【期末专题复习】2022-2023学年 物理九年级上学期-专题演练09：探究电流产生的热量与哪些因素有关的实验

2022—2023年度上学期9年级物理期末必考实验探究专题演练

专题09探究电流产生的热量与哪些因素有关的实验

1. （2022广西北部湾）（1）图甲是某物质熔化时温度变化曲线，由图可知，该物质属于______（选填“晶体”或“非晶体”），图中A点对应的温度如图乙温度计所示，读数为_______℃；

（2）图丙是“探究平面镜成像的特点”的实验装置，该实验用_______分别测量蜡烛和它的像到玻璃板的距离。当蜡烛向玻璃板靠近时，像的大小_______（选填“变大”“变小”或“不变”）；

（3）图丁所示，两容器中的电阻丝串联接到电源两端，是为了探究电流产生的热量与_______的关系，通电一段时间后，_______侧U形管中液面高度的变化较大。

【答案】（1）晶体  49 （2）刻度尺   不变   （3）电阻  右

【解析】（1）由图甲可知，该物质熔化时温度保持不变，所以该物质有固定熔点，是晶体。

由图乙可知，该温度计分度值为1℃，液柱所在位置的示数为49℃。

（2）探究平面镜成像的特点为了研究像距和物距的关系，用刻度尺分别测量蜡烛和它的像到玻璃板的距离，即为物距和像距；

由平面镜成像规律可知，像与实物大小相等，当蜡烛向玻璃板靠近时，实物大小不变，所以像的大小不变。

（3）由图丁可知，两容器中的电阻丝串联接到电源两端，通过两个电阻丝的电流相等，两个电阻丝的电阻不同，所以可以探究电流产生的热量与电阻的关系；由可知，在电流相同下，通电一段时间后，电阻大的右侧产生的热量多，右侧U形管中液面高度的变化较大。

2．某物理学习小组进行“探究电流相同时通电导体产生热量的多少跟电阻的关系”时，可供选用的器材有：6V电源，5Ω的发热电阻两只，10Ω的发热电阻两只，量程适合的温度计两只，规格相同的烧瓶两只，水，酒精，煤油，开关，导线若干。

（1）他们设计了图甲和图乙所示的两个方案，本实验应该选用图_____所示方案。

（2）所选方案中两发热电阻的阻值应______ ，两个烧瓶内的液体应为质量______的_______种类的液体。（均填“相同”或“不同”）

（3）已知比热容的大小为c水>c酒精>c煤油，为了缩短实验时间，应选用的液体是_______。完成上述实验后，实验小组利用以上器材，又添加了天平、烧杯、停表等器材，设计了“测定酒精的比热容”的实验。已知在本次实验条件下，水的沸点为100℃，酒精的沸点为78℃，忽略热量散失。

（4）实验小组认为图甲和图乙所示两个方案均可行，为了让两种液体相同时间内吸收的热量相同，不论选择哪种方案，两发热电阻的阻值应_____ （填“相同”或“不同”）。

（5）方案选定后，实验过程如下：

①将天平放在水平实验台上，把游码拨到标尺左端的零刻度线处，观察到指针偏向分度盘的左侧，向右调节_______，直至天平平衡。用烧杯和天平测量出质量相等的水和酒精，分别装入两个烧瓶里。

②记下两种液体的初始温度，接通电路，加热一段时间后，记下液体的末态温度。该实验过程中应保证酒精的温度低于______。

③根据表中数据可得酒精的比热容为______J/（kg·℃）。

（6）结合表中数据进一步分析，可知实验过程中选择的是图_______所示方案。

【答案】（1）甲 （2）不同  相同  相同 （3）煤油（4）相同（5）右  78℃  2.4×103 （6）乙   

【解析】（1）电流通过导体产生的热量与通过的电流、导体的电阻和通电时间有关，研究与其中一个因素的关系时，要控制另外两个因素不变。 探究电流相同时通电导体产生热量的多少跟电阻的关系时，要控制通电时间相同，只改变电阻的大小，根据串联电路各处的电流都相等（甲乙方案中通电时间都相等），本实验应该选用图甲所示方案。

