Question

5．某同学组装了如图所示的实验装置来研究电流的热效应，其中甲、乙为两个完全相同的密闭容器，a、b、c为每根阻值均为5Ω的电阻丝．
（1）该同学设计此实验装置的目的主要是探究下列哪一种关系C
A．电阻产生的热量与通电时间的关系
B．电阻产生的热量与电阻大小的关系
C．电阻产生的热量与通过该电阻的电流的关系
（2）a，b两根电阻丝在相等的时间内产生的热量之比为Q_a：Q_b=4：1
（3）若将C电阻丝换成10Ω的电阻丝．则此时a、b两根电阻丝在相等的时间内产生的热量之比为Q'_a：Q'_b=9：4
（4）若接通电路后U形管内A内的液面高度差明显变大，而U形管B的液面高度差没有变化，则出现此现象的原因可能是BD（可多选）
A．a电阻丝断路    B．b电阻丝断路    C．c电阻丝断路    D．c电阻丝短路．

Answer 1

分析 （1）探究电流产生热量跟电流关系时，控制电阻和通电时间相同；
（2）根据Q=I²Rt可求得两根电阻丝在相等的时间内产生的热量之比；
（3）若将C电阻丝换成10Ω的电阻丝．则此时右边两电阻的电流之比为1：2，则左边电流为3I，由此可计算a、b两根电阻丝在相等的时间内产生的热量之比；
（4）根据abc电阻丝断路、短路分析即可．

解答 解：（1）图中装置中一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，
根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，即I_右=I_左，
两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知I_右=I_内+I_外，
所以，I_左＞I_内，烧瓶内的电阻值都是5Ω，阻值相等，通电时间相等，电流不同，运用控制变量法，电阻产生的热量与通过该电阻的电流的关系；
（2）根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，
即I_a=2I_b，
则a，b两根电阻丝在相等的时间内产生的热量之比$\frac{{Q}_{a}}{{Q}_{b}}$=$\frac{{I}_{a}^{2}Rt}{{I}_{b}^{2}Rt}$=$\frac{{I}_{a}^{2}}{{I}_{b}^{2}}$=$\frac{4}{1}$；
（3）若将C电阻丝换成10Ω的电阻丝．根据I=$\frac{U}{R}$可得，此时右边两电阻的电流之比为1：2，
则左边电流为3I，
则此时a、b两根电阻丝在相等的时间内产生的热量之比$\frac{{Q}_{a}^{′}}{{Q}_{b}^{′}}$=$\frac{{I}_{a}^{′2}Rt}{{I}_{b}^{′2}Rt}$=$\frac{{（3I）}^{2}}{（2I）^{2}}$=$\frac{9}{4}$；
（4）A、若a电阻丝断路就不会发热，接通电路后U形管内A内的液面高度差不会明显变大，故A不符合题意；
B、若b电阻丝断路，电流可以经过c电阻丝，但c在容器外部，故液体不发热，故可能出现U形管内A内的液面高度差明显变大，而U形管B的液面高度差没有变化；故B符合题意；
C、若c电阻丝断路，电路中电流可以经过b电阻丝，因此电流中有电流，b在容器内部，故液体发热，U形管内A内的液面高度差明显变大，而U形管B的液面高度差有变化，故C不符合题意；
D、若c电阻丝短路．相当于右边部分短路，相当于没有给容器中的液体加热，会出现U形管B的液面高度差没有变化，故D符合题意．
故答案为：（1）C；（2）4：1；（3）9：4；（4）BD．

点评 本题考查了学生对焦耳定律的认识，注重了探究实验的考查，同时在该实验中利用了控制变量法和转换法，是中考物理常见题型．