Question

在探究“導體產生的熱量與導體兩端的電壓、電阻和通電時間關系”的實驗中，實驗裝置如圖所示，兩燒瓶A、B中煤油質量相等，兩只溫度計的示數相同，電阻絲的阻值R₁＞R₂．
（1）在這個實驗中，電流產生熱量的多少是通過

溫度計示數的變化

體現出來的．實驗中采用這種電路連接方式的目的是

控制電阻絲兩端的電壓相等

．
（2）燒瓶中不裝水而裝煤油，是因為水的比熱容較

大

．開關接在干路上，是為了控制

通電時間

相同．
（3）閉合開關后，發現B中溫度計的示數上升較快，則B中電阻絲放出的熱量比A中放出的熱量

多

，由此得出的實驗結論是

在導體兩端的電壓和通電時間相同時，導體的電阻越大，導體產生的熱量越少

．
（4）實驗中有同學提議利用該裝置“比較水和煤油的吸熱能力”，則他們應將其中的一個燒瓶中的煤油換成

質量

相等的水，并使A、B兩燒瓶中金屬絲的電阻

相等

．
（5）若B瓶中的溫度計示數變化了10℃，電阻絲R₂消耗了3.15×10^-3kW?h的電能，則燒瓶中煤油的質量是

0.54kg

．[已知c_煤油=2.1×10³J/（kg?℃），不計熱損失]．

Answer 1

分析：（1）電流通過電阻絲做功，消耗電能轉化為內能，產生的熱量被煤油吸收，煤油吸收熱量的多少我們直接看不到，但煤油吸收熱量溫度升高，本實驗是通過溫度計的示數變化反應電流產生的熱量多少（轉換法）；實驗中將兩電阻并聯，是為了讓兩電阻兩端的電壓相同；
（2）為了便于觀察實驗現象，溫度變化越明顯越好，應從煤油和水兩者的物理特性進行選擇；為了控制R₁和R₂通電時間的相同，將開關接在干路；
（3）實驗時，電流通過電阻絲做功，消耗電能轉化為內能，產生的熱量，被煤油吸收，煤油吸收熱量溫度升高；通過溫度計的示數變化反應電流產生的熱量多少，哪個溫度上升得快哪個放出的熱量就多．由題目可知“兩燒瓶A、B中煤油質量相等”“導體兩端的電壓和通電時間相同”，只有電阻阻值的大小影響了導體產生熱量的多少．
（4）由吸熱公式Q_吸=cm△t可知，要比較水和煤油的比熱容大小，應讓兩瓶中水和煤油的質量m相等、吸收的熱量相等（加熱時間相等），通過比較它們升高的溫度大小關系，得出比熱容的大小關系；
（5）根據消耗的電能可知產生的熱量，利用公式Q=cm△t可求煤油的質量．

解答：解：（1）通電后電流通過電阻絲做功，產生熱量被煤油吸收，使煤油的溫度升高，通過觀察溫度計的示數變化來判斷電流產生的熱量的多少；實驗中采用并聯方式，是為了控制電阻絲兩端的電壓相等；
（2）因煤油比水具有較小的比熱容，故用煤油比用水更容易看出溫度的變化；為了能更準確地控制R₁和R₂通電時間的相同，將開關接在干路上；
（3）通電后電流通過電阻絲做功，產生熱量使煤油的溫度升高，通過觀察溫度計的示數大小來判斷電流產生的熱量的多少，發現B中溫度計的示數上升較快．則說明B中電阻絲放出的熱量比A中放出的熱量多；
由題目可知“導體兩端的電壓和通電時間相同”，只有電阻絲的阻值R₁＞R₂．所以可得出結論：當導體兩端的電壓和通電時間相同時，導體電阻越大，導體產生的熱量越少．
（4）要比較水和煤油的比熱容，則應讓水和煤油的質量相等、吸收的熱量（加熱時間）相等，由溫度的變化大小得出比熱容的大小關系；故用相同質量的水代替煤油，兩瓶中都有相同阻值相同的電阻絲，電阻相等；
（5）消耗的電能全部轉化為內能，Q=W=3.15×10^-3kW?h=1.134×10⁴J，
煤油的質量：
m=

Q

c△t

=

1.134×104J

2.1×103J/(kg?℃)×10℃

=0.54kg．
故答案為：（1）溫度計示數的變化；控制電阻絲兩端的電壓相等；
（2）大；通電時間；
（3）多；在導體兩端的電壓和通電時間相同時，導體的電阻越大，導體產生的熱量越少；
（4）質量；相等；
（5）0.54kg．

點評：本題考查焦耳定律公式和吸熱公式的應用以及比熱容的有關問題，要知道并聯電路的電壓相等的規律，解題過程中還要注意單位的換算1kW?h=3.6×10⁶J．