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$5:2$
电流
①②
只闭合开关$\mathrm{S}_2,$改变通电时间,观察温度计示数的变化量
【分析】
首先,对于煤油吸收热量之比,根据吸热公式$Q_{\mathrm{吸}}=cm\Delta t$,由于煤油质量相等、比热容相同,吸收热量之比等于升高的温度之比,只需找到$R_1$、$R_2$对应的煤油升温值,计算比值即可。
分析实验①③时,$R_1$与$R_3$电阻相同,电流不同,煤油升温不同,由此可判断热量与电流有关;探究热量与电阻的关系,需控制电流和通电时间相同、改变电阻,因此选择电流相同的实验①②;探究热量与通电时间的关系,需控制电流和电阻相同、改变通电时间,据此确定操作方法。
【解析】
1. 计算煤油吸收热量之比:
已知煤油质量$m$相等,比热容$c$相同,根据$Q_{\mathrm{吸}}=cm\Delta t$,可得$\frac{Q_{1}}{Q_{2}}=\frac{cm\Delta t_{1}}{cm\Delta t_{2}}=\frac{\Delta t_{1}}{\Delta t_{2}}$。
由实验数据,$R_1$对应的煤油升温$\Delta t_{1}=10\ \mathrm{° C}$,$R_2$对应的$\Delta t_{2}=4\ \mathrm{° C}$,因此$\frac{Q_{1}}{Q_{2}}=\frac{10\ \mathrm{° C}}{4\ \mathrm{° C}}=\frac{5}{2}$。
2. 分析实验①③:
$R_1=R_3=6\ \Omega$(电阻相同),实验③的电流大于实验①,且③中煤油升温更高,说明在电阻和通电时间相同的情况下,电流越大,导体产生的热量越多,即导体产生的热量与电流有关。
3. 探究热量与电阻的关系:
要探究导体产生的热量与电阻的关系,需控制电流和通电时间相同,改变电阻。实验①②中,$R_1$与$R_2$串联,电流相同、通电时间相同,$R_1≠ R_2$,煤油升温不同,因此比较实验①②可知导体产生的热量与电阻有关。
4. 探究热量与通电时间的关系:
要探究导体产生的热量与通电时间的关系,需控制电流和电阻相同,改变通电时间。操作方法为:只闭合开关$\mathrm{S}_2$,改变通电时间,观察温度计示数的变化量(此时只有$R_2$工作,电阻和电流不变,通过改变通电时间探究热量与时间的关系)。
【答案】
$5:2$;电流;①②;只闭合开关$\mathrm{S}_2$,改变通电时间,观察温度计示数的变化量
【知识点】
电流的热效应;控制变量法;吸热公式应用
【点评】
本题通过控制变量法探究电流热效应的影响因素,将电阻产生的热量转化为煤油升温的变化,考查了对焦耳定律实验的理解与应用,关键是准确运用控制变量法分析实验条件与现象。
【难度系数】
0.6