2025年知识与能力训练九年级物理全一册人教版A版第77页答案
14. 在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验装置中,甲、乙、丙三个透明容器中密封着初温、质量相同的空气。实验小组的同学猜想:电流通过导体产生的热量可能与通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关,他们利用如题14图所示的器材进行了探究实验。
(1)实验中通过观察
U形管液面的高度差
来比较电流通过电阻丝产生热量的多少。
(2)选用
甲乙
两个组合,并将它们串联接到电源两端进行实验,可以探究电热与电阻的关系,通电一段时间后,
(甲/乙/丙)容器内的电阻产生的热量更多。
(3)选用乙、丙组合,串联接到电源两端进行实验,可以探究电热与
电流
的关系,乙、丙两容器中的电阻丝在相等的时间内产生的热量之比为Q乙∶Q丙=
4:1
;实验一段时间后,发现丙装置容器外的电阻丝烧坏了,他拿来另一个20Ω的电阻替换,能否继续完成实验,为什么?
不能,因为替换后并联部分电阻改变,通过乙、丙容器内电阻的电流关系不再满足原来的比例关系,无法控制电流这一变量

(4)选用乙、丙组合,串联接到电源两端进行实验,发现乙装置U形管中液面无高度差,丙装置U形管中液面有高度差,产生此现象的原因可能是乙装置
气密性不好

答案

(1)U形管液面的高度差
(2)甲乙;甲
(3)电流;4:1;不能,因为替换后并联部分电阻改变,通过乙、丙容器内电阻的电流关系不再满足原来的比例关系,无法控制电流这一变量
(4)气密性不好

解析

(1)实验中,电阻丝产生的热量会被空气吸收,空气温度升高,体积膨胀,从而导致U形管中液面出现高度差。因此,可以通过观察U形管液面的高度差来比较电流通过电阻丝产生热量的多少。
(2)探究电热与电阻的关系时,需要控制电流和通电时间相同,电阻不同。由图可知,应选用甲乙两个组合串联接到电源两端进行实验,根据$Q = I^{2}Rt$,在电流和通电时间相同时,电阻越大,产生的热量越多,甲容器内电阻为$10\Omega$,乙容器内电阻为$5\Omega$,所以甲容器内的电阻产生的热量更多。
(3)选用乙、丙组合,两容器内电阻相同,丙中容器外电阻与容器内电阻并联后再与乙中电阻串联,通过乙中电阻的电流大于通过丙中电阻的电流,所以可以探究电热与电流的关系。
根据并联电路电流特点,干路电流等于各支路电流之和,且两电阻阻值相同,所以通过乙中电阻的电流是通过丙中电阻电流的2倍,设通过丙中电阻的电流为$I$,则通过乙中电阻的电流为$2I$,根据$Q = I^{2}Rt$,在通电时间$t$和电阻$R$相同的情况下,$Q_{乙}:Q_{丙}=I_{乙}^{2}Rt:I_{丙}^{2}Rt=(2I)^{2}Rt:I^{2}Rt = 4:1$。
若用$20\Omega$的电阻替换丙装置容器外的电阻,根据并联电路电阻特点,$\frac{1}{R_{并}}=\frac{1}{R_{1}}+\frac{1}{R_{2}}$,此时并联部分电阻会发生变化,通过乙、丙容器内电阻的电流关系不再满足原来的比例关系,无法控制电流这一变量,所以不能继续完成实验。
(4)选用乙、丙组合,串联接到电源两端进行实验,发现乙装置U形管中液面无高度差,丙装置U形管中液面有高度差,产生此现象的原因可能是乙装置气密性不好,导致空气泄漏,无法形成压强差,从而使U形管中液面无高度差。