（2）根据（1）可知，所选方案中两发热电阻的阻值应不同。

实验中电流产生的热量不易直接测量，可给质量相等的同种液体（比热容相同）加热，根据

通过温度计示数变化的多少反映产生热量的多少，采用了转换法。故两个烧瓶内的液体应为质量相同的相同种类的液体。

（3）已知比热容的大小为c水>c酒精>c煤油，根据，质量相同的液体升高相同的温度，比热容越小，吸热越少，故为了缩短实验时间，应选用的液体是煤油。

（4）实验小组认为图甲和图乙所示两个方案均可行，为了让两种液体相同时间内吸收的热量相同，根据Q=I2Rt，对甲图而言，两发热电阻要相同；对乙图而言，两电阻并联，由并联电路各支路电压相等，根据

可知，两发热电阻的阻值也应相同，即无论选择哪种方案，两发热电阻的阻值应相同。

（5）①将天平放在水平实验台上，把游码拨到标尺左端的零刻度线处，根据指针偏转的方向，平衡螺母调节的原则是：左偏右调，右偏左调。故观察到指针偏向分度盘的左侧，即向右调节平衡螺母，直至天平平衡。

②因酒精的沸点为78℃，故该实验过程中应保证酒精的温度低于78℃。

③电阻丝相同，相同时间放出的热量相同，因忽略热量散失，水吸收的热量等于酒精吸收的热量，根据有

即

故酒精的比热容为

（6）结合表中数据，实验过程中，电阻丝放出的热量为

若用甲方案，用两个5Ω的发热电阻，根据串联电阻的规律及欧姆定律，电路的电流为

根据焦耳定律Q=I2Rt，产生的热量为

Q1=I12Rt=(0.6A)2×5Ω×420s=756J

若选用两个10Ω的发热电阻，同理，电路的电流为0.3A，产生的热量为

Q2=I22Rt=(0.3A)2×10Ω×420s=378J

两种情况下电阻丝产生的热量都不等于3024J，故可知实验过程中选择的不是图甲所示的方案，只能是图乙所示方案（根据可知，实验中选用的两个5Ω的发热电阻）。

3. （2022江苏无锡）用如图所示的装置探究影响电流热效应的因素，三个相同的锥形瓶内均装有质量相等的煤油，电阻丝R1、R2、R3浸没在煤油中，其中R1=R3=6Ω、R2=3Ω。闭合开关前，记录下煤油的初温度t0；接通电源，同时闭合开关S1、S2，记录下电流I，通电相同时间，记录下煤油的末温度，结果如表所示，则R1、R2所在锥形瓶中的煤油升温所吸收的热量之比为_______比较①③可知，导体产生的热量与_______有关；比较_______（选填序号）可知，导体产生的热量与电阻有关，若要探究导体产生的热量与通电时间的关系，应进行的探究是：_______。

【答案】  5:2   电流   ①②  只闭合开关S2，改变通电时间，观察温度计示数的变化量

【解析】因为三个相同的锥形瓶内均装有质量相等的煤油，根据可得，吸收的热量与温度变化量成正比，R1所在锥形瓶内的液体温度升高

30℃-20℃=10℃

R2所在锥形瓶内的液体温度升高

24℃-20℃=4℃

故吸收热量之比为5:2；

由题可知，R1=R3=6Ω，两个电阻阻值相同，由表格数据可知，③的电流大于①的电流，而升高的温度是③多一些，根据控制变量法，所以能够得出导体产生的热量与电流有关。

根据题目可知R1 =6Ω、R2=3Ω，电阻不同，且①②电流相同，①升高的温度比②高，能够得出导体产生的热量与电阻有关。

只闭合开关S2，改变通电时间，观察温度计示数的变化量就能够探究导体产生的热量与通电时间的关系。

4. （2022湖北宜昌）小杰和小芳在探究“电流产生的热量与哪些因素有关系”的实验中，在两个透明容器中密封等量的空气，各放置一段电阻丝，并连接一个装水的U形管，通过U形管中水面的高度差来判断电阻产生热量的多少。装置的密封性能良好，电源电压为6V。

（1）小杰根据图甲观察到的现象得到“在通电时间和电阻相同时，______，电阻产生的热量越多”的结论。

（2）小芳猜想电流产生的热量与电阻大小有关，下列能支持她猜想的现象是（      ）

A.正常工作时，“36V 54W”的灯泡比“12V 6W”的灯泡亮

B.接线板上接入的用电器越多，导线越容易发热

C.电熨斗工作时发热明显，而与之相连的导线却不怎么热

（3）为了验证猜想，小芳选用了5Ω和100Ω的电阻丝进行实验，如图乙所示，请你用笔画线把电路连接完整。______闭合开关，她发现较长时间后两个U形管的高度差均不明显，原因是______，请你提出改进办法：______。

