Question

14．为了探究影响电热的因素，小伟设计了如图甲所示电路，烧瓶中盛有质量、初温均相等的煤油．R_甲＞R_乙．

（1）为了在较短的时间内达到明显的实验效果，选用煤油而不用水，是因为煤油的比热容比水小．（选填“大”或“小”）．
（2）通电一段时间后，比较两烧瓶中温度计的示数，是为了探究电热与电阻的关系，探究后得出的结论是在电流和通电时间相同时，导体电阻越大，产生的热量越多．
（3）在这个实验中电流产生的热最多少是通过观察温度计示数的变化来体现的，这种方法叫转换法，在我们初中物理中学习中还用到过这种方法，请举一例；研究声音是由振动产生的时，将发声的音叉放入水中，激起水花．
（4）将此装置改装后可测量煤油的比热容，如图乙所示，测量时，分别向两个相同的烧瓶中加入初温均为t₀、质量相等的水和煤油，同时通电一段时间后，分别读出温度计的示数为t_水、t_煤油，请写出煤油比热容的表达式c_煤油=$\frac{{t}_{水}-{t}_{0}}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}$c_水（已知水的比热容为c_水）．

Answer 1

分析 （1）为了在较短的时间内达到明显的实验效果，即观察到的温度计示数变化大，则在同质量吸收相同热量的条件下，比热容小的液体温度变化大；
（2）由图知，两个电阻是串联的，电流相等，通电时间相等，电阻不同，所以实验目的是探究在电流和通电时间一定时，电热跟电阻的关系；
使用相同质量的煤油，通电一定时间后，甲瓶中的温度计示数升高的快，说明甲瓶中的煤油吸收的热量多，即甲瓶中的电热丝产生的热量多；
（3）实验中通过温度计示数的变化来测量产生热量的多少，这种方法是转换法，例如探究声音的产生时，将微小振动放大来说明声音产生的条件．
（4）已知两个相同的烧瓶中加入初温均为t₀、质量相等的水和煤油，通电一段时间，因为电热丝的阻值、电流通电时间都相同，所以煤油和水获得的热量相同，据此列出等量关系式求解煤油的比热容．

解答 解：
（1）若将烧瓶中装有水，则由Q=cm△t可知：在相同质量的水和煤油中，吸收的相同的热量时，由于水的比热容大，温度升高的度数少，温度计的示数变化不明显；
（2）通电一段时间后，比较两烧瓶中温度计的示数，是为了探究电热与电阻的关系，将该电路设计成串联的目的是使通过R_甲、R_乙的电流和通电时间都相同；
综合实验过程，使用相同质量与初温都相同的煤油，在电流和通电时间相同的前提下，甲瓶中的温度计示数升高的快，说明甲瓶中的煤油吸收的热量多，即甲瓶中的电热丝产生的热量多．所以可得出的结论是：在电流和通电时间相同时，导体电阻越大，产生的热量越多．
（3）实验中通过温度计升高的示数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．例如研究声音是由振动产生的时，将发声的音叉放入水中，激起水花；
（4）在图乙中，两只烧瓶中的电热丝阻值相同，通过的电流相同，通电时间相同，所以水和煤油得到的热量相同，即：
Q_水=Q_煤油
c_水m（t_水-t₀）=c_煤油m（t_煤油-t₀）
所以煤油的比热容为c_煤油=$\frac{{t}_{水}-{t}_{0}}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}$c_水．
故答案为：
（1）小；
（2）电阻；在电流和通电时间相同时，导体电阻越大，产生的热量越多；
（3）研究声音是由振动产生的时，将发声的音叉放入水中，激起水花；
（4）$\frac{{t}_{水}-{t}_{0}}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}$c_水．

点评 采用控制变量法和转换法是探究实验常用的方法，本实验可通过控制电流、通电时间不变，只改变电阻，然后通过温度计示数的变化比较热量的变化．