09-专项综合全练（九） 实验探究：探究电热的影响因素

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1.(2021山东东营利津期末)实验桌上有两个完全相同的烧瓶,烧瓶内装有质量相等、初温相同的煤油和完全相同的温度计,烧瓶内还分别装有阻值不同且不变的电阻丝R1和R2,将它们与滑动变阻器、电源、开关以及导线组成如图18-7-1所示的电路。小亮利用上述实验器材“探究电流通过电阻产生的热量跟什么因素有关。”
(1)小亮探究的是当 和通电时间一定时,电流产生的热量跟 的关系;
(2)实验中,电流产生的热量无法直接测量,而是通过观察 来比较,在以下三个实例中,没采用此方法的是 (请选填序号)。
①借助电动机提升重物的高度判断电流做功多少;
②借助水压学习电压;
③借助验电器两金属箔片张开的角度判断物体带电多少。
图18-7-1
2.(2021辽宁大连西岗期末)小明知道电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间有关。为了探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系”,实验装置如图18-7-2所示,三个相同的烧瓶内装有质量相等的煤油。温度计和电阻丝通过胶塞固定在烧瓶中。
图18-7-2
(1)组装器材时,将三个烧瓶里的电阻丝串联在电路中,是为了 。
(2)该实验是用 来表示电流产生热量的多少。
(3)实验开始时,三个烧瓶中煤油的初温相同,电阻丝的阻值关系为R甲(4)为缩短实验时间,小明对原实验方案进行如下修改:实验装置不变,只是烧瓶里不装煤油,而是用电阻丝直接对烧瓶里的空气加热。写出两条该实验方案的不足之处。
a. ;
b. 。
3.(2021江苏南京期末)小明在进行“探究影响电流热效应的因素”实验时,将图18-7-3甲所示的装置按照图乙接入电路。
(1)小明保持通电时间一定,调节滑动变阻器,是在探究电流通过导体产生的热量与 的关系。
(2)实验中,可以通过观察 来比较电流通过导体产生热量的多少。
(3)小明要探究电热与另一因素的关系,找来了与R阻值 (选填“相同”或“不同”)的电阻R',分别安装在如甲图所示的两个相同装置中,然后将它们 (选填“串联”或“并联”)接入电路。最终得到该步骤的实验结论为: 。
图18-7-3
电阻和通电时间一定时,探究导体产生的热量跟电流的关系
4.(2021广东深圳龙华期末)如图18-7-4是探究电流通过导体时产生的热量跟什么因素有关的实验装置。甲、乙是完全相同的密闭容器,里面密封着等量的空气,闭合开关前,A、B两U形管内液面相平。
(1)实验中通过观察U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化,这里采用的物理研究方法是 ;
(2)该装置是探究在通电时间相同和 相同的情况下,导体产生的热量与 大小是否有关;
(3)让实验装置冷却到初始状态,把右边并联的两根电阻丝都放入乙容器内,接通电源比较两容器内电阻丝产生的热量的多少。此时该装置是探究电流产生的热量跟 的关系,一段时间后 (选填“甲”或“乙”)容器中电阻丝产生的热量较多。
图18-7-4
5.(2021甘肃酒泉金塔期末)小明在探究“电流通过导体产生的热量跟什么因素有关”时,设计了如图18-7-5所示的甲、乙实验装置,将电阻丝R1、R2分别密封在两个装有相等质量煤油的相同烧瓶中,已知R1图18-7-5
(1)实验中通过观察 来比较电流产生的热量的多少。
(2)甲装置可探究电流通过导体产生的热量与 是否有关。
(3)比较相同时间内a、c两支温度计示数变化情况,可探究电流产生的热量与 是否有关。
6.(2020天津和平二模)小虎用如图18-7-6的实验装置探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”,两个透明容器中封闭着等量的空气。
图18-7-6
(1)为得出科学的结论,右边容器中必须选用阻值为 (选填“5 Ω”“10 Ω”或“15 Ω”)的电阻丝。
(2)通电一段时间后,左右两侧密闭容器内电流通过电阻产生的热量之比为 。
电流和通电时间一定时,探究导体产生的热量跟电阻的关系
