Question

小明用如图甲所示的实验器材探究焦耳定律：在质量相同的两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，甲烧瓶中的金属丝是铜丝，电阻比较小，乙烧瓶中的金属丝是镍铬合金丝，电阻比较大．温度计显示煤油的温度．
（1）电路中将两金属丝串联的目的是

控制电流相等

．闭合开关后，观察到乙烧瓶中温度计的示数升高快．这表明：

在电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多

．
（2）在探究电热与电流大小的关系时，可以通过

移动滑片

来改变电流的大小，通电相同时间，观察比较

同一根电阻丝

（选填“不同的电阻丝”或“同一根电阻丝”）所在瓶中煤油温度的变化．
（3）小聪觉得以上的实验操作太繁，为此他设计了如图乙所示的电路（三个瓶中装有质量相同的煤油，三个金属丝电阻大小关系是：R_甲=R_丙＞R_乙），这样只要连接一次电路就能完成实验探究．在小聪的设计中，探究电热的多少与电流的关系，应该对比

甲丙

两个烧瓶中的煤油上升的温度，探究电热的多少与电阻的关系，应该对比

甲乙

两个烧瓶中的煤油上升的温度．若闭合开关通电一段时间后，三个瓶中煤油的温度从高到低依次是

丙甲乙

．
（4）在他们俩设计的实验中都运用了

控制变量法（或转换法）

的物理研究方法（至少写出一个）．

Answer 1

分析：（1）由Q=I²Rt可知，电流通过导体产生的热量与通过的电流、导体的电阻和通电时间有关，为了研究电流与导体电阻的关系，要控制通过的电流和通电时间不变．
（2）探究在通电时间相同时，电热跟电流的大小之间的关系时，可以保持金属丝的电阻不变，通过滑动变阻器改变电流的大小，观察瓶中煤油温度的变化．
（3）要比较电热与电流的关系应控制电阻相等，改变电流的大小；要比较电热与电阻的关系应控制电流相等，改变电阻的大小；再根据Q=I²Rt判断三个瓶中煤油的温度从高到低的顺序．
（4）本题利用了转换法，把电热的多少通过玻璃管中煤油上升的高度表现出来，为了探究电热的多少与电流或电阻的关系，采用了控制变量法．

解答：解：（1）根据串联电路各处的电流相等可知，将两根不同的电阻丝串联起来接入电路，主要是为了控制电流相同；
根据Q=I²Rt可知，闭合开关后，观察到乙烧瓶中温度计的示数升高快，这表明：在电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多．
（2）根据Q=I²Rt可知，探究在通电时间相同时，电热跟电流的大小之间的关系时，可以保持金属丝的电阻不变，通过移动滑片来改变电路中的电流，观察同一根电阻丝所在瓶中煤油温度的变化进行实验．
（3）由Q=I²Rt可得：要比较电热的多少与电流的关系，应使电阻相等，故应对比甲、丙两个烧瓶中的煤油上升的温度；
要比较电热与电阻的关系，应使电流相等，故应对比甲、乙两个烧瓶中的煤油上升的温度；
若闭合开关通电一段时间后，三个瓶中煤油的温度从高到低依次是：丙、甲、乙．
（4）在他们俩设计的实验中都运用了控制变量法（或转换法）的物理研究方法．
故答案为：（1）控制电流相等；在电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多；（2）移动滑片；同一根电阻丝；（3）甲丙；甲乙；丙甲乙；（4）控制变量法（或转换法）．

点评：本题通过焦耳定律的实验重点考查了学生对控制变量法、转化法的掌握和应用，以及学生分析实验现象得出结论的能力；控制变量法为物理实验中的常用方法，应重点掌握．