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13. 探究电流产生的热量与电阻的关系，装置如图15-4-5所示。瓶中煤油质量相等，电阻$R_甲=2R_乙$。
（1）选用煤油而不是水，是因为煤油的
（2）将两电阻丝串联接入电路是为了控制通过电阻丝的
（3）某同学还想利用这个装置验证电流做功与电压的关系，他还需增加的测量工具是
（4）另一位同学利用该装置做“比较水和煤油比热容的大小”的实验，则她应将其中一个烧瓶中的煤油换成
（1）选用煤油而不是水，是因为煤油的
比热容
小。（2）将两电阻丝串联接入电路是为了控制通过电阻丝的
电流
相等。（3）某同学还想利用这个装置验证电流做功与电压的关系，他还需增加的测量工具是
电压表
（选填“电压表”或“电流表”），他可以通过观察温度计示数的变化
来比较相同时间内电流做功的多少。（4）另一位同学利用该装置做“比较水和煤油比热容的大小”的实验，则她应将其中一个烧瓶中的煤油换成
质量
和初温均相等的水，还要注意此实验中水和煤油吸收的热量相等
（选填“相等”或“不相等”）。答案
13.（1）比热容 （2）电流 （3）电压表 温度计示数的变化 （4）质量 相等
解析
【分析】
本题围绕电学与热学结合的实验展开，需结合控制变量法、转换法及相关物理原理分析各问题：
1. 选用煤油的原因：利用转换法，相同质量的不同物质吸收相同热量时，比热容小的温度变化更显著，便于观察实验现象；
2. 串联电阻的作用：串联电路电流处处相等，可控制电流和通电时间不变，探究电流产生热量与电阻的关系；
3. 验证电流做功与电压的关系：根据W=UIt，需控制电流和时间相同，改变电压，故需电压表测电压；电流做功多少通过煤油温度变化体现（转换法）；
4. 比较水和煤油比热容：需保证水和煤油的质量、初温相同，且相同时间吸收热量相等（串联电路相同时间产热相同）。
【解析】
（1）煤油的比热容比水小，相同质量的煤油和水吸收相同热量时，煤油温度升高更明显，便于观察温度计示数变化，因此选用煤油；
（2）串联电路中各处电流相等，将两电阻丝串联，可控制通过电阻丝的电流和通电时间相同，从而探究电流产生的热量与电阻的关系；
（3）验证电流做功与电压的关系时，根据W=UIt，需控制电流I和时间t相同，改变电压，因此需要增加电压表测量电阻两端的电压；电流做功越多，煤油吸收热量越多，温度计示数变化越大，因此通过观察温度计示数的变化来比较相同时间内电流做功的多少；
（4）比较水和煤油的比热容时，根据控制变量法，应将其中一个烧瓶中的煤油换成质量和初温均相等的水；实验中两电阻丝串联，相同时间内产生的热量相等，因此水和煤油吸收的热量相等。
【答案】
（1）比热容 （2）电流 （3）电压表；温度计示数的变化 （4）质量；相等
【知识点】
比热容、焦耳定律、电流做功
【点评】
本题是实验探究题，考查控制变量法和转换法的应用，涵盖比热容、焦耳定律、电流做功等知识点，注重对实验原理的理解，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题围绕电学与热学结合的实验展开，需结合控制变量法、转换法及相关物理原理分析各问题：
1. 选用煤油的原因：利用转换法，相同质量的不同物质吸收相同热量时，比热容小的温度变化更显著，便于观察实验现象；
2. 串联电阻的作用：串联电路电流处处相等，可控制电流和通电时间不变，探究电流产生热量与电阻的关系；
3. 验证电流做功与电压的关系：根据W=UIt，需控制电流和时间相同，改变电压，故需电压表测电压；电流做功多少通过煤油温度变化体现（转换法）；
4. 比较水和煤油比热容：需保证水和煤油的质量、初温相同，且相同时间吸收热量相等（串联电路相同时间产热相同）。
【解析】
（1）煤油的比热容比水小，相同质量的煤油和水吸收相同热量时，煤油温度升高更明显，便于观察温度计示数变化，因此选用煤油；
（2）串联电路中各处电流相等，将两电阻丝串联，可控制通过电阻丝的电流和通电时间相同，从而探究电流产生的热量与电阻的关系；
（3）验证电流做功与电压的关系时，根据W=UIt，需控制电流I和时间t相同，改变电压，因此需要增加电压表测量电阻两端的电压；电流做功越多，煤油吸收热量越多，温度计示数变化越大，因此通过观察温度计示数的变化来比较相同时间内电流做功的多少；