1. 答案 (1)电流 电阻 (2)温度计升高的示数 ②
解析 (1)图中两电阻串联,串联电路各处的电流相等,通电时间也相同,两电阻大小不同,故小亮探究的是当电流和通电时间一定时,电流产生的热量跟电阻的关系。
(2)实验中,电流产生的热量无法直接测量,是利用温度计示数的变化来表示,这种物理学研究方法叫做转换法。
①借助电动机提升重物的高度判断电流做功多少,采用了转换法;
②借助水压学习电压,采用了类比法;
③借助验电器两金属箔片张开的角度判断物体带电多少,采用了转换法。
2. 答案 (1)控制各电阻丝中的电流相同
(2)温度计示数变化 (3)电流和通电时间一定时,导体的电阻越大,电流通过导体产生的热量越多
(4)a.空气的质量和比热容较小,空气的温度上升较快,温度容易超过温度计的量程 b.烧瓶内空气温度升高,压强增大,可能将胶塞顶出去
解析 (1)根据控制变量法,研究电流产生的热量与电阻大小的关系,要控制电流和通电时间相同,只改变电阻大小,所以将三个烧瓶里的电阻丝串联在电路中,是为了控制各电阻丝中的电流相同;
(2)实验中电流通过电阻丝产生的热量越多,煤油吸收的热量越多,温度升高得越高,所以实验中用温度计示数变化表示电流通过电阻丝产生热量的多少;
(3)已知三个烧瓶中煤油的初温相同,通电一段时间后,发现三个烧瓶中温度计示数关系为t甲(4)若用电阻丝直接对烧瓶里的空气加热,由于空气的质量和比热容较小,空气的温度上升较快,温度容易超过温度计的量程;烧瓶内空气温度升高,压强增大,可能将胶塞顶出去,导致实验无法进行。
3. 答案 (1)电流
(2)温度计的示数变化
(3)不同 串联 在电流和通电时间相同时,电阻越大,产生的热量越多
解析 (1)由图可知,滑动变阻器与定值电阻串联,移动变阻器的滑片可以使电路中的电流发生变化,可以探究电流通过导体产生的热量与电流的关系;
(2)电阻产生热量,液体的温度升高,实验中可以通过观察温度计的示数变化来判断产生热量的多少;
(3)探究导体产生的热量与电阻大小的关系时,需要控制电流和通电时间相同,导体的电阻不同,故需要在电路中串联一个与R阻值不同的电阻R';该步骤的实验结论为:在电流和通电时间相同时,电阻越大,产生的热量越多。
电阻和通电时间一定时,探究导体产生的热量跟电流的关系
4. 答案 (1)转换法 (2)电阻 电流 (3)电阻 甲
解析 (1)电流通过导体产生热量的多少不能直接观察,但气体温度的变化可以通过U形管液面高度差的变化来反映,采用的是转换法;
(2)由图可知,甲、乙两个容器内的电阻大小相同,乙中5 Ω的电阻与另一5 Ω的电阻并联后再与甲中5 Ω的电阻串联,根据串并联电路电流的特点可知,通过甲容器内电阻的电流大于通过乙容器内电阻的电流;通电时间和电阻相同,电流不同,所以探究的是导体产生的热量与电流大小是否有关;
(3)根据并联电路的电阻规律可得,乙容器中两个5 Ω电阻并联后的总电阻为2.5 Ω,小于5 Ω,即R甲>R乙;两容器内总电阻不相等,通电时间相等,电流相等,故探究的是电流产生的热量跟电阻的关系;通电一段时间后,由于电流相同(即I甲=I乙)、通电时间相同、R甲>R乙,根据Q=I2Rt可知,甲容器内的电阻丝产生的热量多。
5. 答案 (1)温度计示数变化 (2)电阻 (3)电流
解析 (1)当电阻丝通电后,电流产生热量使煤油温度升高,从而使温度计示数上升,因此可根据温度计示数变化来比较电流产生热量的多少。
(2)甲中两电阻串联,则两电阻中的电流相等,在通电时间相同时,可探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系。
(3)对比甲、乙,通过电阻R1的电流不同,比较相同通电时间内a、c两支温度计示数变化情况,可探究电流产生的热量与电流是否有关。
6. 答案 (1)5 Ω (2)4∶1
解析 (1)由图可知,右侧的两个电阻并联后与左侧的电阻串联,根据并联电路的电流关系可知,左侧容器内通过电阻的电流大于右侧容器内通过电阻的电流,所以该实验探究的是电流产生的热量的多少与电流大小是否有关,实验时需要控制两个电阻的阻值相同,所以右边容器中必须选用阻值为5 Ω的电阻丝;
(2)实验中若通过左边容器中电阻的电流为I,则通过右边容器内电阻的电流为0.5I,根据Q=I2Rt可知,左右两侧密闭容器内电流通过电阻产生的热量之比为4∶1。