Question

9．如圖甲、乙是探究“電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關”的裝置，四個相同的透明密閉容器中都有一段電阻絲，內(nèi)有質(zhì)量相等的空氣，U形管內(nèi)裝有相同液體．
（1）通過觀察U形管中液面高度差反映密閉容器中空氣溫度的變化．圖甲裝置可研究電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關系．
（2）圖乙其中一容器外部并上一個阻值相同的電阻，通電時間相同，發(fā)現(xiàn)c玻璃管內(nèi)液面上升較高，這表明：在電阻和通電時間相同的情況下，通過導體的電流越大，產(chǎn)生的熱量越多．
（3）若圖乙中c、d兩玻璃管內(nèi)液面上升高度相同，則故障可能是e電阻開路．
（4）若甲、乙兩次實驗的電源電壓及通電時間相同，則a、c兩電阻產(chǎn)生熱量較多的是c．
（5）小明家的電暖氣有高溫和低溫兩個檔位，為了節(jié)省電能又不至于太冷，常使用低溫檔，比使用高溫檔時接入電路中的總電阻要大．

Answer 1

分析 （1）電流通過導體產(chǎn)生熱量的多少不能直接觀察，但空氣溫度的變化可以通過U形管液面高度差的變化來反映，這種研究方法叫轉換法；
電流產(chǎn)生的熱量跟電流大小、電阻大小、通電時間有關，探究電流產(chǎn)生熱量跟電阻關系時，控制通電時間和電流不變；
（2）探究電流產(chǎn)生熱量跟通電時間關系時，控制電流和電阻不變；
（3）若圖乙中c、d兩玻璃管內(nèi)液面上升高度相同，則說明c、d兩玻璃管內(nèi)電流產(chǎn)生熱量相同，由于c、d兩玻璃管里面的電阻相等，根據(jù)Q=I²Rt即可判斷；
（4）由于a、c兩電阻電阻相等，根據(jù)甲乙圖中的電阻連接方式和歐姆定律得出a、c電阻的電流大小，然后根據(jù)Q=I²Rt即可判斷；
（5）由于家庭電路的電壓一定，根據(jù)Q=W=$\frac{{U}^{2}}{R}$t即可判斷．

解答 解：（1）電流通過導體產(chǎn)生熱量的多少不能直接觀察，但空氣溫度的變化可以通過U形管液面高度差的變化來反映；
如圖甲，兩個電阻串聯(lián)在電路中，電流相同，通電時間相同，電阻不同，運用控制變量法，探究電流產(chǎn)生熱量跟電阻的關系；
（2）乙裝置中，兩個5Ω的電阻并聯(lián)后再與一個5Ω的電阻串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點可知，右端兩個電阻的總電流和左端電阻的電流相等，即I_右=I_左；兩個5Ω的電阻并聯(lián)，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點知I_右=I₁+I₂，兩電阻阻值相等，則支路中電流相等，I₁=I₂，所以右邊容器中通過電阻的電流是左側通過電流的一半，由題可知，c玻璃管內(nèi)液面上升較高，說明左邊容器中電阻產(chǎn)生的熱量多，溫度升得較快；
這表明：在相同時間內(nèi)，電阻相同，電流越大，通過導體時產(chǎn)生的熱量越多；
（3）若圖乙中c、d兩玻璃管內(nèi)液面上升高度相同，則說明c、d兩玻璃管內(nèi)電流產(chǎn)生熱量相同，由于c、d兩玻璃管里面的電阻相等，根據(jù)Q=I²Rt可知，通過電阻的電流相等，由于是c玻璃管的一個5Ω的電阻與d玻璃管兩個5Ω的電阻并聯(lián)后再串聯(lián)，則說明d玻璃管兩個并聯(lián)的電阻外面的電阻沒有電流通過，即e電阻開路；
（4）甲裝置中電阻a與15Ω的電阻b串聯(lián)，則總電阻R_甲=R_a+R_b=5Ω+15Ω=20Ω，
乙裝置5Ω的電阻c與5Ω的電阻d、e并聯(lián)后再串聯(lián)，則總電阻R_乙=R_c+$\frac{1}{2}$R_d=5Ω+$\frac{1}{2}$×5Ω=7.5Ω，
由于甲、乙兩次實驗的電源電壓相同，則根據(jù)歐姆定律可知：I_甲＜I_乙，
由于a、c兩電阻的阻值相等、通電時間相同，據(jù)Q=I²Rt可知：Q_a＜Q_c；
（5）由于家庭電路的電壓一定，根據(jù)Q=W=$\frac{{U}^{2}}{R}$t可知，為了節(jié)省電能，常使用低溫檔，低溫擋接入電路中的總電阻要大．
故答案為：（1）液面高度；電阻；（2）電流；（3）e電阻開路；（4）c；（5）大．

點評 本題考查了學生對焦耳定律的認識，注重了探究實驗的考查，同時在該實驗中利用了控制變量法和轉換法，是中考物理常見題型．