初中物理焦耳定律实验题

如图所示，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中的 　    　不相等。

（2）由于电流通过导体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A、B两U形管中液面高度的变化， 　    　（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 　    　（选填"大"或"小"），导体中产生的热量越多。

小明在探究"电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关"的实验中，提出了下列猜想：

A．与通电时间有关

B．与电阻大小有关

C．与电压大小有关

D．与电流大小有关

实验器材有：阻值不同的电阻丝若干、蓄电池、火柴、开关和导线若干。

请回答下列问题：

（1）探究猜想A时，将某一电阻丝接入电路，保证安全的情况下使火柴头充分接触电阻丝，闭合开关一段时间后火柴头才燃烧，这一现象说明：

①电阻丝产生的热量通过 　     　的方式传递给火柴头；

②电阻丝产生的热量与通电时间 　     　（选填"有关"或"无关"）；

（2）探究猜想B时，如图所示，将10Ω和20Ω的电阻丝串联接入电路，把两根相同的火柴头分别接触电阻丝（设火柴头与整根电阻丝接触）；

①小明思考，若相同时间内仅有一根电阻丝上的火柴头燃烧，据此能否判断该电阻丝产生的热量多？ 　     　（选填"能"或"不能"）；

②闭合开关较长时间后，发现两电阻丝均发热，但火柴头都没有燃烧。在不改变电源电压的情况下，选择下列哪组电阻丝进行实验更可行？ 　     　（填字母序号）

A.20Ω 30Ω

B.15Ω 15Ω

C.5Ω 25Ω

（3）小明通过上述实验发现：电阻越大，电流产生的热量越多。评估该实验时小明认为：串联电路中不同阻值的电阻两端所分电压不同，那么电流产生的热量与电阻大小有关的结论似乎不可靠。如果改变两电阻丝的连接方式，能否合理完成对猜想B的方案设计 　     　？请你说明理由 　     　。

在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验中，实验电路如图1所示，其中R₁＞R₂。

实验一：探究电流产生的热量与电阻大小的关系：

（1）请按照图1中的电路图将图2实物图连接完整；

（2）实验电路按照图1中的电路图连接是为了控制通电时间相同和控制 　     　；电阻丝放出热量的多少，通过 　     　来进行判断。

（3）为了便于比较两根电阻丝通过电流后产生热量的多少，a、b两瓶中要装入 　     　相等、初温相同的同种液体。为了在较短时间内达到明显的实验效果，实验时选用煤油而不选水，是因为煤油的比热容 　     　水的比热容（选填“大于”、“等于”或“小于”）。

实验二：探究电流产生的热量与电流大小的关系：

（4）闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，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R₁加热的煤油，在实验一中温度升高△t₁，在实验二中温度升高△t₁′，则△t₁′　     　2△t₁（选填“大于”、“等于”或“小于”），该实验说明电流产生的热量与电流大小 　     　正比例关系（选填“成”或“不成”）。实验中，用电阻丝R₂加热煤油重复以上实验步骤，也可以得出相同的结论。

（5）如果在两烧瓶中分别装入质量相等的不同液体，并接入两根阻值 　     　的电阻丝（选填“相同”或“不同”），就可用这个装置来探究两种不同液体的吸热性质。假设a烧瓶中液体的质量为m，瓶中电阻丝的阻值为R，测出通过它的电流为I，通电一段时间t后，温度计的示数变化量为△t，若不计热量损失，则a液体的比热容为 　     　（用所给出的物理量写出比热容的表达式）。

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　　。

如图是探究电流通过导体时产生热量的实验，甲、乙两套装置中各有两个相同的透明容器。其中密封着等量的空气和一段电阻丝（阻值在图中已标出）， $U$形管中装有等量的液体，接通电源，观察现象。

（1）实验中通过观察　　的变化来比较导体所产生热量的多少；这运用了　　（填“转换法”或“等效替代法” $)$的物理思想；

（2）用甲装置进行实验时，通过控制通电时间和电路中的　　不变，来研究导体产生热量与电阻的关系；

（3）在乙装置中， $C$、 $D$透明容器中产生热量较多的是　　容器。

如图是探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置。两个相同的透明容器中密封着等量的空气，将1、2和3、4导线分别接到电源两端。

（1）甲图所示的装置用来探究电流通过电阻丝产生的热量与　      　的关系，通电一段时间，　      　（选填“ $a$”或“ $b$”） 容器中电流产生的热量较多；

（2）通过观察乙图中的实验现象，可知　       　（选填“ $c$”或“ $d$”）容器中电阻丝的阻值大。

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　        　。

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：　               　。

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。

（1）为探究影响电阻大小的因素，甲同学利用同一种合金材料的 $a$、 $b$、 $c$三条电阻丝进行实验， $a$、 $b$长度相同， $b$、 $c$粗细相同，如图1所示。连接电路，分别接通 $a$、 $b$、 $c$，电流表的三次示数如图2所示，根据示数可以得出以下结论：

①比较 $a$、 $b$两次电表示数，可以得出电阻大小跟导体 　有关。

②比较 $b$、 $c$两次电表示数，可以得出电阻大小跟导体　　有关。

③由实验可以得出：三个电阻丝阻值从大到小关系是　　。

（2）乙同学利用这套实验器材试图对电热与电阻的关系进行探究：

①考虑到没有计时工具，他用小木棍蘸取等量蜡烛油分别粘放在 $a$、 $b$、 $c$电阻丝的中点处，然后使 $a$、 $b$、 $c$电阻丝能同时通电发热。乙同学是想利用　　来反映电阻丝发热量的大小。

