专题40焦耳定律冷门实验的考法

2022年中考物理三轮复习冷热门与重点亮点专题练(全国通用)专题40焦耳定律冷门实验的考法（7道题）1.（2021贵州黔东南州）如图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的______不相等；(2)由于电流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，______（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______导体产生的热量越多。【答案】（1）电流（2）转换法（3）甲越大【解析】(1)乙容器外部的电阻的作用是为了使左右容器内导体的电流不相等，因为左右容器内两导体的阻值相等，必须让两电阻的电流不同才能探究电流产生的热量与电流的关系。(2)甲乙两容器内空气温度的变化不能直接测出，而是通过U形管液面高度变化来显示，这是物理研究中的转换法。(3)在电阻和通电时间相同时，甲容器内液面高度差较大，说明甲容器内的电阻产生较多的热量，而甲容器内电阻通过的电流较大，由此可知，在电阻和通电时间相同时，电流越大，导体产生的热量越多。2.（2021广西贵港）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Δt1，在实验二中温度升高Δt1′，则Δt1′_____2Δt1（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Δt，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）。【答案】（1）

（2）电流相等；温度计的示数变化

（3）质量；小于

（4）大于；不成

（5）相同；I2Rt【解析】（1）要探究电阻大小对导体产热的影响，需要控制电流和通电时间相同；

（2）电流通过电阻丝产生热量，放出的热量被液体吸收掉，导致液体温度上升，温度计的示数变大，产生的热量越多，温度计示数越大，这体现了物理学中的转化法；

（3）探究不同物质的吸放热能力，需要控制他们的质量、初始温度相同，得到的结论：相同质量的物体上升或下降相同的温度，比热容大的物体吸收或放出的热量多，或，相同质量的物体吸收或释放相同的热量，比热容大的物体温度变化小；

