Question

如图是研究电流热效应的实验装置图．两个相同的烧瓶中均装入0.1kg的煤油，烧瓶A中电阻丝的阻值为4Ω，烧瓶B中的电阻丝标识已看不清楚．当闭合开关，经过210s的时间，烧瓶A中的煤油温度由20℃升高到24℃，烧瓶B中的煤油温度由20℃升高到22℃．假设电阻丝产生的热量全部被煤油吸收，电阻丝的阻值不随温度变化，电源电压保持不变，已知煤油的比热容c=2.1×103J/．     求：（1）在此过程中烧瓶A中煤油吸收的热量；
 （2）烧瓶B中电阻丝的阻值； 
（3）电源的电压及电路消耗的总功率．
本次实验探究的是电流通过导体产生的热量多少与______的大小关系，若想接着探究它与电流的关系只需在原电路中加一个可以改变电流的______   即可（填电路元件名称）．若还想用这次实验装置探究煤油和水的比热容的大小只需控制装在A和B中的煤油和水的初温和______相同以及电阻丝的阻值______（“相同”或“不同”）即可．

Answer

（1）知道煤油的质量、煤油温度的升高值、煤油的比热容，利用吸热公式求烧瓶A中煤油吸收的热量；
（2）由题知，两烧瓶中煤油的质量相等，升高温度的大小关系，根据吸热公式得出吸收热量的关系，而电阻丝产生的热量全部被煤油吸收，再根据焦耳定律Q=I2Rt分析得出两电阻的大小关系；
（3）求出了烧瓶A中煤油吸收的热量，利用焦耳定律求出此时电路中的电流，两电阻阻值以求出，根据串联电路的欧姆定律求出总电压（电源电压），在根据P=UI求总功率．
①由实验电路可以看出，两个电阻串联，所以通过的电流相等，而电阻的大小不同，所以此题是研究电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系；
②移动滑动变阻器滑片改变电路电阻，从而改变电路电流，可以验证导体产生的热量与电流大小的关系；
③若想探究煤油和水的比热容的大小，需要利用控制变量法，结合Q=cm△t和Q=I2Rt综合分析得出结论．
【解析】
（1）烧瓶A中煤油吸收的热量：
QA=cm△tA=2.1×103J/（kg•℃）×0.1kg×（24℃-20℃）=840J；
（2）根据题意：
mA=mB，
△tB=22℃-20℃=2℃，
△tA=24℃-20℃=4℃，
即△tB=△tA，
∴烧瓶B中煤油吸收的热量：
QB=QA=×840J=420J；
∵Q=I2Rt，两电阻丝RA、RB串联，
∴RB=RA=×4Ω=2Ω；
（3）由QA=I2RAt得电路中的电流：
I===1A，
电源电压：
U=I（RA+RB）=1A×（4Ω+2Ω）=6V．
电路消耗的总功率：
P=UI=6V×1A=6W．
①实验中两个电阻串联，通过两电阻的电流、通电时间都相同，只有电阻的阻值不同，所以是研究电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系；
②在电路中串联一个滑动变阻器，通过改变滑片的位置，使电路中的电流改变，注意通电时间要相同，然后比较同一个电阻丝几次的产生的热量，从而验证导体产生的热量与电流大小的关系；
③根据Q吸=cm△t可知，探究煤油和水的比热容的大小需控制质量相等、吸收的热量相同，初温相同，来比较升高的温度大小；
又Q=I2Rt，因为串联，故电流、通电时间相同，需要产生相同的热量还需相同的电阻，即探究煤油和水的比热容的大小只需控制装在A和B中的煤油和水的初温和质量相同以及电阻丝的阻值相同即可．
答：（1）在此过程中烧瓶A中煤油吸收的热量为840J；
（2）烧瓶B中电阻丝的阻值2Ω；
（3）电源的电压为6V，电路消耗的总功率6W；
电阻；滑动变阻器；质量；相同．