專題40焦耳定律冷門實驗的考法

2022年中考物理三輪復習冷熱門與重點亮點專題練(全國通用)專題40焦耳定律冷門實驗的考法（7道題）1.（2021貴州黔東南州）如圖是探究電流通過導體時產(chǎn)生熱量的多少跟什么因素有關的實驗裝置。甲、乙是完全相同的密閉容器，里面密封著等量的空氣，U形管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化，閉合開關前，A、B兩U形管內(nèi)液面相平。(1)實驗中，乙容器外部的電阻的作用是為了使左右容器內(nèi)導體的______不相等；(2)由于電流產(chǎn)生的熱量不易直接測量，因此在實驗中是通過觀察U形管中液面高度的變化來顯示甲、乙容器內(nèi)空氣溫度的變化，這里采用的物理研究方法是______；(3)通過對比觀察，______（選填“甲”或“乙”）容器中導體的電阻產(chǎn)生的熱量較多。由此可知，在電阻和通電時間相同時，電流越______導體產(chǎn)生的熱量越多?！敬鸢浮浚?）電流（2）轉換法（3）甲越大【解析】(1)乙容器外部的電阻的作用是為了使左右容器內(nèi)導體的電流不相等，因為左右容器內(nèi)兩導體的阻值相等，必須讓兩電阻的電流不同才能探究電流產(chǎn)生的熱量與電流的關系。(2)甲乙兩容器內(nèi)空氣溫度的變化不能直接測出，而是通過U形管液面高度變化來顯示，這是物理研究中的轉換法。(3)在電阻和通電時間相同時，甲容器內(nèi)液面高度差較大，說明甲容器內(nèi)的電阻產(chǎn)生較多的熱量，而甲容器內(nèi)電阻通過的電流較大，由此可知，在電阻和通電時間相同時，電流越大，導體產(chǎn)生的熱量越多。2.（2021廣西貴港）在“探究電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關”的實驗中，實驗電路如圖1所示，其中R1>R2。實驗一：探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻大小的關系；（1）請按照圖1中的電路圖將圖2實物圖連接完整；_______（2）實驗電路按照圖1中的電路圖連接是為了控制通電時間相同和控制_______；電阻絲放出熱量的多少，通過_______來進行判斷。（3）為了便于比較兩根電阻絲通過電流后產(chǎn)生熱量的多少，a、b兩瓶中要裝入_______相等、初溫相同的同種液體。為了在較短時間內(nèi)達到明顯的實驗效果，實驗時選用煤油而不選水，是因為煤油的比熱容_______水的比熱容（選填“大于”、“等于”或“小于”）；實驗二：探究電流產(chǎn)生的熱量與電流大小的關系（4）閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，使電路中的電流變成實驗一中電流的2倍，且通電時間相同。實驗發(fā)現(xiàn)：用電阻絲R1加熱的煤油，在實驗一中溫度升高Δt1，在實驗二中溫度升高Δt1′，則Δt1′_____2Δt1（選填“大于”、“等于”或“小于”），該實驗說明電流產(chǎn)生的熱量與電流大小______正比例關系（選填“成”或“不成”）。實驗中，用電阻絲R2加熱煤油重復以上實驗步驟，也可以得出相同的結論。（5）如果在兩燒瓶中分別裝入質(zhì)量相等的不同液體，并接入兩根阻值_______的電阻絲（選填“相同”或“不同”），就可用這個裝置來探究兩種不同液體的吸熱性質(zhì)。假設a燒瓶中液體的質(zhì)量為m，瓶中電阻絲的阻值為R，測出通過它的電流為I，通電一段時間t后，溫度計的示數(shù)變化量為Δt，若不計熱量損失，則a液體的比熱容為________（用所給出的物理量寫出比熱容的表達式）。【答案】（1）

（2）電流相等；溫度計的示數(shù)變化

（3）質(zhì)量；小于

（4）大于；不成

（5）相同；I2Rt【解析】（1）要探究電阻大小對導體產(chǎn)熱的影響，需要控制電流和通電時間相同；

（2）電流通過電阻絲產(chǎn)生熱量，放出的熱量被液體吸收掉，導致液體溫度上升，溫度計的示數(shù)變大，產(chǎn)生的熱量越多，溫度計示數(shù)越大，這體現(xiàn)了物理學中的轉化法；

