Question

為了探究電流產生的熱量跟什么因素有關，王軍設計了如圖所示的甲、乙兩種裝置，他將兩端阻值不同的電阻絲（R₁＜R₂）分別密封在兩個完全相同的燒瓶中，并通過短玻璃管與相同的氣球相連，兩次實驗電源電壓不變．
（1）在這個實驗中，電流產生的熱量多少是通過______體現出來的，像這種用能直接觀測的量來顯示不容易直接觀測的量的方法叫“轉換法”，這種方法在物理學研究中經常用到，請舉一例：______．
（2）甲裝置可探究電流產生的熱量與______的關系．
（3）在裝置甲、乙的來兩次實驗中，通過比較相同時間里氣球B與D的變化情況可探究電流產生的熱量與______的關系．
（4）在甲、乙兩裝置同時實驗，在相同的通電時間里，與氣球______（填氣球字母標號）相通的電阻絲產生熱量最多．
（5）教材上的實驗裝置如圖丙所示（燒瓶與圖中的相同）．比較甲、乙和丙圖所示的兩種不同的實驗裝置，你認為較好的裝置是______，理由是：______．

Answer 1

解：（1）當電阻絲通電后，電流產生熱量使煤油溫度升高，從而使氣球膨脹，根據氣球膨脹的程度大小可知溫度升高的多少；
轉換法是將不易觀察的現象轉換成較明顯的物理現象；例如：
①研究聲音是由振動產生的，用乒乓球的振動來顯示音叉的振動
②研究分子運動時，用固體、液體、氣體的擴散推測分子的熱運動
③用吸引大頭針的多少觀測磁鐵的磁性強弱．
（2）甲中兩電阻串聯(lián)，則兩電阻中的電流相等，則可知熱量應由電阻有關，根據氣球膨脹的多少可知熱量的多少，則可知熱量與電阻大小的關系；
（3）乙圖中兩電阻并聯(lián)，則B、D兩容器中的電流不同，而兩電阻絲的電阻相同，故探究的應是熱量與電流間的關系；
（4）甲圖中兩電阻串聯(lián)，則通過兩電阻的電流相等，由焦耳定律可得，電阻大的電阻絲發(fā)熱較多，即B中發(fā)熱量要多；
乙圖中兩電阻并聯(lián)，則電壓相等，由W=可得，電阻小的發(fā)熱量要多，故C比D發(fā)熱量要多；
而B、D電阻相等，由歐姆定律可得，B中電流小于D中電流，故D中熱量要比B中熱量多，故C中熱量最多；
（5）若選用圖甲乙，理由是：氣體的熱脹冷縮效果比固液態(tài)更明顯，實驗現象更直觀，時間更短．
（或：丙，理由是：用溫度計能較準確地測出煤油的溫度變化，便于定量研究．）（兩種答案任選一個均可，只要解釋合理即可）
分析：（1）由題意及實驗的原理圖可知當瓶中電阻絲發(fā)熱后會使氣體膨脹，則連在瓶中的氣球會產生膨脹，根據氣球膨脹的情況可得出溫度升高的多少；轉換法在物理學中有很多應用，主要用來演示一些不易直接觀察的物理量的變化，如聲音、分子的運動及磁場等；
（2）由甲圖可知，兩電阻串聯(lián)，則可知電路中電流一定相等，由焦耳定律可知兩瓶中產生的熱量應與電阻有關，故可探究電流產生的熱量與電阻的關系；
（3）由乙圖可知兩電阻并聯(lián)，而B瓶與D瓶電阻相等，則可知兩瓶中的電流不同，故由焦耳定律可得兩瓶中熱量與通過的電流有關；
（4）由焦耳定律比較四個電阻產生的熱量可知哪個電阻絲產生的熱量最多；
（5）根據氣體及固體的熱脹冷縮性質的不同，可以分析哪種實驗方法更直觀；而由氣球演示不能得出準確的溫度變化，故無法得出定量關系，故二者各有優(yōu)缺點．
點評：本題探究熱量與電流及電阻的關系，要求能正確分析電路，掌握串并聯(lián)電路的特點，并靈活應用焦耳定律分析解答．