初中物理焦耳定律实验题

(4分)如图是”探究电流通过导体产生的热量跟电阻大小关系”的实验装置图．A、B两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，烧瓶A内金属丝是铜丝，电阻较小；烧瓶B内的金属丝是镍镉合金丝，电阻较大．

(1)实验中通过观察       来比较电流产生的热量的多少．
(2)实验中应使两瓶中盛装的煤油的质量    (选填”相等”或 “不相等”)．
(3)当开关闭合后，    (选填”A”或”B”)瓶中电流产生的热量较多．
(4)该实验装置还可以研究通电时间一定时导体产生的热量与      的关系．

小明同学用如图所示的实验装置探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系”。甲、乙两瓶中装入了质量和初温度相同的同种液体。
（1）实验中将锰铜丝和镍镉合金丝串联接入电路中，是为了控制     、         相同。
（2）实验中根据锰铜丝和镍镉合金丝的电阻的大小及观察到的           ，可得出电流通过导体产生的热量与电阻的关系。

探究“电流通过导体产生的热量跟什么因素有关”，某同学将两段阻值不同的电阻丝R₁、R₂分别密封在两个完全相同的烧瓶中，并设计了如图所示的甲、乙两套装置。已知电源电压相等且保持不变，R₁<R₂，装入烧瓶的煤油质量相等。下列有关此探究活动的各种表述，错误的是

A．此实验中，电流通过导体产生热量的多少是通过温计示数变化的大小体现出来的

B．甲装置可探究电流通过导体产生的热量与电阻是否有关

C．比较相同通电时间内a、c两温度计示数变化，可探究电流产生的热量与电流是否有关

D．在相同的通电时间内，d温度计所在烧瓶中的电阻丝产生的热量最多

运用知识解决问题：

（1）电炉子工作时，通过导线和电炉丝的电流相等，电炉丝电阻比导线电阻　　，根据焦耳定律可知，相同时间内电炉丝产生的热量比导线　　，所以电炉丝热得发红而导线不太热。

（2）如图所示家庭电路，吊灯 $L_1$和 $L_2$有开关 $S$控制，墙上有一个固定的三孔插座。请把电路连接完整。

（3）将定值电阻 $R_1$和 $R_2$串联后接在电压为 $6V$的电源两端， $R_1:R_2=1:2$， $R_1$的电功率为 $2W$，则 $R_1$两端的电压 $U_1=$　　 $V$， $R_2=$　　 $\Omega$。

小明用如图所示装置探究电流产生的热量与电阻的关系：

（1）实验中应保证两个相同的透明容器中密封的空气质量       。
（2）将此装置接入电路，通电一段时间后，两Ｕ型管中液面高度的变化如图所示，由此说明：当       和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越     。
（3）家庭线路改造之一，就是把导线换成更粗的，目的是减小导线的      ，从而减小电流在导线上产生     损失。

学习“焦耳定律”后小明想到两个问题：如果用两种液体来 做实验会怎样？如果将两个电阻并联又会怎样？于是他用一个电压恒定的电 源，两个电加热器等相关器材进行探究，其中两个电加热器的电阻分别为 R₁、R₂（R₁<R₂，不计热量损失）。

（1）请你帮小明完成这两个问题的探究．
①他在两个烧杯中分别放入质量和初温均相等的纯水和煤油，如图是他 组成电路的一部分．通电一段时间后，电阻＿＿＿＿＿（选填“R₁”或“R₂”） 应放出的热量多．但小明却发现甲杯中温度升高得快．你认为产生这种现象的原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿．
②待两个电加热器冷却后，小明用刚才的实验器材组成了并联电路，他在两个烧杯中都更换成＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿相等的煤油，同时工作一段时间后，发现 R₁所在烧杯中的煤油温度升高得快，这说明当＿＿＿＿＿相同时，电阻越＿＿＿＿，产生的热量越多． （2）小明想到，生活中的一些大功率用电器．如电炉、空调等，在使用插座时，有时会烧坏插座，有经验的电工只需将原来的钢质插头更换成铜质插头，这样就可以解决问题．这是因为铜质插头的电阻比钢质插头的电 阻＿＿＿＿＿，在相同时间内产生的热量＿＿＿＿＿．

