Question

6．學習安全用電時，小明想探究不能用鐵絲代替保險絲的原因
（1）他把鐵絲和保險絲同時放到酒精燈的火焰上，保險絲熔斷而鐵絲未斷這說明鐵的熔點高；
（2）他在兩個相同的燒瓶內裝上初溫相等的煤油，并將長度、橫截面積相同的鐵絲和保險絲分別放入兩個燒瓶內，串聯接入電路（如圖所示是電路的一部分）．他想通過溫度計示數的變化來判斷一段時間內兩金屬絲放熱的多少，請你觀察圖中實驗裝置并指出存在的問題：兩燒瓶中煤油的質量不相等；
（3）解決問題后，通電一段時間發現乙燒瓶內煤油溫度升高得多．進一步分析得出，長度和橫截面積相同時，鐵絲的電阻比保險絲的電阻小．
（4）已知實驗中乙燒瓶內煤油質量為200g，煤油溫度升高了10℃，不計熱損失，則可知，電流通過保險絲所做的功為4.2×10³J．這相當于完全燃燒0.14g酒精所放出的熱量．【c_煤油=2.1×10³ J/（kg•℃），q_酒精=3×10⁷J/kg】

Answer 1

分析 （1）相同溫度下，先熔斷的金屬絲，其熔點低；
（2）為準確反應電流產生的熱量的多少，兩個燒瓶中所盛煤油的質量要相等；
（3）實驗時，電流通過電阻絲做功，消耗電能轉化為內能，產生的熱量，被煤油吸收，煤油吸收熱量溫度升高；通過溫度計的示數變化反應電阻的大小；
（4）根據Q=cm△t求出煤油吸收的熱量；熱量即電流所做的功；根據公式Q=mq求出酒精的質量．

解答 解：（1）鐵絲和保險絲同時放到酒精燈火焰上，保險絲熔斷而鐵絲未斷，這說明鐵絲的熔點高；
（2）通電后電流通過電阻絲做功，產生熱量使煤油的溫度升高，通過觀察溫度計的示數大小來判斷電流產生的熱量的多少，為準確反應電流產生的熱量的多少，兩個燒瓶中所盛煤油的質量要相等；從圖示可以看出，甲、乙兩個燒瓶內的液體質量不相等；
（3）由Q=I²Rt可知，電流和通電時間一定時，電阻越大，產生的熱量越多，溫度計的示數越高；由于乙燒瓶內煤油溫度升高得多，因此保險絲的電阻大；即長度和橫截面積相同時，鐵絲的電阻比保險絲的電阻小．
（4）煤油吸收的熱量為：
Q=cm△t=2.1×10³J/（kg•℃）×0.2kg×10℃）=4.2×10³J，
不計熱損失，煤油吸收的熱量為電流所做的功，
即W=Q=4.2×10³J，
由Q=mq得酒精的質量為：
m=$\frac{Q}{q}$=$\frac{4.2×1{0}^{3}J}{3×1{0}^{7}J/kg}$=0.14×10^-3kg=0.14g．
故答案為：（1）高；（2）兩燒瓶中煤油的質量不相等；（3）小；（4）4.2×10³；0.14．

點評 本題考查了學生對電阻絲的特點、焦耳定律、串聯電路的電流關系的了解和掌握，由于涉及的物理量較多，在分析時要用好控制變量法．