Question

14．在探究“電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少與哪些因素有關(guān)”時，薛物理同學(xué)提出了如下猜想：
猜想一：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少可能與導(dǎo)體的電阻大小有關(guān)；
猜想二：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少可能與通過導(dǎo)體的電流大小有關(guān)；
猜想三：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少可能與通電時間的長短有關(guān)．
為此他設(shè)計了如圖所示的實驗裝置，將一段電阻絲裝在透明、密閉的絕熱容器中，橡膠管將密閉容器和裝有紅色液體的U形玻璃管相連．這樣的裝置共6個，封閉其內(nèi)電阻絲R的阻值分別是5Ω、5Ω、10Ω、10Ω、15Ω、15Ω．其它器材還有：電源、開關(guān)各一個，5Ω、10Ω、15Ω電阻絲各一根，停表一塊，導(dǎo)線若干．
請你幫助薛物理同學(xué)回答下列問題：
（1）在實驗中，密閉容器內(nèi)的空氣質(zhì)量應(yīng)該相等（選填“相等”或“不相等”）；
（2）探究“猜想一”時，連接電路時應(yīng)選用阻值不同（選填“相同”或“不同”）的電阻絲，并將電阻絲串聯(lián)（選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”），當(dāng)通電時間相同時，通過觀察U形玻璃管中液面高度的變化，從而比較得出電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少是否與導(dǎo)體的電阻大小有關(guān)．
（3）設(shè)計探究“猜想二”的記錄實驗數(shù)據(jù)的表格．

Answer 1

分析 （1）在實驗前，為了使U形管中的左右液面相平，即兩邊產(chǎn)生的壓強相等，應(yīng)該在容器內(nèi)封閉質(zhì)量相等的空氣．這樣便于利用控制變量法和轉(zhuǎn)換法對各個猜想進行探究，也排除其它因素對實驗過程的影響；
（2）電流產(chǎn)生的熱量跟電流大小、電阻大小、通電時間有關(guān)．探究電流產(chǎn)生的熱量跟電流大小關(guān)系時，控制電阻和通電時間不變；探究電流產(chǎn)生的熱量跟電阻的關(guān)系時，控制電流和通電時間不變；探究電流產(chǎn)生的熱量跟通電時間的關(guān)系時，控制電流和電阻不變．根據(jù)試驗裝置可知，電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量使得容器中的空氣受熱膨脹，從而導(dǎo)致U型管中的液面會發(fā)生變化，且電流通過電阻絲產(chǎn)生的熱量越多，容器中空氣的溫度就越高，壓強就越大，U形管中液面高度差就越大．故雖然熱量的多少不能直接觀察，但可以通過U型管液面高度差的變化來反映，這種研究方法叫轉(zhuǎn)換法；
（3）根據(jù)控制變量法和轉(zhuǎn)換法對“猜想二”進行分析，設(shè)計出符合題意的表格．

解答 解：（1）為了便于利用控制變量法和轉(zhuǎn)換法對各個猜想進行探究，在實驗前，應(yīng)該使U形管中的左右兩管液面相平，即兩邊產(chǎn)生的壓強相等，這樣應(yīng)在容器內(nèi)封閉質(zhì)量相等的空氣；
（2）探究“猜想一”時，即“探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少可能與導(dǎo)體的電阻大小有關(guān)”，應(yīng)控制電流和通電時間不變，使所選用的電阻發(fā)生變化，所以連接電路時應(yīng)選用阻值不同的電阻絲；雖然熱量的多少不能直接觀察，但可以通過U型管液面高度差的變化來反映；
（3）欲設(shè)計探究“猜想二”的記錄實驗數(shù)據(jù)的表格，根據(jù)控制變量法設(shè)計使兩個電阻和通電時間不變，通過的電流發(fā)生變化；根據(jù)轉(zhuǎn)換法設(shè)計記錄兩管中液面高度的變化（即反映電流通過電阻絲產(chǎn)生的熱量多少）．且要有實驗的結(jié)論．實驗次數(shù)不少于三次，表格設(shè)計如下表：

次數(shù)	通過電阻絲R1、R2電流I	電阻絲R1、R2的電阻/Ω	通電 時間t/s	U形玻璃管1中液面高度的變化	U形玻璃管2中液面高度的變化	結(jié)論
1	不同	相同	相同
2	不同	相同	相同
3	不同	相同	相同

故答案為：
（1）相等；
（2）不同；串聯(lián)； U形玻璃管中液面高度的變化；
（3）如上表．

點評 本題主要考查了學(xué)生對焦耳定律探究實驗的了解和掌握；正確理解和合理運用控制變量法、轉(zhuǎn)換法是解答此題的關(guān)鍵．