Question

3．物理兴趣小组的同学猜想电流通过导体产生的热量多少可能与电流大小、导体的电阻以及通电时间有关．为了验证猜想，设计了如图所示的实验装置：将一段电阻丝装在透明、密闭的空气盒中，用橡胶管将密闭的空气盒和装有红色液体的U形玻璃管相连（实验前，U形管内两侧液面是平等的）．请回答如下问题：
（1）将如图甲所示装置接入电路中，需要通过观察U形管中液面高度变化情况来判断电流产生的热量多少．
（2）如图乙所示，左右两个同样的透明空气盒中密封着等量的空气，若按图示那样接到同一电源两端，在通电时间相同的情况下，可探究电流通过导题产生的热量与电流的关系．
（3）有的同学说：“只要将图乙中接在右边的空气盒外部的那个5Ω电阻丝去掉，其他两个电阻丝连接位置不动，在通电时间相同的情况下，可探究电流通过导体产生的热量与另一个因素的关系．”请你回答，该同学的上述做法是否可行？

Answer 1

分析 （1）本实验中，电流通过电阻丝产生热量，被空气吸收，空气的温度升高；是通过U形管中液面高度变化情况反应电流产生热量的多少；电流产生的热量越多、空气吸收的热量越多、液面高度变化越大；
（2）并联电路干路电流等于各支路电流之和，所以干路电流大于支路电流，据此分析乙图中两容器内电流的大小关系，运用控制变量法分析解答；
（3）控制变量法就是每一次只改变其中的某一个变量，而控制其余几个变量不变，从而研究被改变的这个变量对事物影响，分别加以研究，最后再综合解决．

解答 解：（1）本实验是通过观察U形管中液面高度变化情况来判断电流产生的热量的多少，液面高度变化越大，电流产生的热量越多；
（2）在乙图中，右则容器的外部，将一个电阻和这个容器内的电阻并联，这样使左容器中的电阻在干路，右容器中的电阻在支路，干路电流大于支路电流，所以左则容器中电阻的电流大于右则容器中电阻的电流；在通电时间相同的情况下，可探究电流通过导题产生的热量与电流的关系；
（3）将图乙中接在右边的空气盒外部的那个5Ω电阻丝去掉，其他两个电阻丝连接位置不动，则两个盒内电阻相等；在通电时间相同的情况下，电阻放出的热量相同，U形管中液面高度变化情况相同，无法探究电流通过导体产生的热量与另一个因素的关系，所以不可行．
故答案为：（1）U形管中液面高度变化情况；（2）电流；（3）不可行．

点评 本题主要考查了学生对焦耳定律探究实验、串并联电路电流关系的了解和掌握；正确理解和合理运用控制变量法是解答此题的关键．