認識實驗六：電學探究型實驗

實驗六：探究影響電流熱效應因素實驗

【實驗目的】研究電流通過導體産生的熱量跟那些因素有關？

【實驗方法】控制變量法，轉換法。

【實驗原理】根據煤油在玻璃管裡（溫度計示數變化）上升的高度來判斷電流通過電阻絲通電産生電熱的多少 。

【實驗器材】密閉容器兩個、U形管兩個、導線若幹、不同阻值電阻絲若幹、電源。

【實驗步驟】

（1）電流産生的熱量與電阻的關系

如圖所示，兩個透明容器中密封着等量的空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化。兩個密閉容器中都有一段電阻絲，右邊容器中的電阻比較大。

兩容器中的電阻絲串聯起來接到電源兩端，通過兩段電阻絲的電流相同。通電一定時間後，比較兩個U形管中液面高度的變化。你看到的現象說明了什麼?

【實驗結論】在電流相同、通電時間相同的情況下，電阻越大，這個電阻産生的熱量越多。

（2）電流産生的熱量與電流大小的關系

如圖所示，兩個密閉容器中的電阻一樣大，在其中一個容器的外部，将一個電阻和這個容器内的電阻并聯，因此通過兩容器中電阻的電流不同。在通電時間相同的情況下，觀察兩個U形管中液面高度的變化。你看到的現象說明了什麼?

【實驗結論】在電阻相同、通電時間相同的情況下，通過一個電阻的電流越大，這個電阻産生的熱量越多。

【考向點撥】

1.實驗采用煤油的目的：煤油比熱容小，在相同條件下吸熱溫度升高的快：是絕緣體 。

2.被加熱材料選用煤油或空氣的原因：利用煤油比熱容小升溫明顯；空氣熱脹冷縮明顯。

3.選用加熱材料的要求：質量、初溫、材料相同。

4.探究電熱與電流的關系是需控制電熱絲的電阻和通電時間相同。探究電熱與電阻的關系是需控制電流和通電時間相同；探究電熱與通電時間的關系時需控制電阻和電流相同，改變通電時間的長短。

5.兩個燒瓶串聯的目的：使通過電流相同。

6.焦耳定律：電流通過導體産生的熱量跟電流的平方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比。

7.該實驗成敗的關鍵是：确保密閉容器的密封性良好。

8.如果兩個容器中不是氣體，而是液體，可以将U形管替換為溫度計，也可以完成實驗。

【典例1】（2021·廣西貴港·中考真題）在“探究電流産生的熱量與哪些因素有關”的實驗中，實驗電路如圖1所示，其中R1>R2。

實驗一：探究電流産生的熱量與電阻大小的關系；

（1）請按照圖1中的電路圖将圖2實物圖連接完整；_______

（2）實驗電路按照圖1中的電路圖連接是為了控制通電時間相同和控制_______；電阻絲放出熱量的多少，通過_______來進行判斷。

（3）為了便于比較兩根電阻絲通過電流後産生熱量的多少，a、b兩瓶中要裝入_______相等、初溫相同的同種液體。為了在較短時間内達到明顯的實驗效果，實驗時選用煤油而不選水，是因為煤油的比熱容_______水的比熱容（選填“大于”、“等于”或“小于”）；

實驗二：探究電流産生的熱量與電流大小的關系

（4）閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，使電路中的電流變成實驗一中電流的2倍，且通電時間相同。實驗發現：用電阻絲R1加熱的煤油，在實驗一中溫度升高Δt1，在實驗二中溫度升高Δt1′，則Δt1′_____2Δt1（選填“大于”、“等于”或“小于”），該實驗說明電流産生的熱量與電流大小______正比例關系（選填“成”或“不成”）。實驗中，用電阻絲R2加熱煤油重複以上實驗步驟，也可以得出相同的結論。

（5）如果在兩燒瓶中分别裝入質量相等的不同液體，并接入兩根阻值_______的電阻絲（選填“相同”或“不同”），就可用這個裝置來探究兩種不同液體的吸熱性質。假設a燒瓶中液體的質量為m，瓶中電阻絲的阻值為R，測出通過它的電流為I，通電一段時間t後，溫度計的示數變化量為Δt，若不計熱量損失，則a液體的比熱容為________（用所給出的物理量寫出比熱容的表達式）。

