Question

7．为了探究电流产生的热量跟什么因素有关系，王军设计了如图1所示的甲、乙两装置．他将两段阻值不同的电阻丝（R₁＜R₂）分别密封在两个完全相同的烧杯中，并通过短玻璃管与相同的气球相连，两次实验电源电压不变．

（l）甲装置可探究电流产生的热量与电阻是否有关．
（2）在这个实验中，电流产生热量的多少是通过气球胀的程度大小（或气球的形变大小）体现出来的，像这种用能直接观测的量来显示不易直接观测的量的方法叫“转换法”．这种方法在物理学的研究中经常用到，请你列举一列用吸引大头针个数多少观察电磁铁磁性强弱．
（3）在装置甲、乙的两次实验中，比较相同时间里气球A与C体积变化情况可探究电流产生的热量与电流有关．
（4）若甲、乙两装置同时实验，在相同的通电时间里，A、B、C、D四个气球胀大的程度从大到小的排列顺序是C、D、B、A．这一步是定性实验（填“定性”或“定量”）．
（5）教材上的该实验装置如图2所示（烧瓶与图l中的相同）．比较图1和图2所示的两个实验，你认为较好的是图图2装置，理由是：用温度计能较准确地测出煤油的温度变化，便于定量研究．

Answer 1

分析 电流通过导体产生的热量跟电流、电阻大小和通电时间均有关，因此在分析电流通过导体产热多少时应用控制变量法．在电流、通电时间相等时，电阻越大产生的热量越多；在电流、电阻一定时，通电时间越长产生的热量越多；在电阻、通电时间一定时，电流越大产生的热量越多．

解答 解：（1）R₁、R₂串联，通过它们的电流相等，当电流和通电时间相等时，电阻越大产生的热量越多．
（2）加热过程中液体的温度不断升高，气体压强增大，气球会膨胀起来，因此实验中通过气球胀的程度大小来判断产生热量的多少，
这也是物理中常用的一种方法--转换法．例如：a、研究声音是由振动产生时，用乒乓球的振动显示音叉的振动．
b、研究分子运动时，用固体、液体、气体的扩散推测分子的热运动．c、用吸引大头针个数多少观察电磁铁磁性强弱．
（3）甲装置中R₁、R₂串联，乙装置中R₁、R₂并联，电源电压不变，I_A=$\frac{U}{{R}_{1}+{R}_{2}}$，I_C=$\frac{U}{{R}_{C}}$，因此I_C＞I_A，由焦耳定律可知，当电阻和通电时间相同时，通过的电流越大，电流通过导体产生的热量就越大．
（4）乙装置中R₁、R₂并联，电源电压不变，时间相同时，根据Q=$\frac{{U}^{2}}{R}$t可知，电阻越小产生的热量越多，因此P_C＞P_D．
甲装置中R₁、R₂串联，通过R₁、R₂的电流相同，时间相同时，根据Q=I²Rt可知，电阻越大产生的热量越多，因此P_B＞P_A．
由（3）分析可知I_D＞I_B，由焦耳定律可知，电阻和通电时间相同时，通过的电流越大，电流通过导体产生的热量就越大．因此P_D＞P_B．
（5）用温度计能较准确地测出煤油的温度变化，便于定量研究，因此图2装置更好一些．
故答案为：
（1）电阻；
（2）气球胀的程度大小（或气球的形变大小）；
用吸引大头针个数多少观察电磁铁磁性强弱
（3）电流；
（4）C、D、B、A；定性；
（5）图2，用温度计能较准确地测出煤油的温度变化，便于定量研究．

点评 此题通过实验探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，考查了学生对控制变量法的应用以及掌握一种常用的物理研究方法--转换法．