Question

8．为了探究“电流产生的热量与哪些因素有关”，某实验小组制定了三步探究方案，下表记录了他们探究过程中收集到的各种信息（其中部分格子内画有横线，但不影响解题）．

探究步骤序号	电阻 R甲/Ω	电阻 R乙/Ω	电流 I甲/A	电流 I乙/A	通电时间t甲/min	通电时间t乙/min	液注甲上升情况	液注乙上升情况
1	10	5	0.5	0.5	10	10	高	低
2	10	5	1	-	10	10	较高	-
3	10	5	1	-	11	11	最高	-

请完成下列填空：
（1）在实验前，该小组通过分析排除次要因素，最后猜想锁定：电流产生的热量只跟三个因素有关．
（2）把相关的实验数据和现象填在表中的四个空格中．
（3）如图是步骤1的结束状态，现要完成步骤2，首先要等两玻璃管中的液体降回（填“升高”或“降回”）到原来的高度，然后闭合开关，再调节滑动变阻器的滑片向左（填“左”或“右”）移动，使电流表的指针指在1A的刻度线上．
（4）通过对第2、3两步实验的分析比较，得出的结论是在电阻和电流相同情况下，通电时间越长，电流产生的热量越多．

Answer 1

分析 （1）根据焦耳定律的内容即可知道影响电流产生的热量与哪些因素有关；
（2）根据串联电路的电流特点可求出通过电阻R_乙的电流；
在电流和通电时间一定时，电阻越大，电流产生的电热越多，液柱上升的越高，分析比较可得出液柱乙的上升情况；
研究电流产生的热量跟电流的关系的实验中，应改变电流的大小，设法保持电阻和时间一定，与第1步实验比较得出第2步通过时间；
（3）电流通过导体产生热量的多少，我们通过肉眼直接观察看不到其多少，在此应用了转换法，把电流通过导体产生热量的多少液柱上升的高度来反映，
所以每一步都要保持原来液柱的高度相同；
根据表中电流的变化来确定电路中电阻的变化，进而知道滑动变阻器滑片的移动方向；
根据表格中电流的大小可得出电流表指针所指刻度线的位置；
（4）电热跟电流、通电时间、电阻有关．
在电流和通电时间一定时，电阻越大，产生的电热越多；
在电流和电阻一定时，通电时间越长，产生的电热越多；
在电阻和通电时间一定时，电流越大，产生的电热越多；据此分析得出结论．

解答 解：（1）由焦耳定律可知，电流通过导体产生的热量与导体的电阻、通过导体的电流和通电时间有关，故电流产生的热量只跟三个因素有关．
（2）通电后电流通过电阻丝产生的热量使液体的温度升高，体积膨胀，液柱上升越高，体积膨胀越多，电流产生的电热越多．
由图可知，两个电阻R_甲和R_乙串联在电路中，因为串联电路中的各处电流都相等，
所以通过电阻R_乙的电流I_乙=I_甲=0.5A．
在电流和通电时间相等的情况下，电阻R_甲大，电流产生的电热多，甲瓶中液体膨胀多，液柱甲上升的高；
故在电流和通电时间相等的情况下，电阻R_乙小，电流产生的电热少，乙瓶中液体膨胀少，液柱乙上升的低．
对于甲瓶中的R_甲来讲，前后两次实验电阻相同，通电时间相同，电流越大，煤油膨胀的越多，液柱上升的越高；
通过对第1、2两步实验的分析比较，第2步和第1步的通电时间应该相等，即t_甲2=t_甲1=10min．
又因为两电阻串联在电路中，所以第2步通过两电阻的时间相等，即t_乙2=t_甲2=10min．
（3）由表中数据可知，步骤2是研究电流产生的热量跟电流的关系的实验，应设法保持电阻和时间一定，改变电流的大小，
然后观察液柱上升的高度与步骤1进行比较，所以首先要等两玻璃管中的液体降回到原来的高度．
闭合开关，由表中数据可以看出，要使电路中的电流增大，应使滑动变阻器接入电路中的阻值变小，故应调节滑动变阻器的滑片向左移动，
使电流表的指针指在1A的刻度线上．
（4）对于甲瓶中的R_甲来讲，第2、3两步实验电阻相同，通过的电流相同，通电时间越长，煤油膨胀的越多，液柱上升的越高，产生的热量越多；
故可得出的结论是在电阻和电流相同情况下，通电时间越长，电流产生的热量越多．
故答案为：（1）三；
（2）0.5；低；10；10；
（3）降回；左；1；
（4）在电阻和电流相同情况下，通电时间越长．

点评 本题考查了学生对焦耳定律的认识，注重了对实验探究过程的考查，同学们要学会根据现象总结结论，并且把所学的物理知识在生活中加以应用．