Question

3．為了探究電流產生的熱量跟什么因素有關系，小珍設計了如圖所示的甲、乙兩裝置．她將兩段阻值不同的電阻絲（R_I＜R₂）分別密封在兩個完全相同的燒瓶中，并通過短玻璃管與相同的氣球相連，兩次實驗電源相同且電壓不變．
（1）甲裝置可探究電流產生的熱量與電阻是否有關．
（2）為了探究電流產生的熱量是否與電流的大小有關，可以在裝置甲、乙的兩次實驗中，比較通電相同時問里氣球A與氣球C體積變化情況．
（3）若甲、乙兩裝置同時實驗，在相同的通電時間里，A、B、C、D四個氣球膨脹最小的是A．

Answer 1

分析 （1）由甲圖可知，兩電阻串聯，則可知電路中電流一定相等，由焦耳定律可知兩瓶中產生的熱量應與電阻有關，故可探究電流產生的熱量與電阻的關系；
（2）電流產生熱量與導體中的電流、導體電阻和通電時間有關，所以探究電流產生的熱量跟電流的大小有關時要采用控制變量法．由此分析解答；
（3）根據Q=$\frac{{U}^{2}}{R}$t和Q=I²Rt進行分析，產生的熱量越大，氣球膨脹越大．

解答 解：
（1）甲中兩電阻串聯，則兩電阻中的電流相等，則可知熱量應由電阻有關，根據氣球膨脹的多少可知熱量的多少，則可知熱量與電阻大小的關系；
（2）乙圖中兩電阻并聯，所以通過A、C兩容器中電阻絲的電流不同，即選與A電阻相同的C進行比較，可以探究電流產生的熱量是否與電流的大小有關，
（3）乙裝置中R₁、R₂并聯，電源電壓不變，時間相同時，根據Q=$\frac{{U}^{2}}{R}$t可知，電阻越小產生的熱量越多，因此Q_C＞Q_D．
甲裝置中R₁、R₂串聯，通過R₁、R₂的電流相同，時間相同時，根據Q=I²Rt可知，電阻越大產生的熱量越多，因此Q_B＞Q_A．
由于串聯起分壓作用，因此串聯電路中R₁、R₂兩端電壓都小于電源電壓，故由Q=$\frac{{U}^{2}}{R}$t可知，Q_C＞Q_A，Q_D＞Q_B，因此A、B、C、D四個氣球脹大的程度從大到小的排列順序是CDBA；所以四個氣球膨脹最小的是A．
故答案為：（1）電阻；（2）C；（3）A．

點評 此題通過實驗探究電流通過導體產生的熱量與電阻的關系，考查了學生對控制變量法的應用以及掌握一種常用的物理研究方法--轉換法．