初中物理微专题-探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关 学案

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电流通过导体产生的热量与电流的平方，电阻，通电时间成正比，即。在实验时根据控制变量的原则逐一进行试验即可。在器材选择时，热量无法直接测量，因此应利用转换法，转换为煤油吸热升温，或空气加热体积膨胀来体现。
1.被加热材料选择煤油或空气的原因：比热容小，试验效果明显；煤油是绝缘体，安全。
（1）煤油：利用温度计示数的变化来反映电阻丝产生热量的多少。
（2）空气：通过U型管内液面高度差，或气球体积变大反映电阻丝产生热量的多少。
1．实验桌上有三个完全相同的烧瓶，烧瓶内装有质量相等的煤油、型号相同的温度计和阻值相等且不变的电阻丝R，如图所示．另外，还有满足实验要求的电源、滑动变阻器和开关各一个，电流表和停表各一块，导线若干．请利用上述实验器材，设计一个实验证明：“保持电阻阻值不变，在相同时间内通过电阻的电流越大，电流通过电阻产生的热量越多”．实验设计中可用煤油升高的温度Δt的大小表示电流通过电阻丝R产生热量的多少．请画出实验电路图，写出实验步骤，画出实验数据记录表格．
2．同学们要探究“电流热效应与电阻大小的关系”。老师为他们提供了如图所示的器材，其中电热丝电阻R1＜R2。
（1）请利用提供的器材设计实验；( )
（2）进行实验时，他们发现实验现象不明显，请分析出现此现象的可能原因；（写出两点原因）
（3）调整好器材，通电一段时间后，发现气球2鼓起得更大些，由此可得出的结论是 。
3．如图所示，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、完全相同的温度计，烧瓶内还分别装有阻值为10Ω的电阻丝R1和阻值为5Ω的电阻丝R2，实验桌上还有满足实验要求的电源、滑动变阻器和开关各一个，电流表和停表各一块，导线若干。请你利用上述实验器材证明“电流通过电阻产生的热量跟电阻阻值大小有关”，并写出主要实验步骤，画出实验数据记录表。
参考答案：
1．详见解析
【详解】(1)首先电流表调零，观察各温度计，待三瓶液体的初温相同，记为t0；
(2)如图连接电路，断开开关S，滑动电阻器在最大阻值处；
(3)闭合开关S，调节滑片P，使电流表示数为I1，同时按下停表，经过时间T之后，读取此时温度计示数为t1，将I1和t1记入表格；
（4）断开开关S，拆掉烧瓶甲，然后把烧瓶乙再串联在电路中，滑动电阻器调在最大阻值处；
（5）再闭合开关S，调节滑片P使电流表示数为I2，同时按下停表，经过时间T之后，读取此时温度计示数为t2，将I2和t2记入表格；
（6）仿照步骤（4）和（5），拆掉烧瓶乙，把烧瓶丙串联在电路中，读取电流表示数I3和t3，记入表格中；
（7）由△t1=t1－t0，△t2=t2－t0，△t3=t3－t0算出升高温度△t记入表格．
2． 见解析
装置气密性不好；球皮太厚 在电流和通电时间相同的条件下，相等时间内，电阻较大的导体比电阻较小的导体产生的热量多
【详解】（1）[1]按图连接电路，将两个电热丝串联，闭合开关，一段时间后，观察两气球鼓起的大小，并进行比较，总结电热与电阻的关系。
（2）[2]实验现象不明显，可能是装置气密性不好（气球漏气）；球皮太厚；电阻R1、R2的阻值相近产生的热量差不多，可比性差；电源电压太低（电流太小）产生的热量少。
（3）[3]气球2鼓起得更大些，说明R2产生的热量多，所以可得出结论：在电流和通电时间相同的条件下，相等时间内，电阻较大的导体比电阻较小的导体产生的热量多。
3．见解析
【详解】（1）要探究“电流通过电阻产生的热量跟电阻阻值大小有关”，需要控制通过电阻的电流和通电时间相同，需要把两电阻丝串联，比较在相同时间内两电阻丝产生的热量，即比较两烧瓶中煤油的温度变化；
实验步骤如下：
①把电源、开关和装有阻值为10Ω的电阻丝R1和阻值为5Ω的电阻丝R2的烧瓶串联在电路中，注意开关应处于断开状态，把R1、R2的阻值和煤油的初温记录在表格中；
②闭合开关，加热一段时间，把两个烧瓶中煤油的末温和煤油温度的变化量记录在表格中；
③分析表格中的数据，得出结论。
（2）根据以上分析可知，实验中要记录的数据有：电阻丝的阻值、煤油的初温、煤油的末温以及煤油温度的变化量；实验数据记录表如下：
T/s
I/A
△t/℃
电阻丝R/Ω
煤油的初温t0/℃
煤油的末温t/℃
煤油温度的变化量Δt/℃