【答案】如圖；電流相等；溫度計的示數變化；質量；小于；大于；不成；相同；

。

【解析】（1）[1]變阻器一上一下串聯接入電路中，如圖所示：

（2）[2]圖1中，兩個電阻絲串聯，通過它們的電流相等，通電時間相等。

[3]根據轉換法知，電阻絲放出熱量的多少，是通過溫度計的示數變化來進行判斷的。

（3）[4]為了便于比較兩種電阻絲通過電流後産生熱量的多少，甲乙兩瓶中要裝入質量相同、初溫相同的同種液體。

[5]因煤油比水具有較小的比熱容，故用煤油比用水更容易看出溫度的變化。

（4）[6][7]閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，使電路中的電流變成實驗一中電流的2倍，且通電時間相同，根據Q=I2Rt可知，電阻絲産生的熱量是原來的4倍；所以用電阻絲R1加熱的煤油，溫度升高Δt1′大于2Δt1，該實驗說明電流産生的熱量與電流不是正比例關系。

（5）[8]在兩燒瓶中分别裝入質量相等的不同液體，并接入兩根阻值相等的電阻絲，可以探究兩種不同液體的吸熱性質。

[9]電阻絲産生的熱量Q=I2Rt，不計熱量損失，液體吸收的熱量Q吸=Q=cmΔt

則c

=

。

【典例2】（2021·貴州安順·中考真題）小明在探究“電流通過導體時産生的熱量與哪些因素有關”的實驗中，提出了下列猜想：

A．與通電時間有關

B．與電阻大小有關

C．與電壓大小有關

D．與電流大小有關

實驗器材有：阻值不同的電阻絲若幹、蓄電池、火柴、開關和導線若幹。

請回答下列問題

（1）探究猜想A時，将某一電阻絲接入電路，保證安全的情況下使火柴頭充分接觸電阻絲，閉合開關一段時間後火柴頭才燃燒，這一現象說明：

①電阻絲産生的熱量通過______的方式傳遞給火柴頭；

②電阻絲産生的熱量與通電時間______（選填“有關”或“無關”）；

（2）探究猜想B時，如圖所示，将10Ω和20Ω的電阻絲串聯接入電路，把兩根相同的火柴頭分别接觸電阻絲（設火柴頭與整根電阻絲接觸）；

①小明思考，若相同時間内僅有一根電阻絲上的火柴頭燃燒，據此能否判斷該電阻絲産生的熱量多？______（選填“能”或“不能”）；

②閉合開關較長時間後，發現兩電阻絲均發熱，但火柴頭都沒有燃燒。在不改變電源電壓的情況下，選擇下列哪組電阻絲進行實驗更可行?______（填字母序号）

A．20Ω 30Ω B．15Ω 15Ω C．5Ω 25Ω

（3）小明通過上述實驗發現：電阻越大，電流産生的熱量越多。評估該實驗時小明認為：串聯電路中不同阻值的電阻兩端所分電壓不同，那麼電流産生的熱量與電阻大小有關的結論似乎不可靠。如果改變兩電阻絲的連接方式，能否合理完成對猜想B的方案設計______？請你說明理由______。

【答案】熱傳遞；有關；能；C；不能；兩電阻并聯時，電壓相同，由于電阻不同，電流也不同，不能控制電流相同，所以不能。

【解析】（1）①[1]火柴頭與電阻絲接觸，閉合開關一段時間後火柴頭燃燒，火柴頭獲得了能量，是電阻絲通過熱傳遞的方式傳遞給火柴頭的。

②[2]火柴頭與電阻絲接觸，閉合開關過一段時間後火柴頭才燃燒，說明電阻絲産生的熱量與通電時間有關。

（2）①[3]相同時間内僅有一根電阻絲上的火柴頭燃燒，說明這根電阻絲在相同時間内産生的熱量較多。

②[4]閉合開關較長時間後，發現兩電阻絲均發熱，但火柴頭都沒有燃燒，說明兩根電阻絲産生的熱量都不夠多，可以換用電阻對比更明顯些的電阻絲來進行實驗對比，故C符合題意。

