)中通過(guò)氣體的熱脹冷縮改變U形玻璃管中液面高度差；
（3）可從漏氣、橡膠管沒(méi)有扎住等方面進(jìn)行分析；
（4）探究電熱與電流的關(guān)系，應(yīng)控制電阻和通電時(shí)間一定；
（5）對(duì)基本的物理研究方法熟悉其本質(zhì)特征，然后進(jìn)行判斷即可；
“控制變量法”：在研究物理問(wèn)題時(shí)，某一物理量往往受幾個(gè)不同物理量的影響，為了確定各個(gè)不同物理量之間的關(guān)系，
就需要控制某些量，使其固定不變，改變某一個(gè)量，看所研究的物理量與該物理量之間的關(guān)系；
“轉(zhuǎn)換法”指在保證效果相同的前提下，將不可見(jiàn)、不易見(jiàn)的現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)、易見(jiàn)的現(xiàn)象；將陌生、復(fù)雜的問(wèn)題轉(zhuǎn)換成熟悉、簡(jiǎn)單的問(wèn)題；
將難以測(cè)量或測(cè)準(zhǔn)的物理量轉(zhuǎn)換為能夠測(cè)量或測(cè)準(zhǔn)的物理量的方法．

解答 解：（1）兩個(gè)密閉的空氣盒內(nèi)分別接入不同阻值電阻絲，并且串聯(lián)在電路中，
通過(guò)兩個(gè)電阻的電流相等，通電時(shí)間相等，兩個(gè)密閉的空氣盒內(nèi)的電阻不同，
觀(guān)察U形管內(nèi)液面的高度變化，探究電流產(chǎn)生的熱量跟電阻大小的關(guān)系．
（2）由Q=I²Rt可知，電阻絲R₁和R₂在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量不同，
因此會(huì)導(dǎo)致密封盒內(nèi)空氣的膨脹情況不同，故會(huì)導(dǎo)致U形玻璃管中出現(xiàn)液面高度差；
在實(shí)驗(yàn)中，觀(guān)察U形玻璃管中液面高度差的目的是為了判斷：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少．
（3）由Q=I²Rt可知，電阻絲R₁和R₂在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量不同，則U形玻璃管中應(yīng)該出現(xiàn)液面高度差；
而其中一個(gè)U形玻璃管中液面高度幾乎不變，說(shuō)明與此相連的空氣盒有可能漏氣．
（4）探究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系，控制電阻、通電時(shí)間一定，
應(yīng)對(duì)比R₂、R₃產(chǎn)生的電熱，所以為了改變電流，應(yīng)把R₃與其中一個(gè)電阻R₁并聯(lián)，且安裝在盒內(nèi)．
（5）導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體的電阻、電流、通電時(shí)間有關(guān)，當(dāng)研究導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與其中一個(gè)量的關(guān)系時(shí)，
應(yīng)控制其他的量相同，這種研究問(wèn)題的方法叫控制變量法．
由于電流產(chǎn)生熱量的多少不易直接測(cè)量，因此在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)觀(guān)察U形玻璃管中液面高度差來(lái)判斷電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少，這種研究方法叫轉(zhuǎn)換法，
故該實(shí)驗(yàn)中用到的物理研究方法有轉(zhuǎn)換法和控制變量法．
故答案為：（1）電阻大小；
（2）電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少；
（3）空氣盒的氣密性不好；
（4）R₁；并；盒內(nèi)；
（5）轉(zhuǎn)換法；控制變量法．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了學(xué)生對(duì)焦耳定律探究實(shí)驗(yàn)、串并聯(lián)電路電流關(guān)系的了解和掌握，并可以通過(guò)巧妙的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證一些結(jié)論，同時(shí)在該實(shí)驗(yàn)中利用了控制變量法，該實(shí)驗(yàn)方法在實(shí)驗(yàn)探究中經(jīng)常用到．