电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝和导线通过的电流相同，电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。为探究其原因，小明连接了如图所示的实验电路，其中 $R_1>R_2$。

（1）实验中通过　              　（选填“温度计示数”“加热时间”或“温度计示数的变化”）来反映电阻丝产生热量的多少。在“探究动能的大小与哪些因素有关”的实验中就用到这种思想和方法：让同一钢球从光滑斜面上不同高度滚下后撞击木块，通过木块　　来反映动能的大小。

（2）实验表明：在电流和通电时间相同时，电阻越大，电流产生的热量越多。请解释“电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热”的原因：　               　。

某科学小组对电流通过导体产生热的多少与哪些因素有关进行了研究。装置如图，2只烧瓶内装满煤油，瓶塞上各插1根玻璃管，瓶内各装1根阻值不同的电阻丝 $R_{甲}$和 $R_{乙}$。

猜想一：电热跟电流的大小有关，电流越大电热越多；

猜想二：电热跟导体的电阻大小有关，电阻越大电热越多。

为验证猜想一，设计以下方案：

①将电阻丝 $R_{甲}$和 $R_{乙}$串联在电路中，标出2根玻璃管内液面的位置，闭合开关记下电流表的读数 $I_1$，经过一段时间后标出2根玻璃管内液面的位置；

②当2根玻璃管中的液面降到原来的高度后，减小滑动变阻器的阻值，闭合开关记下电流表的读数 $I_2$，经过相同时间后标出2根玻璃管内液面的位置。

请回答下列问题：

（1）为使实验现象明显，经常会采用转换或放大的思想。为比较电热丝产生热量的多少，实验中体现这些思想的设计有　            　。（写出一条即可）。

（2）为验证猜想一，必须比较同一个烧瓶中前后两次实验玻璃管内液面上升的高度，原因是　　。

（3）科学研究倡导有依据的猜想，请说出生活中支持猜想二的一个实例：　　。

为了探究影响电热的因素，小伟设计了如图所示电路，烧瓶中盛有质量、初温均相等的煤油，R_甲>R_乙。

⑴为了在较短的时间内达到明显的实验效果，选用煤油而不用水，主要是由于_________________；实验中电流产生的热量的多少是通过＿＿＿＿＿＿＿＿＿来反映的（选填“温度计升高的示数”或“加热时间”）。
⑵通电一段时间后，比较两烧瓶中温度计的示数，是为了探究电热与_______的关系。
⑶要利用此装置来探究电热与电流的关系，你还需要的操作是_____________，观察比较 __    ___。
⑷若将此装置改装后用来测量煤油的比热容，则除了将其中一只烧瓶中的煤油改成相同质量的水之外，还需做的改动是：_______________．实验时，测得水和煤油的初温均为t₀，通电一段时间后，测出水和煤油的温度分别为t_水、t_煤油，请写出计算煤油比热容的表达式：c_煤油=________________（已知水的比热容为c_水）。

为了探究电流产生的热量跟什么因素有关，王军设计了如下图所示的家甲、乙两种装置，他将两端阻值不同的电阻丝（R₁<R₂）分别密封在两个完全相同的烧瓶中，并通过短玻璃管与相同的气球相连，两次实验电源电压不变。

（1）在这个实验中，电流产生的热量多少是通过                               体现出来的，像这种用能直接观测的量来显示不容易直接观测的量的方法叫“转换法”，这种方法在物理学研究中经常用到，请举一例：
（2）甲装置可探究电流产生的热量与              的关系。
（3）在装置甲、乙的来两次实验中，通过比较相同时间里气球B与D的变化情况可探究电流产生的热量与              的关系。
（4）在甲、乙两装置同时实验，在相同的通电时间里，与气球        （填气球字母标号）相通的电阻丝产生热量最多。
（5）教材上的实验装置如图丙所示（烧瓶与图中的相同）。比较甲、乙和丙图所示的两种不同的实验装置，你认为较好的装置是       ，理由是：

在验证焦耳定律 $(Q=I^2\mathit{Rt})$中电热与电阻的定性关系时，实验小组出现了如图三种电路连接情况（已知 $R_{甲}<R_{乙})$。闭合开关，三种电路的电流表指针均发生了偏转，经过一段时间后观察并记录2根玻璃管内液面上升的高度△ $h$，小组实验报告汇总如下表，请把表格空白处填写完整。

