初中物理中考复习 专题30 探究焦耳定律实验题（解析版）

专题30 探究焦耳定律实验题

探究电流产生的热量与哪些因素有关实验需要学通的基础知识

1.实验目的：研究电流通过导体产生的热量跟那些因素有关？ 

原理是根据煤油在玻璃管里（温度计示数变化）上升的高度来判断电流通过电阻丝通电产生电热的多少 。

2.实验采用煤油的目的：煤油比热容小，在相同条件下吸热温度升高的快：是绝缘体

3.被加热材料选用煤油或空气的原因：利用煤油比热容小升温明显；空气热胀冷缩明显。

4.选用加热材料的要求：质量、初温、材料相同

5.实验方法：控制变量法，转换法。

6.探究电热与电流的关系是需控制电热丝的电阻和通电时间相同。探究电热与电阻的关系是需控制电流和通电时间相同；探究电热与通电时间的关系时需控制电阻和电流相同，改变通电时间的长短。

两个烧瓶串联的目的：使通过电流相同。

7.焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。

8.计算公式：Q=I2Rt (适用于所有电路)对于纯电阻电路可推导出：Q=UIt=U2t/R=W=Pt

①串联电路中常用公式：Q=I2Rt

  并联电路中常用公式：Q=U2t/R  

②无论用电器串联或并联，计算在一定时间所产生的总热量常用公式为Q=Q1+Q2+…Qn

③分析电灯、电炉等电热器问题时往往使用：Q=U2t/R=Pt

【例题1】已知电流通过导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间有关．在探究“电流通过导体产生的热量跟电流的关系”时，可供选择的器材有：8V稳压电源一个；20Ω和50Ω的滑动变阻器各一个；停表和开关各一个；塑料盒与U形管相连的实验装置一个，盒内密封着空气，盒内电阻丝的阻值为20Ω；导线若干．

（1）该实验选用　 　Ω的滑动变阻器更好．

（2）连接好的实验图如图所示．每次实验（即获得一组数据）后，都要断开开关，打开盒盖上的通气孔，U形管内两液面迅速回到原位，等片刻后，关闭通气孔，再进行下一次实验．请画出实验用的表格，表中要有必要的信息．

（3）某同学对实验方案进行了重新设计：第一次实验记录高度差后，立即移动滑片增大电流做第二次实验，……．每次实验加热时间相同，记录的U形管内两液面高度差依次为Δh1、Δh2……．在处理数据时，该同学想用Δh2来间接反映第二次实验电流通过导体产生的热量，他这样处理数据是否正确？　     　．理由是　                    　．

【答案】（1）50 （2）记录的实验数据如下表

（3）不正确   Δh2间接反映了第一次和第二次实验电流通过导体产生的热量的和．不是第二次实验电流通过导体产生的热量．

【解析】（1）盒内电阻丝的阻值为20Ω为定值电阻，选滑动变阻器的电阻要大得好，因为这样通过改变滑动变阻器电阻，电路电流能有效控制，不会太大，保护电源。

（2）所画表格要体现每次实验电阻丝电阻为20Ω为定值电阻。时间一定。要体现U形管液面高度差，电流大小，热量。

（3）该同学想用Δh2来间接反映第二次实验电流通过导体产生的热量实错误的。因为Δh2间接反映了第一次和第二次实验电流通过导体产生的热量的和．不是第二次实验电流通过导体产生的热量．该同学在设计方案就是错误的。

【例题2】（2020湖北鄂州）如图是探究电流通过导体时产生热量的多少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，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，闭合开关前，A、B两U形管内液面相平。

(1)实验中，乙容器外部的电阻的作用是为了使左右容器内导体的______不相等；

(2)由于电流产生的热量不易直接测量，因此在实验中是通过观察U形管中液面高度的变化来显示甲、乙容器内空气温度的变化，这里采用的物理研究方法是______；

(3)通过对比观察，______（选填“甲”或“乙”）容器中导体的电阻产生的热量较多。由此可知，在电阻和通电时间相同时，电流越______导体产生的热量越多。

【答案】 (1)电流    (2)转换法    (3) 甲     越大

【解析】(1)乙容器外部的电阻的作用是为了使左右容器内导体的电流不相等，因为左右容器内两导体的阻值相等，必须让两电阻的电流不同才能探究电流产生的热量与电流的关系。

