Question

如圖是研究電流熱效應的實驗裝置圖．兩個相同的燒瓶中均裝入0.1kg的煤油，燒瓶A中電阻絲的阻值為4Ω，燒瓶B中的電阻絲標識已看不清楚．當閉合開關，經(jīng)過210s的時間，燒瓶A中的煤油溫度由20℃升高到24℃，燒瓶B中的煤油溫度由20℃升高到22℃．假設電阻絲產(chǎn)生的熱量全部被煤油吸收，電阻絲的阻值不隨溫度變化，電源電壓保持不變，已知煤油的比熱容c=2.1×10³J/（kg?℃）．     求：（1）在此過程中燒瓶A中煤油吸收的熱量；
 （2）燒瓶B中電阻絲的阻值； 
（3）電源的電壓及電路消耗的總功率．
本次實驗探究的是電流通過導體產(chǎn)生的熱量多少與

電阻

的大小關系，若想接著探究它與電流的關系只需在原電路中加一個可以改變電流的

滑動變阻器

   即可（填電路元件名稱）．若還想用這次實驗裝置探究煤油和水的比熱容的大小只需控制裝在A和B中的煤油和水的初溫和

質(zhì)量

相同以及電阻絲的阻值

相同

（“相同”或“不同”）即可．

Answer 1

分析：（1）知道煤油的質(zhì)量、煤油溫度的升高值、煤油的比熱容，利用吸熱公式求燒瓶A中煤油吸收的熱量；
（2）由題知，兩燒瓶中煤油的質(zhì)量相等，升高溫度的大小關系，根據(jù)吸熱公式得出吸收熱量的關系，而電阻絲產(chǎn)生的熱量全部被煤油吸收，再根據(jù)焦耳定律Q=I²Rt分析得出兩電阻的大小關系；
（3）求出了燒瓶A中煤油吸收的熱量，利用焦耳定律求出此時電路中的電流，兩電阻阻值以求出，根據(jù)串聯(lián)電路的歐姆定律求出總電壓（電源電壓），在根據(jù)P=UI求總功率．
①由實驗電路可以看出，兩個電阻串聯(lián)，所以通過的電流相等，而電阻的大小不同，所以此題是研究電流通過導體產(chǎn)生的熱量與電阻大小的關系；
②移動滑動變阻器滑片改變電路電阻，從而改變電路電流，可以驗證導體產(chǎn)生的熱量與電流大小的關系；
③若想探究煤油和水的比熱容的大小，需要利用控制變量法，結(jié)合Q=cm△t和Q=I²Rt綜合分析得出結(jié)論．

解答：解：（1）燒瓶A中煤油吸收的熱量：
Q_A=cm△t_A=2.1×10³J/（kg?℃）×0.1kg×（24℃-20℃）=840J；
（2）根據(jù)題意：
m_A=m_B，
△t_B=22℃-20℃=2℃，
△t_A=24℃-20℃=4℃，
即△t_B=

1

2

△t_A，
∴燒瓶B中煤油吸收的熱量：
Q_B=

1

2

Q_A=

1

2

×840J=420J；
∵Q=I²Rt，兩電阻絲R_A、R_B串聯(lián)，
∴R_B=

1

2

R_A=

1

2

×4Ω=2Ω；
（3）由Q_A=I²R_At得電路中的電流：
I=

QA RAt

=

840J 4Ω×210s

=1A，
電源電壓：
U=I（R_A+R_B）=1A×（4Ω+2Ω）=6V．
電路消耗的總功率：
P=UI=6V×1A=6W．
①實驗中兩個電阻串聯(lián)，通過兩電阻的電流、通電時間都相同，只有電阻的阻值不同，所以是研究電流通過導體產(chǎn)生的熱量與電阻大小的關系；
②在電路中串聯(lián)一個滑動變阻器，通過改變滑片的位置，使電路中的電流改變，注意通電時間要相同，然后比較同一個電阻絲幾次的產(chǎn)生的熱量，從而驗證導體產(chǎn)生的熱量與電流大小的關系；
③根據(jù)Q_吸=cm△t可知，探究煤油和水的比熱容的大小需控制質(zhì)量相等、吸收的熱量相同，初溫相同，來比較升高的溫度大��；
又Q=I²Rt，因為串聯(lián)，故電流、通電時間相同，需要產(chǎn)生相同的熱量還需相同的電阻，即探究煤油和水的比熱容的大小只需控制裝在A和B中的煤油和水的初溫和質(zhì)量相同以及電阻絲的阻值相同即可．
答：（1）在此過程中燒瓶A中煤油吸收的熱量為840J；
（2）燒瓶B中電阻絲的阻值2Ω；
（3）電源的電壓為6V，電路消耗的總功率6W；
電阻；滑動變阻器；質(zhì)量；相同．

點評：本題考查了學生對吸熱公式、歐姆定律、電功率公式、焦耳定律公式、串聯(lián)電路的電流關系的了解和掌握，利用好控制變量法是本題的關鍵，是一道電學與熱學的綜合應用題，屬于難題．