（3）探究不同物質(zhì)的吸放熱能力，需要控制他們的質(zhì)量、初始溫度相同，得到的結論：相同質(zhì)量的物體上升或下降相同的溫度，比熱容大的物體吸收或放出的熱量多，或，相同質(zhì)量的物體吸收或釋放相同的熱量，比熱容大的物體溫度變化?。?/p>

（4）電流通過導體時會產(chǎn)生熱量，此現(xiàn)象就是電流的熱效應，產(chǎn)生的熱量通過焦耳定律Q=I2Rt來計算，導體產(chǎn)熱與電流的平方成正比；

（5）電流通過導體時會產(chǎn)生熱量，此現(xiàn)象就是電流的熱效應，產(chǎn)生的熱量通過焦耳定律Q=I2Rt來計算，結合物質(zhì)的質(zhì)量和溫度變化量求解比熱容。解答：（1）變阻器一上一下串聯(lián)接入電路中，如圖所示：（2）圖1中，兩個電阻絲串聯(lián)，通過它們的電流相等，通電時間相等。[3]根據(jù)轉換法知，電阻絲放出熱量的多少，是通過溫度計的示數(shù)變化來進行判斷的。（3）為了便于比較兩種電阻絲通過電流后產(chǎn)生熱量的多少，甲乙兩瓶中要裝入質(zhì)量相同、初溫相同的同種液體。因煤油比水具有較小的比熱容，故用煤油比用水更容易看出溫度的變化。（4）閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，使電路中的電流變成實驗一中電流的2倍，且通電時間相同，根據(jù)Q=I2Rt可知，電阻絲產(chǎn)生的熱量是原來的4倍；所以用電阻絲R1加熱的煤油，溫度升高Δt1′大于2Δt1，該實驗說明電流產(chǎn)生的熱量與電流不是正比例關系。（5）在兩燒瓶中分別裝入質(zhì)量相等的不同液體，并接入兩根阻值相等的電阻絲，可以探究兩種不同液體的吸熱性質(zhì)。電阻絲產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt，不計熱量損失，液體吸收的熱量Q吸=Q=cmΔt則c=Q3．如圖所示，物理實驗小組探究“電流通過導體產(chǎn)生熱量的多少與什么因素有關”的實驗裝置。兩個透明容器中封閉著等量的空氣，且都有一段電阻絲。將透明容器與U形管相連，接入電路。（1）此透明密閉容器和U形管（填“是”或“不是”）連通器。（2）實驗中通過觀察U形管兩側液面高度差的變化來反映密閉空溫度的變化，在研究許多物理問題時都會用到這種方法，下列實驗采用相同研究方法的是。A．探究電流與電壓、電阻的關系 B．用鐵屑顯示磁體周圍磁場分布C．研究光的傳播時，引入光線D．研究影響蒸發(fā)快慢的因素（3）在乙裝置中，A、B透明容器中相同時間產(chǎn)生熱量較多的是容器。（4）小明同學將丙圖中左側燒杯中煤油換成等質(zhì)量的水，又將右側燒杯中的R2換成（填“大于”“小于”或“等于”）R1的電阻，由此用來探究不同物質(zhì)的吸熱能力，通過實驗描制成如丁圖所示圖象，由圖象可知煤油的比熱容為J/（kg?℃）?！敬鸢浮浚?）不是；（2）B；（3）A；（4）等于；2.1×103【解析】（1）由圖知，U形管內(nèi)注入適量紅墨水，下端相連通，當上端有一個是封閉的，所以不屬于連通器；（2）電流通過導體產(chǎn)生熱量的多少不能直接觀察，根據(jù)轉換法，實驗中通過觀察U形管液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化；A、探究電流與電壓、電阻的關系，采用的是控制變量法；B、用鐵屑顯示磁體周圍磁場分布，采用的是轉換法；C、研究光的傳播時，引入“光線”，采用的是模型法；D、研究影響蒸發(fā)快慢的因素，采用的是控制變量法；故選B；（3）由圖可知，A、B透明容器中的兩個電阻是串聯(lián)的，電流和通電時間相同時，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