（4）电流通过导体时会产生热量，此现象就是电流的热效应，产生的热量通过焦耳定律Q=I2Rt来计算，导体产热与电流的平方成正比；

（5）电流通过导体时会产生热量，此现象就是电流的热效应，产生的热量通过焦耳定律Q=I2Rt来计算，结合物质的质量和温度变化量求解比热容。解答：（1）变阻器一上一下串联接入电路中，如图所示：（2）图1中，两个电阻丝串联，通过它们的电流相等，通电时间相等。[3]根据转换法知，电阻丝放出热量的多少，是通过温度计的示数变化来进行判断的。（3）为了便于比较两种电阻丝通过电流后产生热量的多少，甲乙两瓶中要装入质量相同、初温相同的同种液体。因煤油比水具有较小的比热容，故用煤油比用水更容易看出温度的变化。（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，根据Q=I2Rt可知，电阻丝产生的热量是原来的4倍；所以用电阻丝R1加热的煤油，温度升高Δt1′大于2Δt1，该实验说明电流产生的热量与电流不是正比例关系。（5）在两烧瓶中分别装入质量相等的不同液体，并接入两根阻值相等的电阻丝，可以探究两种不同液体的吸热性质。电阻丝产生的热量Q=I2Rt，不计热量损失，液体吸收的热量Q吸=Q=cmΔt则c=Q3．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）此透明密闭容器和U形管（填“是”或“不是”）连通器。（2）实验中通过观察U形管两侧液面高度差的变化来反映密闭空温度的变化，在研究许多物理问题时都会用到这种方法，下列实验采用相同研究方法的是。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．研究影响蒸发快慢的因素（3）在乙装置中，A、B透明容器中相同时间产生热量较多的是容器。（4）小明同学将丙图中左侧烧杯中煤油换成等质量的水，又将右侧烧杯中的R2换成（填“大于”“小于”或“等于”）R1的电阻，由此用来探究不同物质的吸热能力，通过实验描制成如丁图所示图象，由图象可知煤油的比热容为J/（kg•℃）。【答案】（1）不是；（2）B；（3）A；（4）等于；2.1×103【解析】（1）由图知，U形管内注入适量红墨水，下端相连通，当上端有一个是封闭的，所以不属于连通器；（2）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，根据转换法，实验中通过观察U形管液面高度的变化反映密闭空气温度的变化；A、探究电流与电压、电阻的关系，采用的是控制变量法；B、用铁屑显示磁体周围磁场分布，采用的是转换法；C、研究光的传播时，引入“光线”，采用的是模型法；D、研究影响蒸发快慢的因素，采用的是控制变量法；故选B；（3）由图可知，A、B透明容器中的两个电阻是串联的，电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多，所以A侧电阻产生的热量多；（4）探究不同物质的吸热能力时，需保证液体的种类不同，液体的质量相同，加热源相同，因此需将乙图中的R2换成等于R1的电阻，并且需利用天平测量水的质量等于煤油的质量；由图乙知，升高相同的温度，水用的时间是煤油的2倍，即吸收的热量是煤油的2倍，根据c＝可知，在质量、升温相同的情况下，比热容与Q成正比，故煤油的比热容：c＝×4.2×103J/（kg•℃＝2.1×103J/（kg•℃）。4.已知电流通过导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间有关．在探究“电流通过导体产生的热量跟电流的关系”时，可供选择的器材有：8V稳压电源一个；20Ω和50Ω的滑动变阻器各一个；停表和开关各一个；塑料盒与U形管相连的实验装置一个，盒内密封着空气，盒内电阻丝的阻值为20Ω；导线若干．（1）该实验选用Ω的滑动变阻器更好．（2）连接好的实验图如图所示．每次实验（即获得一组数据）后，都要断开开关，打开盒盖上的通气孔，U形管内两液面迅速回到原位，等片刻后，关闭通气孔，再进行下一次实验．请画出实验用的表格，表中要有必要的信息．（3）某同学对实验方案进行了重新设计：第一次实验记录高度差后，立即移动滑片增大电流做第二次实验，……．每次实验加热时间相同，记录的U形管内两液面高度差依次为Δh1、Δh2……．在处理数据时，该同学想用Δh2来间接反映第二次实验电流通过导体产生的热量，他这样处理数据是否正确？．理由是．【答案】（1）50（2）记录的实验数据如下表（3）不正确Δh2间接反映了第一次和第二次实验电流通过导体产生的热量的和．不是第二次实验电流通过导体产生的热量．【解析】（1）盒内电阻丝的阻值为20Ω为定值电阻，选滑动变阻器的电阻要大得好，因为这样通过改变滑动变阻器电阻，电路电流能有效控制，不会太大，保护电源。（2）所画表格要体现每次实验电阻丝电阻为20Ω为定值电阻。时间一定。要体现U形管液面高度差，电流大小，热量。（3）该同学想用Δh2来间接反映第二次实验电流通过导体产生的热量实错误的。因为Δh2间接反映了第一次和第二次实验电流通过导体产生的热量的和．不是第二次实验电流通过导体产生的热量．该同学在设计方案就是错误的。5．在“探究影响电流热效应的因素”的实验中，小明用如图所示装置进行实验，甲、乙是两个完全相同的烧瓶，瓶内装有质量相等的煤油，瓶内连接的电阻丝的阻值分别为5Ω和10Ω，A、B是相同的温度计，还有满足实验要求的电源、滑动变阻器、电流表、开关和导线。（1）小明选用煤油而不用水，主要是考虑到煤油的比水的小，实验现象更明显；（2）闭合开关，移动变阻器的滑片在某位置，通电后观察到B温度计的示数比A温度计的示数升高得快。由此可得出的结论是；（3）为了探究电流产生的热量与电流的关系，小明准备将甲、乙两烧瓶中的电阻丝并联，通电相同时间后比较两支温度计升高的温度得出结论。小明的设想（选填“可行”或“不可行”）。（4）完成以上探究后，小明将乙烧瓶内的煤油换成等质量的水，闭合开关，通电一段时间后，发现温度计A升高的示数大于温度计B升高的示数。根据这一现象，结合（2）中得到的结论，（选填“能”或“不能”）确定水的比热容比煤油的比热容大，理由是。【答案】（1）比热容；（2）电流和通电时间相同，电阻越大，电流产生的热量越多；（3）不可行；（4）能；水吸收的热量多，而升高的温度小【解析】（1）为了在较短的时间内达到明显的实验效果，小明选用煤油而不用水做实验，主要是由于水的比热容大于煤油的比热容，吸收相同的热量，温度变化不明显；（2）实验中，两烧瓶串联，电流相同，通电时间相同，B温度计的示数比A温度计的示数升高得快，产生热量多，由此可得出结论：通过导体电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多；（3）探究电热与电流的关系时，需要控制电阻和通电时间得相同，而两个烧瓶中电阻丝的阻值是不相等的，故小明的操作不可行；（4）小明将乙烧瓶内的煤油换成等质量的水，闭合开关，通电一段时间后，由（2）知乙中的水产生的热量多，但发现温度计A升高的示数大于温度计B升高的示数，说明煤油的温度变化大，根据Q＝cm△t知能确定水的比热容比煤油的比热容大。6．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。【答案】（1）不属于；（2）电流；电阻；（3）U形管液面高度差；BD；（4）2；200；（5）透明容器密闭性不好（透明容器漏气、对应电阻丝短路）【解析】（1）由图知，U形管内注入适量红墨水，虽然下端相连通，但上端是密封的，所以不属于连通器；（2）由图知，阻值不同的电热丝串联在两个密闭容器中，通过的电流和通电时间都相同，所以探究的是电流产生热量与电阻的关系；（3）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但空气温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映。采用的是转换法；A、探究电流与电压、电阻的关系，采用的是控制变量法；B、用铁屑显示磁体周围磁场分布，采用的是转换法；C、研究光的传播时，引入“光线”，采用的是模型法；D、扩散现象表明分子在不停地做无规则运动，采用的是转换法。故选BD；（4）由图知，电流表选择的是～3A量程，对应的分度值是0.1A，电流表示数为2A；右侧容器中定值电阻在10s内产生的热量是Q＝I2Rt＝（2A）2×5Ω×10s＝200J；（5）由Q＝I2Rt可知，电阻丝R1和R2在相同时间内产生的热量不同，则U形玻璃管中应该出现液面高度差；而其中一个U形玻璃管中液面高度几乎不