(2)甲乙两容器内空气温度的变化不能直接测出，而是通过U形管液面高度变化来显示，这是物理研究中的转换法。

(3)在电阻和通电时间相同时，甲容器内液面高度差较大，说明甲容器内的电阻产生较多的热量，而甲容器内电阻通过的电流较大，由此可知，在电阻和通电时间相同时，电流越大，导体产生的热量越多。

1.小辉想探究电流通过电阻时产生的热量与哪些因素有关。他连接了如图10所示的电路进行实验，其中两个完全相同的烧瓶内分别装有质量相等、初温均为25℃的煤油，阻值为5Ω和10Ω的电阻丝R1、R2。闭合开关一段时间后，记录此时两个温度计的示数。根据上述实验，下列说法中正确的是（   ）

A. 此实验探究的是热量与电阻的关系                      

B. 此实验探究的是热量与电流的关系

C. 此实验探究的是热量与时间的关系

D. 此实验中用温度计示数变化的大小反映产生热量的多少

【答案】AD

【解析】从图中可以看出两电阻串联电阻值大小不同，所以此实验探究的是热量与电阻的关系，故A选项正确；串联电路电流处处相等，所以此实验探究的不是热量与电流的关系，故B选项错误；在串联电路中开关控制整个电路，所以两个电阻工作时间相同，探究的不是热量与时间的关系，故C选项错；电流通过导体产生热量的多少是通过烧瓶中温度计的示数变化显示的，温度变化越大，说明产生的热量越多，故D选项正确。

2.用如图甲所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”。相同烧瓶内装满了煤油。

甲

（1）烧瓶中装入的煤油是        （选填“导体”或“绝缘体”）。

（2）请根据实物电路，在虚线框内画出对应的电路图。

（3）为达到实验目的。 选用的两个电阻丝R1与R2的阻值应    。通过R1的电流     通过R2的电流。

（4）通电一段时间后， 乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大。 说明              。

 (5)小红用如图乙所示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”。经多次实验测量。收集实验数据，给制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流I的关系图像。根据焦耳定律可知，图中能正确反应h-I关系的是                     。

乙                  A                  B             C       

[拓展]用Q=I2Rt可以计算电流通过任何用电器产生的热量。能用Q=UIt计算电流通过任何用电器产生的热量吗？请用实例说明原因                              。

【答案】见解析。

【解析】(1)煤油是绝缘体。

(2)电路图略。

(3)据图可知通过R1、R2的电流不同，根据控制变量法可知实验中只能有一个变量，所以

R1、R2的阻值应相同。通过R1的是支路电流，通过R2的是干路电流，所以通过R1的电流小于通过R2的电流。

(4)当电阻和通电时间一定时，电流越大，电流通过导体产生的热量越多。

(5)根据焦耳定律Q=I2Rt可知，电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比，所以能正确反应h-I关系的是A图。

[拓展]电风扇工作时消耗的电能W=UIt，

产生的热量Q=I2Rt，

转化成的机械能是E=W-Q

所以不能用

Q=UIt计算电流通过任何用电器产生的热量。

3.（2020湖北黄石）如图所示，两个密闭容器中接入电热丝R1、R2，右边容器上方接入电热丝R3，在通电时间相同的情况下，观察两个U形管中液面高度的变化。本实验是根据______（选填“气体”“液体”）的热胀冷缩来反映电流产生的热量多少，已知R1=10Ω，R3=6Ω，为了研究电流产生的热量与电流的关系，则R2=______Ω。若将R3和R2并联接入右边密闭容器中，则可研究电流产生的热量与______的关系。

【答案】  气体    10    电阻

【解析】单位时间内电流通过导体时产生的热量越多，空气的温度升高的越快，内外的气压差越大，U形管中液面的高度差越大，利用气体的热胀冷缩来反应电阻丝放出热量的多少。

研究电流产生的热量与电流的关系，应控制通电时间相同，两个密闭容器中电阻相等，故

R2=R1=10Ω

R2的阻值为10Ω。

R3和R2并联后总电阻

R并==3.7Ω

将R3和R2并联接入右边密闭容器中，左右两个密闭容器中电阻不同，通电时间相同，电流相同，故可研究电流产生的热量与电阻的关系。