Question

4．在做“電流通過導體時產(chǎn)生的熱量與什么因素有關”的實驗時，采用了如圖所示的實驗裝置，兩個透明的容器中密封著等量的空氣，U型管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化．
（1）實驗中通過觀察U型管中液面高度的變化來比較電流通過電阻產(chǎn)生熱量的多少．
（2）圖甲中通過把兩電阻絲串聯(lián)起來的方式來控制電流和通電時間相同．通電一段時間，發(fā)現(xiàn)B玻璃管內(nèi)液面上升較高，這表明：在電流和通電時間相同的情況下，導體的電阻越大，導體產(chǎn)生的熱量越多．
（3）采用圖乙實驗裝置，通電相同時間，發(fā)現(xiàn)A玻璃管液面上升較高，這表明：在電阻和通電時間相同的情況下，通過導體的電流越大，導體產(chǎn)生的熱量越多．
（4）該實驗用到的研究物理問題的方法有控制變量法和轉換法．

Answer 1

分析 （1）電流通過導體產(chǎn)生熱量的多少不能直接觀察，但液體溫度的變化可以通過液面高度差的變化來反映，這種研究方法叫轉換法；
（2）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；
（3）探究電流產(chǎn)生熱量跟電流關系時，控制電流和通電時間不變；
（4）根據(jù)控制變量法的定義分析．

解答 解：（1）電流通過導體產(chǎn)生熱量的多少不能直接觀察，但液體溫度的變化可以通過液面高度差的變化來反映，這種研究方法叫轉換法；
（2）將容器中的電阻絲串聯(lián)起來接到電源兩端，通過它們的電流I與通電時間t相同，左邊容器中的電阻小于右邊容器中的電阻，由Q=I²Rt可知，右邊容器中的電阻產(chǎn)生的熱量多，溫度升得較快，這表明：在相同時間內(nèi)，電流相同的情況下，電阻越大，電流通過導體時產(chǎn)生的熱量越多；
（3）裝置中一個5Ω的電阻與兩個5Ω的電阻并聯(lián)后再串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點可知，右端兩個電阻的總電流和左端的電阻電流相等，即I_右=I_左，兩個5Ω的電阻并聯(lián)，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點知I_右=I₁+I₂，兩電阻阻值相等，則支路中電流相等，I₁=I₂，所以右邊容器中的通過電阻的電流是左側通過電流的一半，由Q=I²Rt可知，左邊容器中的電阻產(chǎn)生的熱量多，溫度升得較快；
這表明：在相同時間內(nèi)，電阻相同，電流越大，通過導體時產(chǎn)生的熱量越多；
（4）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)生熱量跟電流關系時，控制通電時間和電壓不變，因此需要電阻并聯(lián)．
故答案為：（1）液面高度；（2）串；電阻；（3）電流；（4）控制變量．

點評 此題主要考查的是學生對“電流通過導體產(chǎn)生的熱量與電阻的關系”實驗的理解和掌握，注意控制變量法和轉換法的運用，同時考查了學生對焦耳定律變形公式的理解和掌握，難度較大．