多，所以A側電阻產(chǎn)生的熱量多；（4）探究不同物質(zhì)的吸熱能力時，需保證液體的種類不同，液體的質(zhì)量相同，加熱源相同，因此需將乙圖中的R2換成等于R1的電阻，并且需利用天平測量水的質(zhì)量等于煤油的質(zhì)量；由圖乙知，升高相同的溫度，水用的時間是煤油的2倍，即吸收的熱量是煤油的2倍，根據(jù)c＝可知，在質(zhì)量、升溫相同的情況下，比熱容與Q成正比，故煤油的比熱容：c＝×4.2×103J/（kg?℃＝2.1×103J/（kg?℃）。4.已知電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流、電阻和通電時間有關．在探究“電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的關系”時，可供選擇的器材有：8V穩(wěn)壓電源一個；20Ω和50Ω的滑動變阻器各一個；停表和開關各一個；塑料盒與U形管相連的實驗裝置一個，盒內(nèi)密封著空氣，盒內(nèi)電阻絲的阻值為20Ω；導線若干．（1）該實驗選用Ω的滑動變阻器更好．（2）連接好的實驗圖如圖所示．每次實驗（即獲得一組數(shù)據(jù)）后，都要斷開開關，打開盒蓋上的通氣孔，U形管內(nèi)兩液面迅速回到原位，等片刻后，關閉通氣孔，再進行下一次實驗．請畫出實驗用的表格，表中要有必要的信息．（3）某同學對實驗方案進行了重新設計：第一次實驗記錄高度差后，立即移動滑片增大電流做第二次實驗，……．每次實驗加熱時間相同，記錄的U形管內(nèi)兩液面高度差依次為Δh1、Δh2……．在處理數(shù)據(jù)時，該同學想用Δh2來間接反映第二次實驗電流通過導體產(chǎn)生的熱量，他這樣處理數(shù)據(jù)是否正確？．理由是．【答案】（1）50（2）記錄的實驗數(shù)據(jù)如下表（3）不正確Δh2間接反映了第一次和第二次實驗電流通過導體產(chǎn)生的熱量的和．不是第二次實驗電流通過導體產(chǎn)生的熱量．【解析】（1）盒內(nèi)電阻絲的阻值為20Ω為定值電阻，選滑動變阻器的電阻要大得好，因為這樣通過改變滑動變阻器電阻，電路電流能有效控制，不會太大，保護電源。（2）所畫表格要體現(xiàn)每次實驗電阻絲電阻為20Ω為定值電阻。時間一定。要體現(xiàn)U形管液面高度差，電流大小，熱量。（3）該同學想用Δh2來間接反映第二次實驗電流通過導體產(chǎn)生的熱量實錯誤的。因為Δh2間接反映了第一次和第二次實驗電流通過導體產(chǎn)生的熱量的和．不是第二次實驗電流通過導體產(chǎn)生的熱量．該同學在設計方案就是錯誤的。5．在“探究影響電流熱效應的因素”的實驗中，小明用如圖所示裝置進行實驗，甲、乙是兩個完全相同的燒瓶，瓶內(nèi)裝有質(zhì)量相等的煤油，瓶內(nèi)連接的電阻絲的阻值分別為5Ω和10Ω，A、B是相同的溫度計，還有滿足實驗要求的電源、滑動變阻器、電流表、開關和導線。（1）小明選用煤油而不用水，主要是考慮到煤油的比水的小，實驗現(xiàn)象更明顯；（2）閉合開關，移動變阻器的滑片在某位置，通電后觀察到B溫度計的示數(shù)比A溫度計的示數(shù)升高得快。由此可得出的結論是；（3）為了探究電流產(chǎn)生的熱量與電流的關系，小明準備將甲、乙兩燒瓶中的電阻絲并聯(lián)，通電相同時間后比較兩支溫度計升高的溫度得出結論。小明的設想（選填“可行”或“不可行”）。（4）完成以上探究后，小明將乙燒瓶內(nèi)的煤油換成等質(zhì)量的水，閉合開關，通電一段時間后，發(fā)現(xiàn)溫度計A升高的示數(shù)大于溫度計B升高的示數(shù)。