Question

15．如圖是實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)“探究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置，兩個(gè)燒瓶中盛有等量的煤油，溫度計(jì)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(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）采用這種連接方式的目的是？
（2）閉合開(kāi)關(guān)一段時(shí)間后，兩電阻絲產(chǎn)生熱量的多少是用什么物理量來(lái)反映的？請(qǐng)寫(xiě)出通過(guò)這個(gè)物理量判斷電阻絲產(chǎn)生熱量多少的過(guò)程．
（3）從能量角度來(lái)說(shuō)，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過(guò)程，是用電器消耗電能做功的過(guò)程．根據(jù)上面的實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)你根據(jù)電功和歐姆定律知識(shí)進(jìn)行理性探究，推導(dǎo)電流熱效應(yīng)與電阻的定量關(guān)系是什么？（要求寫(xiě)出推導(dǎo)過(guò)程和結(jié)論）

Answer 1

分析 （1）本題采用的物理學(xué)方法是控制變量法，控制變量法是控制其余幾個(gè)因素不變，從而研究被改變的這個(gè)因素對(duì)事物影響，這種方法常常應(yīng)用于物理學(xué)中多因素（多變量）的問(wèn)題；
（2）本題采用的物理學(xué)方法是轉(zhuǎn)換法；轉(zhuǎn)換法是將不容易觀測(cè)和不便于測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)化為容易觀測(cè)和測(cè)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(guò)導(dǎo)體時(shí)，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(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱量與導(dǎo)體電阻關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，應(yīng)只改變導(dǎo)體的電阻，控制兩個(gè)燒瓶中的導(dǎo)體的電流和通電時(shí)間相同，所以?xún)蓚�(gè)燒瓶中的導(dǎo)體，采取串聯(lián)連接在同一個(gè)電路里．
（2）“探究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱量與導(dǎo)體電阻關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置，通電導(dǎo)體放出熱量，煤油吸收熱量，而吸收熱量多少無(wú)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(guò)溫度計(jì)的示數(shù)變化反映通電導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少．
（3）當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，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?yàn)镮=$\frac{U}{R}$，
所以由U=IR可知，Q=I²Rt
故可以得出：在相同時(shí)間內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)體的電流相同時(shí)，導(dǎo)體上產(chǎn)生的熱量與電阻成正比．
答：（1）目的是控制兩個(gè)燒瓶中的導(dǎo)體的電流和通電時(shí)間相同；
（2）通過(guò)溫度計(jì)的示數(shù)變化反映通電導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少；
（3）在相同時(shí)間內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)體的電流相同時(shí)，導(dǎo)體上產(chǎn)生的熱量與電阻成正比．

點(diǎn)評(píng) 本題重點(diǎn)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(shí)間一致的特點(diǎn)．