Question

14．在如圖甲所示的裝置中，甲、乙是兩個(gè)完全相同的密閉容器，密閉容器中兩個(gè)阻值分別為5Ω和10Ω的電阻組成一個(gè)串聯(lián)電路，閉合開(kāi)關(guān)前，兩U形管內(nèi)液面相平，用這套裝置完成“談及電熱的大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)．
（1）如圖甲通電后，若要比較電阻絲產(chǎn)生熱量的多少，只需比較與之相連的U型管中液面的高度差．
（2）如圖甲，通電后通過(guò)對(duì)比觀察，相同時(shí)間內(nèi)右容器中導(dǎo)體的電阻產(chǎn)生的熱量較多，由此得到的結(jié)論在電流和通電時(shí)間相同的情況下，導(dǎo)體的電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多
（3）要探究電熱與電流的關(guān)系，須控制通電時(shí)間和電阻相同，請(qǐng)?jiān)谝覉D中用筆畫線完成電路的連接．
（4）另一實(shí)驗(yàn)小組用圖丙所示的裝置來(lái)完成本實(shí)驗(yàn)．圖中兩個(gè)密封的燒瓶?jī)?nèi)盛滿質(zhì)量和溫度都相同的煤油，瓶中插有溫度計(jì)，兩瓶煤油中都浸泡著一段電阻絲，燒瓶A中的金屬絲的電阻為5Ω，燒瓶B中的金屬絲的電阻為100Ω，為了在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到明顯的實(shí)驗(yàn)效果，該實(shí)驗(yàn)小組選用了煤油而不選用水，主要是由于煤油的比熱容小．要研究電熱的多少與電流的關(guān)系，丙圖需要增加電源、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線、還需器材是滑動(dòng)變阻器．
（5）將圖丙裝置改裝后可測(cè)量煤油的比熱容．方法是：分別向兩個(gè)相同的燒杯中（內(nèi)部電阻絲阻值相同）加入初溫均為t₀、質(zhì)量相等的水和煤油，通電一段時(shí)間后，分別讀出溫度計(jì)的示數(shù)為t_水、t_煤油，請(qǐng)寫出煤油比熱容的表達(dá)式c_煤油=$\frac{{t}_{水}-{t}_{0}}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}$•c_水（已知水的比熱容為c_水）

Answer 1

分析 （1）電流通過(guò)導(dǎo)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(guò)液面高度差的變化來(lái)反映；
（2）將容器中的電阻絲串聯(lián)起來(lái)接到電源兩端，通過(guò)兩電阻絲的電流和通電時(shí)間相同，根據(jù)焦耳定律Q=I²Rt進(jìn)行分析；
（3）根據(jù)焦耳定律Q=I²Rt進(jìn)行分析；實(shí)驗(yàn)裝置乙，兩個(gè)相同的電阻串聯(lián)在電路中，通電時(shí)間和電阻相同，當(dāng)給其中一個(gè)并聯(lián)一個(gè)電阻時(shí)，電阻的電流改變，探究電流產(chǎn)生熱量跟電流關(guān)系；
（4）在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到明顯的實(shí)驗(yàn)效果，即要求液體升溫較快，根據(jù)吸熱公式可知，應(yīng)選用比熱容小的液體；
（5）根據(jù)題意可知，在相同時(shí)間內(nèi)，相同的電阻串聯(lián)產(chǎn)生的熱量相等，即Q_煤吸=Q_水吸，根據(jù)吸熱公式可得到煤油的比熱容．

解答 解：（1）電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少不能直接觀察，實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)使兩個(gè)U形管中的液面高度相同，液體溫度的變化可以通過(guò)液面高度差的變化來(lái)反映；
（2）甲裝置中，將容器中的電阻絲串聯(lián)起來(lái)接到電源兩端，通過(guò)他們的電流I與通電時(shí)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：在電流和通電時(shí)間相同的情況下，導(dǎo)體的電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多；
（3）根據(jù)焦耳定律Q=I²Rt可知，探究電熱與電流關(guān)系，須控制通電時(shí)間和電阻相同；
使右側(cè)兩個(gè)5Ω電阻并聯(lián)，再與左側(cè)電阻串聯(lián)，開(kāi)關(guān)控制整個(gè)電路，如下圖所示：

（4）要在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到明顯的實(shí)驗(yàn)效果，即要求液體升溫較快；在吸收熱量相同、液體質(zhì)量相同時(shí)，根據(jù)Q_吸=cm△t可知，要液體升溫較快，應(yīng)選用比熱容較小的煤油；
要研究電熱的多少與電流的關(guān)系，需要改變電路中電流的大小，因此在不改變電路的情況下還需要的器材是滑動(dòng)變阻器；
（5）圖丙裝置中，兩電阻絲阻值相同，它們串聯(lián)電流相同，通電一段時(shí)間后，電流產(chǎn)生的熱量相同，則煤油和水吸收的熱量相同．
已知它們的質(zhì)量相同，設(shè)為m；
根據(jù)前面分析結(jié)合吸熱公式有：c_煤油m（t_煤油-t₀ ）=c_水m（t_水-t₀ ），
解得：c_煤油=$\frac{{t}_{水}-{t}_{0}}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}$•c_水．
故答案為：（1）液面高低變化；（2）右；在電流和通電時(shí)間相同的情況下，導(dǎo)體的電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多；（3）通電時(shí)間和電阻；（4）煤油的比熱容�。换瑒�(dòng)變阻器；（5）$\frac{{t}_{水}-{t}_{0}}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}$•c_水．

點(diǎn)評(píng) 此題考查了電流產(chǎn)生熱量的決定因素，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中滲透了轉(zhuǎn)換法和控制變量法的應(yīng)用，有一定的綜合性．