Question

20．為了探究影響電熱的因素，小偉設計了如圖所示電路，燒瓶中盛有質量、初溫均相等的煤油，R_甲＞R_乙．
（1）為了在較短的時間內達到明顯的實驗效果，選用煤油而不用水，主要是由于煤油的比熱容比水的比熱容小；實驗中電流產生的熱量的多少是通過溫度計升高的示數來反映的（選填“溫度計升高的示數”或“加熱時間”）．
（2）通電一段時間后，比較兩燒瓶中溫度計的示數，是為了探究電熱與電阻的關系．
（3）要利用此裝置來探究電熱與電流的關系，你還需要的操作是移動滑片改變電流大小，觀察比較相同通電時間內甲（或乙）瓶中溫度計升高的示數．
（4）若將此裝置改裝后用來測量煤油的比熱容，則除了將其中一只燒瓶中的煤油改成相同質量的水之外，還需做的改動是：使兩只燒瓶中電阻絲的阻值相等．實驗時，測得水和煤油的初溫均為t₀，通電一段時間后，測出水和煤油的溫度分別為t_水、t_煤油，請寫出計算煤油比熱容的表達式：c_煤油=$\frac{{t}_{水}-{t}_{0}}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}{c}_{水}$（已知水的比熱容為c_水）．

Answer 1

分析 （1）吸收相同的熱量在較短的時間內溫度升高快的液體比熱容較小，要想在較短的時間內達到明顯的實驗效果，所選液體的比熱容應較小；
而相同質量煤油吸收熱量的多少可以通過升高的溫度多少判斷．
（2）實驗目的是探究影響電熱的因素，由圖知，兩段電熱絲串聯所以通過的電流相同，通電時間也相同，產生的熱量不同，是因為電熱絲的阻值不同．
（3）要研究電熱與電流的關系，必須保持電阻和通電時間相同，改變通過電熱絲的電流，比較產生熱量多少與電流大小的關系．
（4）由吸熱公式Q_吸=cm△t可知，要比較水和煤油的比熱容大小，應讓兩瓶中水和煤油的質量m相等、吸收的熱量相等（加熱時間相等），通過比較它們升高的溫度大小關系，得出比熱容的大小關系；通電相同的時間，水和煤油吸收相同的熱量，根據Q=cm（t-t₀）求出煤油的比熱．

解答 解：
（1）為了在較短的時間內達到明顯的實驗效果，小明選用煤油而不用水做實驗，主要是由于水的比熱容大于煤油的比熱容，吸收相同的熱量，溫度變化不明顯而相；同質量的煤油吸熱的多少是通過溫度計升高的示數來反映的．
（2）已知通過兩段電熱絲的電流和通電時間都相同，所以此過程是研究電熱與電阻大小的關系．
（3）要研究電熱與電流的關系，必須移動滑動變阻器滑片，比較通電時間相同時，甲（乙）燒瓶中溫度計的示數變化．
（4）要比較水和煤油的比熱容，則應讓水和煤油的質量相等、吸收的熱量（加熱時間）相等，由溫度的變化大小得出比熱容的大小關系，故用相同質量的水代替煤油；把電熱絲R_A換成與R_B阻值相同的電阻絲，電阻相等，在相同時間內放出的熱量相同，所以水和煤油吸收的熱量相同；
因為Q_水=Q_煤油，所以c_水m（t_水-t₀）=c_煤油m（t_煤油-t₀），所以煤油的比熱：c_煤油=$\frac{{t}_{水}-{t}_{0}}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}{c}_{水}$．
故答案為：（1）煤油的比熱容比水的比熱容小；溫度計升高的示數；（2）電阻；（3）移動滑片改變電流大小；相同通電時間內甲（或乙）瓶中溫度計升高的示數；（4）使兩只燒瓶中電阻絲的阻值相等；$\frac{{t}_{水}-{t}_{0}}{{t}_{煤油}-{t}_{0}}{c}_{水}$．

點評 本題是探究“電流通過導體產生的熱量跟電阻大小的關系”的實驗題，實驗中應用了控制變量法，掌握控制變量法的應用、熟練應用串聯電路特點、電功公式、熱量公式的變形公式是正確解題的關鍵．