【答案】 （1）电流越大 （2）C （3）    电路中电流太小（或者电阻太大或者电压太低） 将100Ω的电阻丝换为阻值更小的电阻丝（或增大电源电压）

【解析】（1）由图甲可知，两容器内的电阻大小相等，右侧两根电阻丝并联，然后与左侧的电阻丝串联，根据串联电路和并联电路特点可知，左侧容器内的电阻丝的电流大于右侧容器内电阻丝的电流，在通电时间相同的情况下，左侧U型管内液体的高度差大于右侧，说明左侧电阻丝产生的热量多，所以可以得出：在通电时间和电阻相同时，电流越大，电阻产生的热量越多。

（2）要探究电流产生的热量与电阻大小有关，要控制电流和通电时间相同。

A．正常工作时，“36V 54W”的灯泡的电流为

“12V 6W”的灯泡的电流为

电流不同，故A不符合题意；

B．接线板上接入的用电器越多，总功率越大，在电压不变时，根据欧姆定律可知，电流越大，没有控制电流相同，故B不符合题意；

C．电熨斗工作时，内部的电热丝和与之相连的导线串联，电流和工作时间相同，由于电热丝的电阻远大于导线电阻，电热丝产生的热量远大于导线产生的热量，说明电流产生的热量与电阻大小有关，故C符合题意。故选C。

（3）要探究电流产生的热量与电阻大小有关，在电阻不同时，要控制电流和通电时间相同，应该把电源、开关和两段电阻丝串联起来，如图所示

较长时间后两个U形管的高度差均不明显，可能是电路的电流太小，导致电阻丝产生的热量较少，根据欧姆定律，可以把其中较大的100Ω的电阻换成一个阻值较小的电阻丝（不能为5Ω），也可以增大电源电压。

5．如图所示，物理实验小组探究“电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关”的实验装置。两个透明容器中封闭着等量的空气，且都有一段电阻丝。将透明容器与U形管相连，接入电路。

（1）组装之前，U形管内注入适量红墨水，U形管　   　（选填“属于”或“不属于”）连通器。

（2）图甲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　   　大小是否有关的装置。

（3）实验中通过观察　   　的变化反映密闭空气温度的变化，在研究许多物理问题时都会用到这种方法，下列研究实例采用研究方法与此相同的是　   　。

 A．探究电流与电压、电阻的关系B．用铁屑显示磁体周围磁场分布 C．研究光的传播时，引入“光线”D．扩散现象表明分子在不停地做无规则运动

（4）由图乙所示，电流表的示数为　   　A，在这种情况下，右侧容器中定值电阻在10s内产生的热量

是　   　J。

（5）某实验小组发现通电一段时间后，其中一个U形管中的液面高度几乎不变，发生此现象的原因可能是　   　。

【答案】（1）不属于；（2）电流；电阻；

（3）U形管液面高度差；BD；（4）2；200；

（5）透明容器密闭性不好（透明容器漏气、对应电阻丝短路）

【解析】（1）由图知，U形管内注入适量红墨水，虽然下端相连通，但上端是密封的，所以不属于连通器；

（2）由图知，阻值不同的电热丝串联在两个密闭容器中，通过的电流和通电时间都相同，所以探究的是电流产生热量与电阻的关系；

（3）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但空气温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映。采用的是转换法；

A、探究电流与电压、电阻的关系，采用的是控制变量法；

B、用铁屑显示磁体周围磁场分布，采用的是转换法；

C、研究光的传播时，引入“光线”，采用的是模型法；

D、扩散现象表明分子在不停地做无规则运动，采用的是转换法。故选BD；

（4）由图知，电流表选择的是～3A量程，对应的分度值是0.1A，电流表示数为2A；

右侧容器中定值电阻在10s内产生的热量是Q＝I2Rt＝（2A）2×5Ω×10s＝200J；

（5）由Q＝I2Rt可知，电阻丝R1和R2在相同时间内产生的热量不同，则U形玻璃管中应该出现液面高度差；而其中一个U形玻璃管中液面高度几乎不变，说明与此相连的空气盒有可能漏气，也可能是对应的容器内的电热丝短路。