实验电路	玻璃管内液面高度	小组结论	你的合理解释与评价
$A$	液面都不上升	导体产生的热量跟电阻无关	（1）
$B$	液面都上升，且△ $h_{甲}<$△ $h_{乙}$	电流通过导体时，电阻越大，产生的热量就（2）	电流和时间都相同，验证了焦耳定律中 $Q$与 $R$的定性关系
$C$	液面都上升，且△ $h_{甲}$（3）　　△ $h_{乙}$	电流通过导体时，电阻越小，产生的热量就越多	（4）

在探究“影响电流热效应的因素”实验中：

（1）为了探究电流通过电阻产生的热量与电流的关系，小明设计了甲图装置，在烧瓶内安装一根电阻丝，并插入一支温度计，该实验通过比较    来判断相同时间内不同电流产生的热量多少，下面的探究实验中，也是采用这种研究方法的是     （填序号）。（图中烧瓶内装有质量相等的煤油）
A．力是看不见的，可以通过力的作用效果认识它
B．探究电流与电压、电阻的关系
C．用总电阻表示同一段电路中串联的两个电阻
（2）若要探究电阻产生热量与电阻的关系，可选择乙图中   （选填“A”或“B”）烧瓶中的电阻与甲图中的烧瓶电阻     （选填“串联”或“并联”）．
（3）小明提议利用上述实验装置该做“比较水和煤油比热容的大小”的实验，则他应选择乙图中   （选填“A”或“B”）烧瓶与甲图中的烧瓶并联，并将其中一烧瓶中的液体换成     ．水和煤油吸热的多少是通过  来反映的（选填“温度计示数”或“加热时间”）．

图甲是探究“影响电流热效应的因素”的实验装置。

（1）小明同学研究该问题所建立的理想模型是：
①电流通过电阻丝产生的电热全部被_______ ；
②加热过程中，液体没有对外______。
（2）如图甲所示，在两个相同的烧瓶中应装有质量相等的__________（选填“同种”或“不同种”）液体，瓶中各放置一根电阻丝，且R_A与 R_B大小不等，这样的装置可以探究___________________________________。
（3）图乙是小明完成以上探究之后描绘出的两支温度计示数随时间变化的图像，分析图像可知，阻值较大的电阻丝是________ 。（选填“R_A”或“R_B”）
（4）实验中通过温度计的示数变化来比较电热的多少，下列事例中采用跟这种研究方法类似的是（    ）

A．研究物体的动能与速度的关系时，保持质量不变

B．利用磁感线来描述磁场的分布

C．通过吸引大头针数目的多少，判断电磁铁磁性的强弱

D．选择轻质小卡片来探究“二力平衡的条件”

在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验中，提供了如图的实验器材，其中 $R_1>R_2$

实验一：探究电流产生的热量与电阻的关系

（1）请按照图中的电路图将对应实物图连接完整；

（2）电路中电阻丝的连接方式是为了控制　　；电阻丝放出热量的多少，通过　　来进行判断；

（3）闭合开关，经过一定时间，用电阻丝 $R_1$加热的煤油温度升高了△ $t_1$，用电阻丝 $R_2$加热的煤油温度升高了△ $t_2$，那么△ $t_1$　　△ $t_2$（选填“大于”，“等于”或“小于“ $)$。

实验二：探究电流产生的热量与电流的关系

（4）闭合开关，移动滑动变阻器的滑动触头，使电路中的电流变成实验一中电流的2倍，且通电时间相同。实验发现：用电阻丝 $R_1$（或 $R_2)$加热的煤油，温度升高量△ $t_1$’（或△ $t_2$’ $)$　　2△ $t_1$（或2△ $t_2)$（选填“大于”，“等于”或“小于” $)$，该实验说明电流产生的热量与电流　　正比例关系。

（5）你认为做这个实验产生误差的主要原因是　　。

结合图中的实验情景，按照要求回答下列问题，

（1）对图①中的两支蜡烛的要求是　　；

（2）图②中，　　的机械效率高；

（3）图③研究的是电流产生的热量跟　　的关系；

（4）图④中的　　（填“铁屑”或“小磁针” $)$能更好的显示磁场的分布。