（3）[5][6]改變兩電阻絲的連接方式即将兩電阻絲并聯，這樣雖然控制了兩電阻絲兩端電壓相同，但是卻沒有能控制流過電阻絲的電流相同。

1．為了探究電流通過導體時産生熱的多少與哪些因素有關，設計如圖甲的裝置，将兩段阻值不同的電阻絲（R1 =5Ω，R2 =10Ω）分别密封在兩個完全相同的容器内，密閉容器内封閉等量的空氣。

（1）從實驗裝置的原理可知，U形管兩管中的液柱高度差是由于U形管中______（選填“氣體”或“液體”）熱脹冷縮導緻的。U形管中液柱高度差的大小，反映出電流通過電阻絲時産生______的多少；

（2）圖甲所示是用來探究電流産生的熱量跟______的關系；

（3）圖乙所示是用來探究電流産生的熱量跟______的關系；

（4）讓實驗裝置乙冷卻到初始狀态，把右瓶并聯的電阻絲都放入瓶内，接通電源，此電路工作一段時間後，______（選填“左瓶”或“右瓶” ）内電阻絲産生的熱量多。

【答案】氣體；熱量；電阻；電流；左瓶。

【解析】（1）[1][2]高度差的形成是由于U形管與密封的容器相連，電流通過電阻時産生熱量，使得容器及U形管中氣體受熱體積膨脹，差生壓強差，從而産生壓力差，氣體推動U形管兩管中的液柱産生高度差，再通過觀察U形管中高度差的變化來比較電流通過電阻絲産生熱量的多少，采用了轉換法。

（2）[3]由甲圖可知，左、右兩個容器中的電阻絲串聯，通過的電流相同，通電時間相同，而電阻絲的阻值不同，因此是探究電流産生的熱量跟電阻的關系。

（3）[4]由圖乙可知，右邊的容器中的電阻與容器外的電阻并聯，再與左邊容器中的電阻串聯，因此通過左邊容器電阻的電流與通過右邊容器電阻的電流不同，而電阻和通電時間相同，因此是探究電流産生的熱量跟電流的關系。

（4）[5]把圖乙右邊的兩根電阻絲并聯後，根據并聯電路電阻特點，其總阻值為

則相當于把2.5Ω的阻值放進右側瓶中，即左、右兩瓶中的電阻串聯，通過的電流相同，通電時間相同，而電阻不同，因此是探究電流産生的熱量跟電阻的關系；左側瓶中的電阻阻值更大，根據

可知，一段時間後左瓶中電阻絲産生的熱量多。

2.如圖是探究電流通過導體時産生熱量的多少跟什麼因素有關的實驗裝置。甲、乙是完全相同的密閉容器，裡面密封着等量的空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化，閉合開關前，A、B兩U形管内液面相平。

(1)實驗中，乙容器外部的電阻的作用是為了使左右容器内導體的______不相等；

(2)由于電流産生的熱量不易直接測量，因此在實驗中是通過觀察U形管中液面高度的變化來顯示甲、乙容器内空氣溫度的變化，這裡采用的物理研究方法是______；

(3)通過對比觀察，______（選填“甲”或“乙” ）容器中導體的電阻産生的熱量較多。由此可知，在電阻和通電時間相同時，電流越______導體産生的熱量越多。

【答案】電流；轉換法；甲；越大。

【解析】(1)乙容器外部的電阻的作用是為了使左右容器内導體的電流不相等，因為左右容器内兩導體的阻值相等，必須讓兩電阻的電流不同才能探究電流産生的熱量與電流的關系。

(2)甲乙兩容器内空氣溫度的變化不能直接測出，而是通過U形管液面高度變化來顯示，這是物理研究中的轉換法。

(3)在電阻和通電時間相同時，甲容器内液面高度差較大，說明甲容器内的電阻産生較多的熱量，而甲容器内電阻通過的電流較大，由此可知，在電阻和通電時間相同時，電流越大，導體産生的熱量越多。

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