Question

14．在如圖甲所示的裝置中，甲、乙是兩個完全相同的密閉容器，密閉容器中兩個阻值分別為5Ω和10Ω的電阻組成一個串聯(lián)電路，閉合開關前，兩U形管內液面相平，用這套裝置完成“談及電熱的大小與哪些因素有關”的實驗．
（1）如圖甲通電后，若要比較電阻絲產(chǎn)生熱量的多少，只需比較與之相連的U型管中液面的高度差．
（2）如圖甲，通電后通過對比觀察，相同時間內右容器中導體的電阻產(chǎn)生的熱量較多，由此得到的結論在電流和通電時間相同的情況下，導體的電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多
（3）要探究電熱與電流的關系，須控制通電時間和電阻相同，請在乙圖中用筆畫線完成電路的連接．
（4）另一實驗小組用圖丙所示的裝置來完成本實驗．圖中兩個密封的燒瓶內盛滿質量和溫度都相同的煤油，瓶中插有溫度計，兩瓶煤油中都浸泡著一段電阻絲，燒瓶A中的金屬絲的電阻為5Ω，燒瓶B中的金屬絲的電阻為100Ω，為了在較短的時間內達到明顯的實驗效果，該實驗小組選用了煤油而不選用水，主要是由于煤油的比熱容�。�要研究電熱的多少與電流的關系，丙圖需要增加電源、開關、導線、還需器材是滑動變阻器．
（5）將圖丙裝置改裝后可測量煤油的比熱容．方法是：分別向兩個相同的燒杯中（內部電阻絲阻值相同）加入初溫均為t₀、質量相等的水和煤油，通電一段時間后，分別讀出溫度計的示數(shù)為t_水、t_煤油，請寫出煤油比熱容的表達式c_煤油=$\frac{{t}_{水}-{t}_{0}}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}$•c_水（已知水的比熱容為c_水）

Answer 1

分析 （1）電流通過導體產(chǎn)生熱量的多少不能直接觀察，但液體溫度的變化可以通過液面高度差的變化來反映；
（2）將容器中的電阻絲串聯(lián)起來接到電源兩端，通過兩電阻絲的電流和通電時間相同，根據(jù)焦耳定律Q=I²Rt進行分析；
（3）根據(jù)焦耳定律Q=I²Rt進行分析；實驗裝置乙，兩個相同的電阻串聯(lián)在電路中，通電時間和電阻相同，當給其中一個并聯(lián)一個電阻時，電阻的電流改變，探究電流產(chǎn)生熱量跟電流關系；
（4）在較短的時間內達到明顯的實驗效果，即要求液體升溫較快，根據(jù)吸熱公式可知，應選用比熱容小的液體；
（5）根據(jù)題意可知，在相同時間內，相同的電阻串聯(lián)產(chǎn)生的熱量相等，即Q_煤吸=Q_水吸，根據(jù)吸熱公式可得到煤油的比熱容．

解答 解：（1）電流通過導體產(chǎn)生熱量的多少不能直接觀察，實驗前，應使兩個U形管中的液面高度相同，液體溫度的變化可以通過液面高度差的變化來反映；
（2）甲裝置中，將容器中的電阻絲串聯(lián)起來接到電源兩端，通過他們的電流I與通電時間t相同，左邊容器中的電阻小于右邊容器中的電阻，由Q=I²Rt可知，右邊容器中的電阻產(chǎn)生的熱量多，溫度升得較快，這表明：在電流和通電時間相同的情況下，導體的電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多；
（3）根據(jù)焦耳定律Q=I²Rt可知，探究電熱與電流關系，須控制通電時間和電阻相同；
使右側兩個5Ω電阻并聯(lián)，再與左側電阻串聯(lián)，開關控制整個電路，如下圖所示：

（4）要在較短的時間內達到明顯的實驗效果，即要求液體升溫較快；在吸收熱量相同、液體質量相同時，根據(jù)Q_吸=cm△t可知，要液體升溫較快，應選用比熱容較小的煤油；
要研究電熱的多少與電流的關系，需要改變電路中電流的大小，因此在不改變電路的情況下還需要的器材是滑動變阻器；
（5）圖丙裝置中，兩電阻絲阻值相同，它們串聯(lián)電流相同，通電一段時間后，電流產(chǎn)生的熱量相同，則煤油和水吸收的熱量相同．
已知它們的質量相同，設為m；
根據(jù)前面分析結合吸熱公式有：c_煤油m（t_煤油-t₀ ）=c_水m（t_水-t₀ ），
解得：c_煤油=$\frac{{t}_{水}-{t}_{0}}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}$•c_水．
故答案為：（1）液面高低變化；（2）右；在電流和通電時間相同的情況下，導體的電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多；（3）通電時間和電阻；（4）煤油的比熱容小；滑動變阻器；（5）$\frac{{t}_{水}-{t}_{0}}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}$•c_水．

點評 此題考查了電流產(chǎn)生熱量的決定因素，實驗過程中滲透了轉換法和控制變量法的應用，有一定的綜合性．