Question

6．（白云考生專用）小紅和小明分別利用如圖所示的裝置進(jìn)行“電流一定時，電流產(chǎn)生的熱量與電阻關(guān)系”的探究 實(shí)驗(yàn)．他們分別將兩段阻值不同的電阻絲（R₁＜R₂）密封在完全相同的燒瓶中，并通過短玻璃管與氣球相連
（他們所用的各種同類器材性能相同）．問：
（1）實(shí)驗(yàn)中，電流產(chǎn)生熱量的多少是通過氣球體積的變化體現(xiàn)出來的．
（2）他們同時開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，小紅的方案觀察到的現(xiàn)象是b（選填“a”、“b”）氣球先鼓起來；小 明的方案觀察到的現(xiàn)象是c（選填“c”、“d”）氣球先鼓起來；經(jīng)過相同時間，c（選 填、“a”、“b”、“c”、“d”）的體積最大．
（3）小紅和小明的實(shí)驗(yàn)方案中，小明的實(shí)驗(yàn)方案是錯誤的，其原因是沒有控制兩電阻中的電流相同．
（4）若實(shí)驗(yàn)中以溫度計代替氣球，你認(rèn)為好不好？為什么？通過氣體的熱脹冷縮，氣球能更直觀熱量的多少，但不能測出準(zhǔn)確的溫度；溫度計能準(zhǔn)確測出溫度的變化值，更適用于液體溫度變化的測量，各有優(yōu)缺點(diǎn)．

Answer 1

分析 （1）電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少不能直接觀察，此題通過氣體的熱脹冷縮的程度來判斷產(chǎn)生熱量的多少，氣體熱脹冷縮的程度通過氣球的膨脹程度來判斷，這種研究方法叫轉(zhuǎn)化法．
（2）電流產(chǎn)生的熱量跟電流大小、電阻大小、通電時間有關(guān)，據(jù)電路的實(shí)際情況分析即可判斷．
（3）探究電流產(chǎn)生熱量跟電阻關(guān)系時，控制通電時間和電流不變；據(jù)此分析即可判斷
（4）氣體的熱脹冷縮明顯，用氣球更能直觀反映實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但溫度計能準(zhǔn)確反應(yīng)溫度變化，適用于液體，各有優(yōu)缺點(diǎn)

解答 解：（1）由于電熱不易比較，所以從該實(shí)驗(yàn)中可以看出，電流產(chǎn)生熱量的多少是通過氣球膨脹體積大小來判斷的，這種方法稱為轉(zhuǎn)換法；
（2）小紅的方案中，兩電阻絲串聯(lián)，R₁＜R₂，I₁=I₂，通電時間t相同，因?yàn)镼=I²Rt，所以電流產(chǎn)生的熱量：Q_a＜Q_b，故b氣球先鼓起來；
小明的方案中，兩電阻絲并聯(lián)，R₁＜R₂，U₁=U₂，通電時間t相同，因?yàn)镼=I²Rt=$\frac{{U}^{2}}{R}•t$，所以電流產(chǎn)生的熱量：Q_c＞Q_d，故c氣球先鼓起來；
由于串聯(lián)起分壓作用，因此串聯(lián)電路中R₁、R₂兩端電壓都小于電源電壓，故由Q═$\frac{{U}^{2}}{R}•t$可知，Q_c＞Q_a，Q_d＞Q_b，故Q_c＞Q_d＞Q_b＞Q_a，因此a、b、c、d四個氣球經(jīng)過相同時間c的體積最大；
（3）小明的方案中，兩電阻的電流不同，所以無法探究電流和時間一定時，電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系；因此小明采用的方案是錯誤的；原因是他采取的是R₁與R₂的并聯(lián)電路，沒有控制通過兩個不同電阻絲的電流相同；
（4）本題通過氣體的熱脹冷縮反映熱量的多少，故氣球更直觀，但如果用溫度計能準(zhǔn)確測出溫度的變化值，更適用于液體溫度變化的測量．各有優(yōu)缺點(diǎn)．
故答案為：（1）氣球體積的變化；（2）b；c；c；（3）小明；沒有控制兩電阻中的電流相同；
（4）通過氣體的熱脹冷縮，氣球能更直觀熱量的多少，但不能測出準(zhǔn)確的溫度；溫度計能準(zhǔn)確測出溫度的變化值，更適用于液體溫度變化的測量，各有優(yōu)缺點(diǎn)．

點(diǎn)評 此題通過實(shí)驗(yàn)探究電流通過導(dǎo)體與電阻的關(guān)系，考查了學(xué)生對控制變量法的應(yīng)用．并運(yùn)用了轉(zhuǎn)換法來判斷產(chǎn)生熱量的多少，用氣球判斷氣體的膨脹程度，效果更明顯