Question

10．為了探究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量與什么因素有關(guān)，設(shè)計(jì)了如圖1所示實(shí)驗(yàn)，三只完全相同的燒瓶中盛有等質(zhì)量的煤油，瓶塞上各插1根玻璃管，瓶內(nèi)各裝1根電阻絲．已知電阻絲R_甲＞R_乙，R_乙=R_丙．

（1）實(shí)驗(yàn)中可以通過玻璃管內(nèi)液柱高度來判斷電流產(chǎn)生熱量的多少．
（2）為了探究產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系，應(yīng)選擇的電阻絲為甲和乙．
（3）閉合開關(guān)后，在相同的通電時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)熱最少的電阻絲是乙．
（4）利用圖2裝置也可探究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量與電流的關(guān)系，當(dāng)通過R₁的電流量是2A時(shí)，10s內(nèi)電流通過R₁產(chǎn)生的熱量是200J．

Answer 1

分析 （1）電阻絲的熱量轉(zhuǎn)化為煤油的內(nèi)能，所以雖然熱量的多少不好判斷，但我們可以將電流所產(chǎn)生熱量的多少轉(zhuǎn)化為玻璃管內(nèi)液柱高度進(jìn)行判斷；
（2）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)生的熱量與電阻的關(guān)系時(shí)，應(yīng)控制導(dǎo)體中的電流、通電時(shí)間相同；
（3）先判斷甲乙丙電阻的連接方式，根據(jù)串聯(lián)電路電流相同和焦耳定律判斷出甲和乙產(chǎn)生熱量的多少；再根據(jù)焦耳定律的推導(dǎo)公式Q=$\frac{{U}^{2}t}{R}$，判斷出乙和丙產(chǎn)生熱量的多少，得出結(jié)論；
（4）當(dāng)研究導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系時(shí)，應(yīng)控制導(dǎo)體的電阻、通電時(shí)間相同；導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少可利用Q=I²Rt計(jì)算．

解答 解：（1）由于熱量的多少看不見、摸不著，所以該題中我們將電流所產(chǎn)生熱量的多少轉(zhuǎn)化為玻璃管內(nèi)液柱高度進(jìn)行觀察；
（2）當(dāng)研究導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體電阻的關(guān)系時(shí)，應(yīng)控制導(dǎo)體中的電流、通電時(shí)間相同．電阻絲甲和乙串聯(lián)，則電阻絲甲和乙中的電流和通電時(shí)間相同，故選電阻絲甲和乙；
（3）觀察圖可知，電阻絲甲和乙串聯(lián)后又與電阻絲丙并聯(lián)，且電阻絲R_甲＞R_乙，R_乙=R_丙，
甲和乙的電流相等，通電時(shí)間相同，由焦耳定律Q=I²Rt可知，甲產(chǎn)生的熱量大于乙產(chǎn)生的熱量；
由Q=I²Rt，I=$\frac{U}{R}$得，Q=$\frac{{U}^{2}t}{R}$，乙和丙的電阻相等，通電時(shí)間相同，但丙兩端的電壓大于乙兩端的電壓，所以丙產(chǎn)生的熱量大于乙產(chǎn)生的熱量；
所以相同的時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生熱量最少的是乙；
（4）兩容器中的導(dǎo)體電阻相同，通電時(shí)間相同，通過兩電阻的電流不同，導(dǎo)體產(chǎn)生熱量不同是由于電流大小不同造成的，所以可探究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量與電流的關(guān)系；
通過R₁的電流I=2A，R₁的阻值R₁=5Ω，通電時(shí)間t=10s，
10s內(nèi)電流通過R₁產(chǎn)生的熱量：Q=I²Rt=（2A）²×5Ω×10s=200J．
故答案為：（1）玻璃管內(nèi)液柱高度；（2）甲和乙；（3）乙；（4）電流；200J．

點(diǎn)評 本題綜合考查了“探究導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與什么因素有關(guān)”實(shí)驗(yàn)，考查了控制變量法的解題思想以及焦耳定律公式的靈活應(yīng)用，是中考的熱點(diǎn)題型．