根據(jù)這一現(xiàn)象，結合（2）中得到的結論，（選填“能”或“不能”）確定水的比熱容比煤油的比熱容大，理由是?！敬鸢浮浚?）比熱容；（2）電流和通電時間相同，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多；（3）不可行；（4）能；水吸收的熱量多，而升高的溫度小【解析】（1）為了在較短的時間內(nèi)達到明顯的實驗效果，小明選用煤油而不用水做實驗，主要是由于水的比熱容大于煤油的比熱容，吸收相同的熱量，溫度變化不明顯；（2）實驗中，兩燒瓶串聯(lián)，電流相同，通電時間相同，B溫度計的示數(shù)比A溫度計的示數(shù)升高得快，產(chǎn)生熱量多，由此可得出結論：通過導體電流和通電時間相同時，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多；（3）探究電熱與電流的關系時，需要控制電阻和通電時間得相同，而兩個燒瓶中電阻絲的阻值是不相等的，故小明的操作不可行；（4）小明將乙燒瓶內(nèi)的煤油換成等質(zhì)量的水，閉合開關，通電一段時間后，由（2）知乙中的水產(chǎn)生的熱量多，但發(fā)現(xiàn)溫度計A升高的示數(shù)大于溫度計B升高的示數(shù)，說明煤油的溫度變化大，根據(jù)Q＝cm△t知能確定水的比熱容比煤油的比熱容大。6．如圖所示，物理實驗小組探究“電流通過導體產(chǎn)生熱量的多少與什么因素有關”的實驗裝置。兩個透明容器中封閉著等量的空氣，且都有一段電阻絲。將透明容器與U形管相連，接入電路。（1）組裝之前，U形管內(nèi)注入適量紅墨水，U形管（選填“屬于”或“不屬于”）連通器。（2）圖甲是探究在通電時間相同和相同的情況下，導體產(chǎn)生的熱量與大小是否有關的裝置。（3）實驗中通過觀察的變化反映密閉空氣溫度的變化，在研究許多物理問題時都會用到這種方法，下列研究實例采用研究方法與此相同的是。A．探究電流與電壓、電阻的關系B．用鐵屑顯示磁體周圍磁場分布C．研究光的傳播時，引入“光線”D．擴散現(xiàn)象表明分子在不停地做無規(guī)則運動（4）由圖乙所示，電流表的示數(shù)為A，在這種情況下，右側容器中定值電阻在10s內(nèi)產(chǎn)生的熱量是J。（5）某實驗小組發(fā)現(xiàn)通電一段時間后，其中一個U形管中的液面高度幾乎不變，發(fā)生此現(xiàn)象的原因可能是?！敬鸢浮浚?）不屬于；（2）電流；電阻；（3）U形管液面高度差；BD；（4）2；200；（5）透明容器密閉性不好（透明容器漏氣、對應電阻絲短路）【解析】（1）由圖知，U形管內(nèi)注入適量紅墨水，雖然下端相連通，但上端是密封的，所以不屬于連通器；（2）由圖知，阻值不同的電熱絲串聯(lián)在兩個密閉容器中，通過的電流和通電時間都相同，所以探究的是電流產(chǎn)生熱量與電阻的關系；（3）電流通過導體產(chǎn)生熱量的多少不能直接觀察，但空氣溫度的變化可以通過液面高度差的變化來反映。采用的是轉換法；A、探究電流與電壓、電阻的關系，采用的是控制變量法；B、用鐵屑顯示磁體周圍磁場分布，采用的是轉換法；C、研究光的傳播時，引入“光線”，采用的是模型法；D、擴散現(xiàn)象表明分子在不停地做無規(guī)則運動，采用的是轉換法。故選BD；（4）由圖知，電流表選擇的是～3A量程，對應的分度值是0.1A，電流表示數(shù)為2A；右側容器中定值電阻在10s內(nèi)產(chǎn)生的熱量是Q＝I2Rt＝（2A）2×5Ω×10s＝200J；（5）由Q＝I2Rt可知，電阻絲R1和R2在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量不同，則U形玻璃管中應該出現(xiàn)液面高度差；而其中一個U形玻璃管中液面高度幾乎不