Question

李明同学为了探究“消耗电能多少与电压和电流大小的关系”，他用“控制变量法”设计了两个实验，实验中用到的仪器有：蓄电池、开关、滑动变阻器、两个电压表、两个电流表、两个相同的烧瓶中装满煤油，瓶中各装一根阻值不相等的电阻丝R₁、R₂，且R₁＞R₂，瓶塞中插一根两端开口的细玻璃管．
实验1：装置和电路如图1（a）、（b）所示．实验中通过观察细玻璃管中煤油上升的高度来判断烧瓶中煤油温度的变化量，其依据是：

 

；用煤油温度的变化量来判断消耗电能多少，其依据是

 

．因此，细管中煤油上升的高度可作为判断消耗电能多少的依据．该实验是在通电时间相同的情况下，保持了

 

不变，研究

 

与

 

大小的关系．

实验2：探究“消耗电能多少与电流大小的关系”．李明同学在实验1用到的仪器中，去掉了两电压表V₁、V₂，改用两电流表A₁、A₂，并且改变了实验电路的连接．请你根据实验目的，在图2所示虚线框中画出他在实验中所采用的电路图．

Answer 1

分析：（1）物体吸热后，温度升高，根据热胀冷缩可知物体的体积会变大；消耗电能的多少，我们是看不出来的，可以通过转换法来说明消耗热量的多少；
探究“消耗电能多少与电压和电流大小的关系”，在通电时间相同的情况下，应该采用控制变量法，控制电流不变，研究消耗电能的多少和电压的关系；
（2）探究“消耗电能多少与电流大小的关系”，应该采用控制变量法，控制电压不变，研究消耗电能的多少和电流大小的关系．

解答：解：（1）煤油吸热后，温度升高，根据热胀冷缩可知煤油的体积会变大，所以实验中通过观察细玻璃管中煤油上升的高度来判断烧瓶中煤油温度的变化量；
根据电流的热效应可知，电流通过导体时会向外放出热量，煤油吸热后温度会升高，且放出的热量越多，煤油的温度升高的越高，说明消耗的电能越多；
如图1所示的实验，两电阻串联，控制电流相同，研究消耗电能的多少和电压的关系；
（2）探究“消耗电能多少与电流大小的关系”，应该采用控制变量法，控制电压不变，研究消耗电能的多少和电流大小的关系，即两电阻丝并联，分别给两电阻丝串联一电流表测量通过电流的大小，如下图：

故答案为：煤油热胀冷缩；电流的热效应，煤油温度升得越高说明煤油吸热越多，则消耗的电能越多；电流；消耗电能的多少；电压；电路图如上图．

点评：本题考查了学生对探究“消耗电能多少与电压和电流大小的关系”实验理解和应用，掌握控制变量法和转换法的应用是解决此题的关键．