②乙同学选择的电路图如图3所示，采取的是三个电阻丝　　（选填“串联”或“并联” $)$的连接方式，请你将未完成的电路连线补充完整。

③接通电路，观察到小木棍掉落的先后顺序是　　。

结合实验现象和甲同学实验得到的电阻大小关系，乙同学推测出：通电时间相同的情况下，电阻大的电阻丝产生的电热　　（选填“多”或“少” $)$，发现该结论与已学的焦耳定律不符。请你帮助他进行解释：在相同的通电时间内，当　　时，电阻大的电热就多；当　　时，电阻大的电热就少。

某兴趣小组利用图甲装置探究电流热效应的影响因素，实验步骤如下：

①将阻值为10欧和20欧的电阻丝分别置于 $A$、 $B$两个盛满煤油的烧瓶中，按图甲所示连接电路。

②闭合开关，将滑动变阻器的滑片移至某一位置，记录此时电流表的读数 $I$，通电一段时间，记录 $A$、 $B$烧瓶的玻璃管内液面的变化高度分别为△ $h_1$、△ $h_2$。

③断开开关，直至玻璃管中的液面降回各自初始位置。

④闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电流表的读数为 $2I$，当通电时间与步骤②相同时，记录 $A$、 $B$烧瓶的玻璃管内液面的变化高度分别为△ $h_3$、△ $h_4$，实验数据如表。

（1）步骤②中的电流表示数如图乙所示，此时电流为　　安。

（2）本实验通过设计串联电路来研究电阻对电流产生热量的影响，可以控制哪些变量相同？　　。

（3）小明认为：只要选择“△ $h_1$、△ $h_2$、△ $h_3$、△ $h_4$”四个量中的某两个量进行比较，就能说明“对电流产生热量多少的影响，电流比电阻更大”，请比较这两个量的大小关系：　　。

电流大小	烧瓶玻璃管内液面的变化高度
	$A$烧瓶 $(R_A=10$欧）	$B$烧瓶 $(R_B=20$欧）
$I$	△ $h_1$	△ $h_2$
$2I$	△ $h_3$	△ $h_4$

如图是探究“电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关”的实验电路（烧瓶、煤油质量和玻璃管均相同）。瓶中的电阻采用金属丝。

（1）完成电路的连接，要求滑动变阻器滑片向左移动时，电流表示数变小。

（2）实验中，通过观察　　来判断电流通过导体产生热的多少。

（3）在电流与通电时间相同的条件下，选用长度和横截面积都相同的两种材料进行实验，为了使实验现象最明显，可以选用表中的铜与　　进行对比。

材料	铜	铝	钨	镍铬合金
电阻（欧 $)$	0.0175	0.029	0.053	1.0

（4）要进一步探究导体产生的热的多少与电流是否有关，可以采取的方法是　　（允许改变元件位置，更换元件等，只要求写出一种）。

如图电路中，电阻 $R_l$的阻值为 $2\Omega$，当开关闭合后，电压表 $V_1$的示数为 $1V$， $V_2$的示数为 $2V$．求：

（1）电源两端的电压；

（2）通过 $R_1$的电流和 $R_2$的阻值；

（3） $R_2$在 $1\mathit{min}$内产生的热量。

为探究“电流通过导体产热的多少与导体电阻的关系”，小柯用如图甲所示装置进行实验，图中两个 $250\mathit{mL}$的同规格烧瓶内装有等体积的煤油，瓶塞上各插一根同规格的玻璃管，瓶内连接的电阻丝的阻值分期为 $5\Omega$和 $10\Omega$。

【实验步骤】

①连接好电路，将滑动变阻器的滑片移至　　端（填字母），分别标记两烧瓶内玻璃管中液面的起始位置。②闭合开关，通电 $t0$时间后，分别标记此时两烧瓶内玻璃管内液面的位置。③比较发现 $10\Omega$电阻丝所在烧瓶内玻璃管中液面上升更高。

【推测结论】在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，电流产生的热量　　。

【交流反思】

方案一：在前一次实验后，待玻璃管中的液面将回到起始高度后，按小柯的实验步骤②再次进行实验，比较两玻璃管内液面上升情况，得出结论。

方案二：用乙图所示装置替换甲图中对应装置（乙图中两个烧瓶规格相同，容积都为 $500\mathit{mL})$，按小柯的实验步骤①②进行实验，得出结论。

以上两种方案，你认为可行的有　　。

根据下列两个实验，回答相关问题：

（1）电流做功的过程是把电能转化为其他形式能的过程，一般情况下电流做功的多少我们无法直接观察出。小明同学为了“探究影响电流做功的因素”，设计了如图1所示的实验，通过此实验可以较形象的比较出电流做功的多少。该实验是通过观察　　比较电流在不同情况下做功多少的，此过程中是把电能转化为　　能；将滑动变阻器的滑片 $P$向左调节时，电流表和电压表的示数都变大，相同时间内物体被吊起的高度也变大了，这说明　　。

（2）实际生活中，用电器接通电源后，都伴有热量的产生，小明在“探究电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关”时，采用了如图2所示的实验装置，其中 $a$、 $b$、 $c$、 $d$四个相同的容器密闭着等量空气并与 $U$形管紧密相连，实验前 $U$形管两端液面相平，将1、2和3、4导线分别接到电源两端。

在实验过程中，通过观察 $U$形管中　　的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少：图甲所示的装置是用来研究电流通过电阻丝产生的热量与　　的关系，图乙所示的装置是用来研究通过电阻丝产生的热量与　　的关系，综合分析图甲乙两装置的实验现象，可以得出的结论是　　。