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  4. 串联电路的电流规律焦耳定律及计算公式

小明用如图甲所示的实验器材探究焦耳定律:在质量相同的两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝,甲烧瓶中的金属丝是铜丝,电阻比较小,乙烧瓶中的金属丝是镍铬合金丝,电阻比较大.温度

一、题文

小明用如图甲所示的实验器材探究焦耳定律:在质量相同的两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝,甲烧瓶中的金属丝是铜丝,电阻比较小,乙烧瓶中的金属丝是镍铬合金丝,电阻比较大.温度计显示煤油的温度.
(1)电路中将两金属丝串联的目的是______.闭合开关后,观察到乙烧瓶中温度计的示数升高快.这表明:______.
(2)在探究电热与电流大小的关系时,可以通过______来改变电流的大小,通电相同时间,观察比较______(选填“不同的电阻丝”或“同一根电阻丝”)所在瓶中煤油温度的变化.
(3)小聪觉得以上的实验操作太繁,为此他设计了如图乙所示的电路(三个瓶中装有质量相同的煤油,三个金属丝电阻大小关系是:R=R>R),这样只要连接一次电路就能完成实验探究.在小聪的设计中,探究电热的多少与电流的关系,应该对比______两个烧瓶中的煤油上升的温度,探究电热的多少与电阻的关系,应该对比______两个烧瓶中的煤油上升的温度.若闭合开关通电一段时间后,三个瓶中煤油的温度从高到低依次是______.
(4)在他们俩设计的实验中都运用了______的物理研究方法(至少写出一个).

考点提示:串联电路的电流规律,焦耳定律及计算公式

二、答案

(1)根据串联电路各处的电流相等可知,将两根不同的电阻丝串联起来接入电路,主要是为了控制电流相同;
根据Q=I2Rt可知,闭合开关后,观察到乙烧瓶中温度计的示数升高快,这表明:在电流和通电时间相同时,电阻越大产生的热量越多.
(2)根据Q=I2Rt可知,探究在通电时间相同时,电热跟电流的大小之间的关系时,可以保持金属丝的电阻不变,通过移动滑片来改变电路中的电流,观察同一根电阻丝所在瓶中煤油温度的变化进行实验.
(3)由Q=I2Rt可得:要比较电热的多少与电流的关系,应使电阻相等,故应对比甲、丙两个烧瓶中的煤油上升的温度;
要比较电热与电阻的关系,应使电流相等,故应对比甲、乙两个烧瓶中的煤油上升的温度;
若闭合开关通电一段时间后,三个瓶中煤油的温度从高到低依次是:丙、甲、乙.
(4)在他们俩设计的实验中都运用了控制变量法(或转换法)的物理研究方法.
故答案为:(1)控制电流相等;在电流和通电时间相同时,电阻越大产生的热量越多;(2)移动滑片;同一根电阻丝;(3)甲丙;甲乙;丙甲乙;(4)控制变量法(或转换法).

三、考点梳理

知名教师分析,《小明用如图甲所示的实验器材探究焦耳定律:在质量相同的两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝,甲烧瓶中的金属丝是铜丝,电阻比较小,乙烧瓶中的金属丝是镍铬合金丝,电阻比较大.温度》这道题主要考你对 串联电路的电流规律焦耳定律及计算公式 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:串联电路的电流规律,焦耳定律及计算公式

考点名称:串联电路的电流规律
  • 串联电路特点:
    串联电路中,电流处处相等,即I=I1=I2=…=In。在串联电路中只要测出任何一个位置的电流,就知道了其他位置的电流。

  •  实验探究串联电路的电流规律:
    1. 实验电路:


    2. 实验步骤:
    (1)根据串联电路的电路图,组装好实验装置
    (2)选用电流表的最大量程,并把电流表接在电路的a处。
    (3)合上开关,测出a处的电流值。
    (4)把电流表先后改接在电路中的b、c处,分别测出电流值,并对电路中Ia、Ib、Ic进行比较分析。

    3. 结论:串联电路:各处电流都相等Ia=Ib=Ic。

  • 串联电路中短路的特殊作用:
    1.跟某个用电器并联的开关,可起到控制电路的作用。闭合开关时,被控制的用电器因短路而停止工作;断开开关时,被控制的用电器可与其他用电器一起工作。
    2.报警电路,用于防盗与防逃。用电线与电铃并联,线断后电铃发声。
考点名称:焦耳定律及计算公式
  • 焦耳定律:
    1. 定义:电流通过导体时所产生的热量Q,跟电流的平方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电的时间成正比。

    2. 公式:Q=I2Rt,适用范围:任何电路。
  • 探究方法:
    控制变量法:
    (1)控制电流和电阻相同,研究电热与通电时间的关系
    (2)控制通电时间和电阻不变,改变电流的大小,研究电热与电流的关系
    (3)控制通电时间和电流不变,改变电阻大小,研究电热与电阻的关系

    串并联电路电热关系:

    串联电路中,电热之比等于电阻之比,
    (根据Q=I2Rt)
    并联电路中,电热之比等于电阻的反比(或倒数比),即(根据:

  • “焦耳定律”中的控制变量法:
         焦耳定律的实验运用了控制变量法,当两段电阻串联时,控制电流和通电时间相同,得出电流产生的热量与电阻大小有关,当两电阻并联时,控制电阻和通电时问不变,得出电流产生的热量与电流大小有关。
    例:小宇和小刚想利用如图所示的装置来探究 “导体产生的热量与其电阻大小的关系”。两只相同的烧瓶中装有适量的煤油,烧瓶A中浸泡着一段铜丝,电阻较小;烧瓶B中浸泡着一段镍铬合金丝,电阻较大,温度计显示煤油的温度。

    (1)为保证实验科学合理,两个烧瓶中所装煤油的质量应该____。
    (2)实验中,小字和小刚发现B烧瓶中温度计的示数升高得快。这表明:在电流和通电时间相同的情况下,导体的电阻越大,产生的热量______。

    解析:(1)利用控制变量法在探究“导体产生的热量与其电阻大小的关系”时应控制其他因素不变,如煤油的质量,相同的烧瓶,相同的温度计等。
    (2)B瓶中温度计升高得快,说明相同时间内煤油吸收的热量多,由于镍铬合金丝电阻大于铜丝电阻,所以在电流和通电时间相同时,导体电阻越大,产生的热量越多。

    答案(1)相同(或相等或一样)(2)越大(或越多)

  • 为什么电炉工作时“电炉丝热得发红而导线却不怎么热” :
          由于电炉丝和导线串联在电路中,通过它们的电流相等,而电炉丝的电阻比导线的电阻大得多,根据 “在电流相等的条件下,电能转化成热时的功率跟电阻成正比”,Q=I2Rt可知,在通电时间相同时,电流通过电炉产生的热量比电流通过导线产生的热量要多得多.所以电炉丝热得发红,而导线却不怎么热。

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