Question

18．如圖是探究“電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關”的裝置．
（1）電流產(chǎn)生熱量的多少不易直接測量．因此，在這個實驗中是通過U形管內(nèi)液柱的高度差顯示電流產(chǎn)生熱量的多少的．
（2）圖1中在兩個密閉容器中裝有質量相等（選填“相等”或“不等”）的空氣，并各放置一根阻值不同的電阻絲，此裝置可研究電流產(chǎn)生的熱量與電阻大小的關系；通電一段時間后觀察到左邊液柱明顯低于右邊，則可得出的結論是：電流和通電時間一定時，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多．
（3）為了探究電流產(chǎn)生的熱量與電流大小的關系設計了如圖2所示的電路，右密閉容器中電阻R₂的大小是10Ω，通電相同的時間，設R₁，R₂，R₃產(chǎn)生的熱量分別是Q₁，Q₂，Q₃，則Q₁，Q₂，Q₃的大小關系是：Q₁＞Q₃＞Q₂．

Answer 1

分析 （1）電流產(chǎn)生的熱量不能用眼睛直接觀察，通過液面高度差的變化來反映．
（2）根據(jù)Q=cm△t，當物體的質量和比熱相同時，物體的溫度升高越多，物體吸收熱量越多．
電流產(chǎn)生的熱量跟電流大小、電阻大小、通電時間有關．探究電流產(chǎn)生熱量跟電流關系時，控制電阻和通電時間不變；探究電流產(chǎn)生熱量跟電阻關系時，控制通電時間和電流不變；探究電流產(chǎn)生熱量跟通電時間關系時，控制電流和電阻不變．
（3）根據(jù)圖2中電阻絲連接特點，由Q=I²Rt分別表示出三個電阻產(chǎn)生熱量比較即可．

解答 解：
（1）電流產(chǎn)生的熱量不便于用眼睛直接觀察和測量，通過U形管內(nèi)液柱的高度差來反映，這種方法是初中物理常用的轉換法．
（2）兩個密閉容器中裝有質量相同的空氣，空氣的質量和比熱相同，根據(jù)Q=cm△t，溫度變化量相同，空氣吸收熱量相同；相同時間內(nèi)，空氣溫度升高越快，空氣吸收熱量越多，電流產(chǎn)生熱量越多；
如圖1，兩個電阻串聯(lián)在電路中，電流相同，通電時間相同，電阻不同，所以探究是電流產(chǎn)生熱量跟電阻大小關系；
通電一段時間后觀察到左邊液柱明顯低于右邊，說明電阻大的產(chǎn)生熱量多，則可得出的結論是：在電流和通電時間相等時，電阻越大，產(chǎn)生熱量越多；
（3）如圖2，探究電流產(chǎn)生的熱量與電流大小的關系，應控制電阻和通電時間不變，所以R₂=R₁=10Ω；
圖R₂與R₃并聯(lián)再與R₁串聯(lián)，所以I=I₁=I₂+I₃，
由分流原理，$\frac{{I}_{2}}{{I}_{3}}$=$\frac{{R}_{3}}{{R}_{2}}$=$\frac{5Ω}{10Ω}$=$\frac{1}{2}$，
所以I₂=$\frac{1}{3}$I，I₃=$\frac{2}{3}$I，
由Q=I²Rt，
Q₁=I²R₁t=10I²t，
Q₂=I₂²R₂t=（$\frac{1}{3}$I）²×10Ωt=$\frac{10}{9}$I²t，
Q₃=I₃²R₃t=（$\frac{2}{3}$I）²×5Ωt=$\frac{20}{9}$I²t，
所以Q₁＞Q₃＞Q₂．
故答案為：（1）U形管內(nèi)液柱的高度差；（2）相等；電阻大��；電流和通電時間一定時，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多；（3）10Ω；Q₁＞Q₃＞Q₂．

點評 掌握電流產(chǎn)生熱量多少的影響因素，利用控制變量法和轉換法探究電流產(chǎn)生熱量多少和各影響因素之間的關系．并能根據(jù)電路特點利用焦耳定律公式分析比較電熱關系．