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/．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．

Answer 1

【答案】分析：（1）知道煤油的質量、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，兩燒瓶中煤油的質量相等，升高溫度的大小關系，根據吸熱公式得出吸收熱量的關系，而電阻絲產生的熱量全部被煤油吸收，再根據焦耳定律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，根據串聯電路的歐姆定律求出總電壓（電源電壓），在根據P=UI求總功率．
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）∵兩燒瓶中煤油的質量m_A=m_B、△t_B=△t_A，
∴燒瓶B中煤油吸收的熱量：
Q_B=Q_A=×840J=420J；
∵Q=I²Rt，兩電阻絲R_A、R_B串聯，
∴R_B=R_A=×4Ω=2Ω；
（3）由Q_A=I²R_At得電路中的電流：
I===1A，
電源電壓：
U=I（R_A+R_B）=1A×（4Ω+2Ω）V=6V．
電路消耗的總功率：
P=UI=6V×1A=6W．
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．
點評：本題考查了學生對密度公式、吸熱公式、歐姆定律、電功率公式、焦耳定律公式的掌握和運用，是一道電學與熱學的綜合應用題，屬于難題．