Question

15．如圖是實驗小組同學“探究電流通過導體產(chǎn)生的熱量與電阻關(guān)系”的實驗裝置，兩個燒瓶中盛有等量的煤油，溫度計顯示煤油的溫度．兩瓶煤油中都浸泡著一段金屬絲，燒瓶A中的金屬絲是鐵絲，電阻比較小，燒瓶B中的金屬絲是鎳鉻合金絲，電阻比較大．請回答下列問題：
（1）采用這種連接方式的目的是？
（2）閉合開關(guān)一段時間后，兩電阻絲產(chǎn)生熱量的多少是用什么物理量來反映的？請寫出通過這個物理量判斷電阻絲產(chǎn)生熱量多少的過程．
（3）從能量角度來說，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程，是用電器消耗電能做功的過程．根據(jù)上面的實驗，請你根據(jù)電功和歐姆定律知識進行理性探究，推導電流熱效應(yīng)與電阻的定量關(guān)系是什么？（要求寫出推導過程和結(jié)論）

Answer 1

分析 （1）本題采用的物理學方法是控制變量法，控制變量法是控制其余幾個因素不變，從而研究被改變的這個因素對事物影響，這種方法常常應(yīng)用于物理學中多因素（多變量）的問題；
（2）本題采用的物理學方法是轉(zhuǎn)換法；轉(zhuǎn)換法是將不容易觀測和不便于測量的物理量轉(zhuǎn)化為容易觀測和測量的物理量的方法；
（3）串聯(lián)電路中處處電流不變，根據(jù)電流通過導體時，做的功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，然后利用Q=W=UIt，以及歐姆定律的變形公式U=IR可知在串聯(lián)電路中電流與電阻的關(guān)系．

解答 解：（1）根據(jù)控制變量法可知：“探究電流通過導體產(chǎn)生熱量與導體電阻關(guān)系”的實驗，應(yīng)只改變導體的電阻，控制兩個燒瓶中的導體的電流和通電時間相同，所以兩個燒瓶中的導體，采取串聯(lián)連接在同一個電路里．
（2）“探究電流通過導體產(chǎn)生熱量與導體電阻關(guān)系”的實驗裝置，通電導體放出熱量，煤油吸收熱量，而吸收熱量多少無法捕捉，但是質(zhì)量相等的煤油吸收的熱量越多，煤油升高的溫度就越多；所以可以采用“轉(zhuǎn)換法”，通過溫度計的示數(shù)變化反映通電導體產(chǎn)生熱量的多少．
（3）當電流通過導體時，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，那么，電流產(chǎn)生的熱量Q等于電流所做的功W
即Q=W=UIt，
因為I=$\frac{U}{R}$，
所以由U=IR可知，Q=I²Rt
故可以得出：在相同時間內(nèi)，通過導體的電流相同時，導體上產(chǎn)生的熱量與電阻成正比．
答：（1）目的是控制兩個燒瓶中的導體的電流和通電時間相同；
（2）通過溫度計的示數(shù)變化反映通電導體產(chǎn)生熱量的多少；
（3）在相同時間內(nèi)，通過導體的電流相同時，導體上產(chǎn)生的熱量與電阻成正比．

點評 本題重點考查了控制變量法和轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用，充分利用了串聯(lián)電路中電流相等和通電時間一致的特點．