Question

10．在如圖1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(guān)前，A、B兩U形管內(nèi)液面相平．用這套裝置完成“探究電流相同時，通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻大小的關(guān)系”的實驗．

【制定計劃與設(shè)計實驗】由于電流產(chǎn)生的熱量不易直接測量，因此在實驗中是通過觀察U形管中液面的高度差來顯示甲、乙容器內(nèi)空氣溫度的變化，這里采用了轉(zhuǎn)換法的探究方法．
【分析與論證】通過對比觀察，相同時間內(nèi)乙（選填“甲”、“乙”）容器中導(dǎo)體的電阻產(chǎn)生的熱量較多．由此可知，在電流強度和通電時間相同時，電阻越大，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多．
英國物理學(xué)家焦耳經(jīng)過多年的研究，做了大量的實驗，得出了焦耳定律．焦耳定律可以用公式表示為Q=I²Rt．
【交流】另一實驗小組用圖2所示的裝置來完成本實驗．圖中兩個密封的燒瓶內(nèi)盛滿質(zhì)量和溫度都相同的煤油，瓶中插有兩端開口的細(xì)玻璃管．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10Ω．為了在較短的時間內(nèi)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較小，升溫較快．
【實驗拓展】將圖2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瓶中（內(nèi)部電阻絲阻值相同）加入初溫均為t₀、質(zhì)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）電阻產(chǎn)生的熱量越多，容器內(nèi)空氣的膨脹程度越大，液柱上升的高度越大．電流產(chǎn)生的熱量不能用眼睛直接觀察，可通過液面高度差的變化來反映，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．
（2）觀察AB兩管中液面的高度可判斷產(chǎn)生熱量的多少，可以得出：在電流相同、通電時間相同的情況下，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多．
（3）在較短的時間內(nèi)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(yīng)選用比熱容小的液體；
（4）根據(jù)題意可知，在相同時間內(nèi)，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：【制定計劃與設(shè)計實驗】實驗中是通過觀察“U”形管中液面的高度差來顯示甲、乙容器內(nèi)空氣溫度的變化．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；
【分析與論證】由圖1可知，B液柱的液面較高，說明乙容器中的電阻產(chǎn)生的熱量多．由此可知：在電流強度和通電時間相同時，電阻越大，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多．
焦耳定律可以用公式表示為：Q=I²Rt；
【交流】要在較短的時間內(nèi)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(zhì)量相同時，根據(jù)Q_吸=cm△t可知，要液體升溫較快，應(yīng)選用比熱容較小的煤油；
【實驗拓展】圖2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(zhì)量相同，設(shè)為m．
根據(jù)前面分析結(jié)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：
【制定計劃與設(shè)計實驗】高度差；轉(zhuǎn)換法；
【分析與論證】乙；大；Q=I²Rt；
【交流】煤油的比熱容較小，升溫較快；
【實驗拓展】$\frac{{t}_{水}-{t}_{0}}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}•{c}_{水}$．

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(zhuǎn)換法和控制變量法的應(yīng)用，有一定的綜合性．