6．如图所示，物理实验小组探究“电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关”的实验装置。两个透明容器中封闭着等量的空气，且都有一段电阻丝。将透明容器与U形管相连，接入电路。

（1）此透明密闭容器和U形管　   　（填“是”或“不是”）连通器。

（2）实验中通过观察U形管两侧液面高度差的变化来反映密闭空温度的变化，在研究许多物理问题时都会用到这种方法，下列实验采用相同研究方法的是　   　。

A．探究电流与电压、电阻的关系 

B．用铁屑显示磁体周围磁场分布

C．研究光的传播时，引入光线

D．研究影响蒸发快慢的因素

（3）在乙装置中，A、B透明容器中相同时间产生热量较多的是　   　容器。

（4）小明同学将丙图中左侧烧杯中煤油换成等质量的水，又将右侧烧杯中的R2换成　   　（填“大于”“小于”或“等于”）R1的电阻，由此用来探究不同物质的吸热能力，通过实验描制成如丁图所示图象，由图象可知煤油的比热容为　   　J/（kg•℃）。

【答案】（1）不是；（2）B；（3）A；（4）等于；2.1×103

【解析】（1）由图知，U形管内注入适量红墨水，下端相连通，当上端有一个是封闭的，所以不属于连通器；

（2）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，根据转换法，实验中通过观察U形管液面高度的变化反映密闭空气温度的变化；

A、探究电流与电压、电阻的关系，采用的是控制变量法；

B、用铁屑显示磁体周围磁场分布，采用的是转换法；

C、研究光的传播时，引入“光线”，采用的是模型法；

D、研究影响蒸发快慢的因素，采用的是控制变量法；

故选B；

（3）由图可知，A、B透明容器中的两个电阻是串联的，电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多，所以A侧电阻产生的热量多；

（4）探究不同物质的吸热能力时，需保证液体的种类不同，液体的质量相同，加热源相同，因此需将乙图中的R2换成等于R1的电阻，并且需利用天平测量水的质量等于煤油的质量；

由图乙知，升高相同的温度，水用的时间是煤油的2倍，即吸收的热量是煤油的2倍，根据c＝可知，在质量、升温相同的情况下，比热容与Q成正比，故煤油的比热容：c＝×4.2×103J/（kg•℃＝2.1×103J/（kg•℃）。

7．用如图1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。

（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，在虚线框图2内画出对应的电路图。

（3）为达到实验目的，选用的两电阻丝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3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，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流的关系图象，根据焦耳定律可知，图4中能正确反映h﹣I关系的是________。

【拓展】用Q＝I2Rt可以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】（1）绝缘体；（2）如上；（3）相等；小于；（4）在电阻和通电时间相等时，电流越大产生的热量越多；（5）A；

【拓展】不能。含有电动机的电路，电流做的功大部分转化为机械能，有一小部分转换化内能，即发热了，W＝UIt＞Q。

【解析】（1）烧瓶中装入的煤油是绝缘体。

（2）原实物图中，R与R1并联后与R2串联，根据实物电路，画出对应的电路图，如下所示：

（3）“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，要控制电阻相等，即选用的两电阻丝R1与R2的阻值应相等，根据并联电路电流的规律，通过R1的电流小于通过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，说明在电阻和通电时间相等时，电流越大产生的热量越。

（5）小红用如图3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”，要控制电阻与通电时间相同，经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流的关系图象，根据转换法，煤油吸热越多，膨胀程度越大，液柱升高的越多，且膨胀程度与吸热多少成正比，根据焦耳定律可知，Q＝I2Rt﹣①，Rt常数，且Rt＞0，故由数学知识①式为Q关于I的抛物线，且开向上，图4中能正确反映h﹣I关系的是 A。

【拓展】用Q＝I2Rt可以算电流通过任何用电器产生的热量，而W＝UIt是计算电功的普遍适用的公式，Q＝W的条件是：纯电阻即不含有电动机等的电路（将电能全部转化为内能的电路）。如含有电动机的电路，电流做的功大部分转化为机械能，有一小部分转换化内能，即发热了，W＝UIt＞Q。W＝UIt不能计算电流通过任何用电器产生的热量。

8.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。