Question

5．明琪和锦程分别用如图所示的装置，探究电流相同时，电流所产生的热量与电阻的关系，他们将两段阻值不同的金属丝（R₁＜R₂）分别绕在钉子的尖端密封在玻璃瓶内，并插入一带有红色液柱的玻璃管．
（1）此实验通过玻璃管中液柱上升的高度（或速度）比较放出热量的多少．
（2）明琪和锦程的实验方案中有一个是错误的，请你说明谁的方案错误及其错误原因是什么？锦程的方案错误，因为此实验研究电流产生的热量与电阻大小的关系，需控制电流及通电时间分别相等，锦程所设计的电路是并联的达不到控制电流相等的目的．
（3）开关闭合后，正确的实验方案中观察到的现象是：明琪方案中在相等的时间内右瓶中玻璃管液柱上升的高；结论是在相等时间内，电流相同时，电阻较大的导体比电阻较小的导体产生的热量多．

Answer 1

分析 （1）由题意及实验的原理图可知当瓶中电阻丝发热后会使气体膨胀，会使细玻璃管中的液柱上升，根据液柱上升的情况可得出电流产生热量的多少；
（2）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．由锦程的方案可知两电阻并联，而左瓶与右瓶电阻不相等，两瓶中的电流不同，没有控制变量．
（3）由可知，两电阻串联，则可知电路中电流一定相等，由焦耳定律可知两瓶中产生的热量应与电阻有关，故可探究电流产生的热量与电阻的关系．

解答 解：（1）当电阻丝通电后，电流产生热量使瓶中温度升高，从而使气体膨胀，根据细玻璃管中的液柱上升的高度可知电流产生热量的多少；转换法是将不易观察的现象转换成较明显的物理现象；
（2）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．锦程的方案错误，因为此实验研究电流产生的热量与电阻大小的关系，需控制电流及通电时间分别相等，锦程所设计的电路是并联的达不到控制电流相等的目的；
（3）开关闭合后，正确的实验方案中观察到的现象是：明琪方案中在相等的时间内右瓶中玻璃管液柱上升的高；由此可以得到结论：在相等时间内，电流相同时，电阻较大的导体比电阻较小的导体产生的热量多．
故答案为：
（1）玻璃管中液柱上升的高度；
（2）锦程的方案错误，因为此实验研究电流产生的热量与电阻大小的关系，需控制电流及通电时间分别相等，锦程所设计的电路是并联的达不到控制电流相等的目的；
（3）明琪方案中在相等的时间内右瓶中玻璃管液柱上升的高；
在相等时间内，电流相同时，电阻较大的导体比电阻较小的导体产生的热量多．

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．