Question

5．某同學組裝了如圖所示的實驗裝置來研究電流的熱效應，其中甲、乙為兩個完全相同的密閉容器，a、b、c為每根阻值均為5Ω的電阻絲．
（1）該同學設計此實驗裝置的目的主要是探究下列哪一種關系C
A．電阻產生的熱量與通電時間的關系
B．電阻產生的熱量與電阻大小的關系
C．電阻產生的熱量與通過該電阻的電流的關系
（2）a，b兩根電阻絲在相等的時間內產生的熱量之比為Q_a：Q_b=4：1
（3）若將C電阻絲換成10Ω的電阻絲．則此時a、b兩根電阻絲在相等的時間內產生的熱量之比為Q'_a：Q'_b=9：4
（4）若接通電路后U形管內A內的液面高度差明顯變大，而U形管B的液面高度差沒有變化，則出現此現象的原因可能是BD（可多選）
A．a電阻絲斷路    B．b電阻絲斷路    C．c電阻絲斷路    D．c電阻絲短路．

Answer 1

分析 （1）探究電流產生熱量跟電流關系時，控制電阻和通電時間相同；
（2）根據Q=I²Rt可求得兩根電阻絲在相等的時間內產生的熱量之比；
（3）若將C電阻絲換成10Ω的電阻絲．則此時右邊兩電阻的電流之比為1：2，則左邊電流為3I，由此可計算a、b兩根電阻絲在相等的時間內產生的熱量之比；
（4）根據abc電阻絲斷路、短路分析即可．

解答 解：（1）圖中裝置中一個5Ω的電阻與兩個5Ω的電阻并聯后再串聯，
根據串聯電路的電流特點可知，右端兩個電阻的總電流和左端的電阻電流相等，即I_右=I_左，
兩個5Ω的電阻并聯，根據并聯電路的電流特點知I_右=I_內+I_外，
所以，I_左＞I_內，燒瓶內的電阻值都是5Ω，阻值相等，通電時間相等，電流不同，運用控制變量法，電阻產生的熱量與通過該電阻的電流的關系；
（2）根據串聯電路的電流特點可知，右端兩個電阻的總電流和左端的電阻電流相等，
即I_a=2I_b，
則a，b兩根電阻絲在相等的時間內產生的熱量之比$\frac{{Q}_{a}}{{Q}_{b}}$=$\frac{{I}_{a}^{2}Rt}{{I}_{b}^{2}Rt}$=$\frac{{I}_{a}^{2}}{{I}_{b}^{2}}$=$\frac{4}{1}$；
（3）若將C電阻絲換成10Ω的電阻絲．根據I=$\frac{U}{R}$可得，此時右邊兩電阻的電流之比為1：2，
則左邊電流為3I，
則此時a、b兩根電阻絲在相等的時間內產生的熱量之比$\frac{{Q}_{a}^{′}}{{Q}_{b}^{′}}$=$\frac{{I}_{a}^{′2}Rt}{{I}_{b}^{′2}Rt}$=$\frac{{（3I）}^{2}}{（2I）^{2}}$=$\frac{9}{4}$；
（4）A、若a電阻絲斷路就不會發熱，接通電路后U形管內A內的液面高度差不會明顯變大，故A不符合題意；
B、若b電阻絲斷路，電流可以經過c電阻絲，但c在容器外部，故液體不發熱，故可能出現U形管內A內的液面高度差明顯變大，而U形管B的液面高度差沒有變化；故B符合題意；
C、若c電阻絲斷路，電路中電流可以經過b電阻絲，因此電流中有電流，b在容器內部，故液體發熱，U形管內A內的液面高度差明顯變大，而U形管B的液面高度差有變化，故C不符合題意；
D、若c電阻絲短路．相當于右邊部分短路，相當于沒有給容器中的液體加熱，會出現U形管B的液面高度差沒有變化，故D符合題意．
故答案為：（1）C；（2）4：1；（3）9：4；（4）BD．

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．