Question

8．小明和小華同學為了探究“電流通過導體產(chǎn)生的熱量與電阻的關系”，設計了如圖1所示的實驗電路．兩個燒瓶甲、乙中盛有質(zhì)量、初溫相等的煤油，其中R₁＜R₂．

（1）R₁與R₂采用串聯(lián)的連接方式，其目的是為了控制通電時間、電流相等．
（2）在相同時間內(nèi)，可通過觀察溫度計示數(shù)的變化來比較電流通過電熱絲產(chǎn)生的熱量多少．
（3）在通電時間相同時，兩燒瓶內(nèi)煤油上升較高的是乙瓶．由此可知，在通電時間相同，電流一定的情況下，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多．
（4）實驗過程中小明移動滑片，電流表的示數(shù)如圖2所示，其讀數(shù)為0.3A，若R₁=10Ω，則1min內(nèi)電流通過R₁所產(chǎn)生的熱量是54J．
（5）小華想改裝實驗裝置用來“測量煤油的比熱容大小”，則他們應將燒瓶甲中煤油換成與其質(zhì)量 （選填“質(zhì)量”或“體積”）相等的水，并將電熱絲R₁換成與R₂阻值相等的電熱絲．測量時，水和煤油的初溫均為t₀，通電一段時間后，水和煤油的末溫分別為t_水、t_煤油，請寫出煤油比熱容的表達式：c_煤油=$\frac{{c}_{水}（{t}_{水}-{t}_{0}）}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}$．（已知水的比熱容為c_水）

Answer 1

分析 （1）電流通過導體產(chǎn)生的熱量與電流和電阻有關，根據(jù)控制變量法分析電熱絲串聯(lián)的目的；
（2）電熱絲通電后產(chǎn)生熱量被煤油吸收，由此可知比較電流通過電熱絲產(chǎn)生熱量如何判斷的；
（3）由Q=I²Rt及Q=mc△t的變形公式可分析出哪個燒瓶溫度升高快；根據(jù)煤油溫度的升高的大小可知電阻產(chǎn)生的熱量多少，由Q=I²Rt可得出結(jié)論；
（4）根據(jù)電流量程和分度值讀出電流表示數(shù)，由Q=I²Rt計算1min內(nèi)電流通過R₁所產(chǎn)生的熱量；
（5）由吸熱公式Q_吸=cm△t可知，要比較水和煤油的比熱容大小，應讓兩瓶中水和煤油的質(zhì)量m相等、吸收的熱量相等（加熱時間相等），通過比較它們升高的溫度大小關系，得出比熱容的大小關系；通電相同的時間，水和煤油吸收相同的熱量，根據(jù)Q=cm（t-t₀）求出煤油的比熱

解答 解：
（1）探究電流通過導體產(chǎn)生的熱量與電阻的關系時，應控制通過電熱絲的電流和時間相等，串聯(lián)電路中電流處處相等，所以將R₁與R₂串聯(lián)在電路中；
（2）電熱絲放在燒瓶中，通電產(chǎn)生熱量被質(zhì)量、初溫相等的煤油吸收，產(chǎn)生熱量越多，煤油溫度升的越高，所以在相同時間內(nèi)，是通過觀察溫度計示數(shù)變化比較電流通過電熱絲產(chǎn)生熱量的，這里運用到的研究方法是轉(zhuǎn)換法；
（3）電阻R₁與R₂串聯(lián)，流過它們的電流I及通電時間t都相等，已知R₁＜R₂，
由Q=I²Rt知：Q₁＜Q₂，兩燒瓶中的煤油質(zhì)量m相等，煤油的比熱c相等，由△t=$\frac{Q}{cm}$可知：△t_甲＜△t_乙，所以乙燒瓶中煤油溫度上升較高；因為R₁＜R₂，Q₁＜Q₂，
由此可知，在通電時間相同，電流一定的情況下，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多；
（4）由圖2可知，電流表使用0-0.6A量程，分度值0.02A，電流表示數(shù)為0.3A，
所以1min內(nèi)電流通過R₁所產(chǎn)生的熱量：
Q₁=I²R₁t=（0.3A）²×10Ω×60s=54J；
（5）要比較水和煤油的比熱容，則應讓水和煤油的質(zhì)量相等、吸收的熱量（加熱時間）相等，由溫度的變化大小得出比熱容的大小關系，故用相同質(zhì)量的水代替煤油；
把電熱絲R₁換成與R₂阻值相同的電阻絲，電阻相等，在相同時間內(nèi)放出的熱量相同，所以水和煤油吸收的熱量相同；
因為Q_水=Q_煤油，所以c_水m（t_水-t₀）=c_煤油m（t_煤油-t₀），
所以煤油的比熱：c_煤油=$\frac{{c}_{水}（{t}_{水}-{t}_{0}）}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}$．
故答案為：（1）通過R₁與R₂的電流；（2）溫度計示數(shù)的變化；（3）乙；多；（4）0.3；54；（5）質(zhì)量；$\frac{{c}_{水}（{t}_{水}-{t}_{0}）}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}$．

點評 本題是探究“電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電阻大小的關系”的實驗題，實驗中應用了控制變量法，掌握控制變量法的應用、熟練應用串聯(lián)電路特點、焦耳定律以及熱量公式的變形公式是正確解題的關鍵．