Question

小明用如圖甲所示的實驗器材探究焦耳定律：在質量相同的兩瓶煤油中都浸泡著一段金屬絲，甲燒瓶中的金屬絲是銅絲，電阻比較小，乙燒瓶中的金屬絲是鎳鉻合金絲，電阻比較大．溫度計顯示煤油的溫度．
（1）電路中將兩金屬絲串聯的目的是

控制電流相等

．閉合開關后，觀察到乙燒瓶中溫度計的示數升高快．這表明：

在電流和通電時間相同時，電阻越大產生的熱量越多

．
（2）在探究電熱與電流大小的關系時，可以通過

移動滑片

來改變電流的大小，通電相同時間，觀察比較

同一根電阻絲

（選填“不同的電阻絲”或“同一根電阻絲”）所在瓶中煤油溫度的變化．
（3）小聰覺得以上的實驗操作太繁，為此他設計了如圖乙所示的電路（三個瓶中裝有質量相同的煤油，三個金屬絲電阻大小關系是：R_甲=R_丙＞R_乙），這樣只要連接一次電路就能完成實驗探究．在小聰的設計中，探究電熱的多少與電流的關系，應該對比

甲丙

兩個燒瓶中的煤油上升的溫度，探究電熱的多少與電阻的關系，應該對比

甲乙

兩個燒瓶中的煤油上升的溫度．若閉合開關通電一段時間后，三個瓶中煤油的溫度從高到低依次是

丙甲乙

．
（4）在他們倆設計的實驗中都運用了

控制變量法（或轉換法）

的物理研究方法（至少寫出一個）．

Answer 1

分析：（1）由Q=I²Rt可知，電流通過導體產生的熱量與通過的電流、導體的電阻和通電時間有關，為了研究電流與導體電阻的關系，要控制通過的電流和通電時間不變．
（2）探究在通電時間相同時，電熱跟電流的大小之間的關系時，可以保持金屬絲的電阻不變，通過滑動變阻器改變電流的大小，觀察瓶中煤油溫度的變化．
（3）要比較電熱與電流的關系應控制電阻相等，改變電流的大小；要比較電熱與電阻的關系應控制電流相等，改變電阻的大小；再根據Q=I²Rt判斷三個瓶中煤油的溫度從高到低的順序．
（4）本題利用了轉換法，把電熱的多少通過玻璃管中煤油上升的高度表現出來，為了探究電熱的多少與電流或電阻的關系，采用了控制變量法．

解答：解：（1）根據串聯電路各處的電流相等可知，將兩根不同的電阻絲串聯起來接入電路，主要是為了控制電流相同；
根據Q=I²Rt可知，閉合開關后，觀察到乙燒瓶中溫度計的示數升高快，這表明：在電流和通電時間相同時，電阻越大產生的熱量越多．
（2）根據Q=I²Rt可知，探究在通電時間相同時，電熱跟電流的大小之間的關系時，可以保持金屬絲的電阻不變，通過移動滑片來改變電路中的電流，觀察同一根電阻絲所在瓶中煤油溫度的變化進行實驗．
（3）由Q=I²Rt可得：要比較電熱的多少與電流的關系，應使電阻相等，故應對比甲、丙兩個燒瓶中的煤油上升的溫度；
要比較電熱與電阻的關系，應使電流相等，故應對比甲、乙兩個燒瓶中的煤油上升的溫度；
若閉合開關通電一段時間后，三個瓶中煤油的溫度從高到低依次是：丙、甲、乙．
（4）在他們倆設計的實驗中都運用了控制變量法（或轉換法）的物理研究方法．
故答案為：（1）控制電流相等；在電流和通電時間相同時，電阻越大產生的熱量越多；（2）移動滑片；同一根電阻絲；（3）甲丙；甲乙；丙甲乙；（4）控制變量法（或轉換法）．

點評：本題通過焦耳定律的實驗重點考查了學生對控制變量法、轉化法的掌握和應用，以及學生分析實驗現象得出結論的能力；控制變量法為物理實驗中的常用方法，應重點掌握．