（4）比较水和煤油的比热容时，根据控制变量法，应将其中一个烧瓶中的煤油换成质量和初温均相等的水；实验中两电阻丝串联，相同时间内产生的热量相等，因此水和煤油吸收的热量相等。
【答案】
（1）比热容 （2）电流 （3）电压表；温度计示数的变化 （4）质量；相等
【知识点】
比热容、焦耳定律、电流做功
【点评】
本题是实验探究题，考查控制变量法和转换法的应用，涵盖比热容、焦耳定律、电流做功等知识点，注重对实验原理的理解，难度适中。
【难度系数】
0.6
14. 某同学对录音机中的小电动机用如图15-4-6所示的电路进行实验探究。闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，当电压表的示数为0.4 V时，电流表的示数为0.2 A，此时电动机未转动。当电压表示数为2 V时，电流表的示数为0.3 A，此时电动机转动。电动机工作1 min后，求：
（1）电动机线圈的电阻；
（2）电动机转动时消耗的电能；
（3）电动机转动时产生的机械能。
（1）电动机线圈的电阻；
（2）电动机转动时消耗的电能；
（3）电动机转动时产生的机械能。
答案
14.（1）$R=\dfrac{U}{I}=\dfrac{0.4\ \mathrm{V}}{0.2\ \mathrm{A}}=2\ \Omega$
（2）$W=UIt=2\ \mathrm{V}×0.3\ \mathrm{A}×60\ \mathrm{s}=36\ \mathrm{J}$
（3）$Q=I^2Rt=(0.3\ \mathrm{A})^2×2\ \Omega×60\ \mathrm{s}=10.8\ \mathrm{J}$，$W_{机械}=W-Q=36\ \mathrm{J}-10.8\ \mathrm{J}=25.2\ \mathrm{J}$
（2）$W=UIt=2\ \mathrm{V}×0.3\ \mathrm{A}×60\ \mathrm{s}=36\ \mathrm{J}$
（3）$Q=I^2Rt=(0.3\ \mathrm{A})^2×2\ \Omega×60\ \mathrm{s}=10.8\ \mathrm{J}$，$W_{机械}=W-Q=36\ \mathrm{J}-10.8\ \mathrm{J}=25.2\ \mathrm{J}$
解析
【分析】
要解决这道题，需明确电动机不同状态下的电路性质：电动机未转动时，电能全部转化为内能，属于纯电阻电路，可利用欧姆定律计算线圈电阻；电动机转动时，电能一部分转化为内能，一部分转化为机械能，属于非纯电阻电路，此时总电能用$W=UIt$计算，产生的热量用焦耳定律$Q=I^2Rt$计算，机械能等于总电能减去产生的热量。
【解析】
（1）电动机未转动时为纯电阻电路，根据欧姆定律计算线圈电阻：
$R=\dfrac{U_1}{I_1}=\dfrac{0.4\ \mathrm{V}}{0.2\ \mathrm{A}}=2\ \Omega$
（2）电动机转动时，消耗的总电能（时间$t=1\ \mathrm{min}=60\ \mathrm{s}$）：
$W=U_2I_2t=2\ \mathrm{V}×0.3\ \mathrm{A}×60\ \mathrm{s}=36\ \mathrm{J}$
（3）电动机转动时产生的热量：
$Q=I_2^2Rt=(0.3\ \mathrm{A})^2×2\ \Omega×60\ \mathrm{s}=10.8\ \mathrm{J}$
根据能量守恒，转化的机械能为总电能减去产生的热量：
$W_{机械}=W-Q=36\ \mathrm{J}-10.8\ \mathrm{J}=25.2\ \mathrm{J}$
【答案】
（1）$2\ \Omega$；（2）$36\ \mathrm{J}$；（3）$25.2\ \mathrm{J}$
【知识点】
纯电阻与非纯电阻电路、电功计算、焦耳定律、电动机能量转化
【点评】
本题核心是区分电动机转动和不转动时的电路类型，掌握纯电阻和非纯电阻电路的计算差异，理解电动机工作时电能的去向，是一道考查电学综合应用的中等难度题目。
【难度系数】
0.5
要解决这道题，需明确电动机不同状态下的电路性质：电动机未转动时，电能全部转化为内能，属于纯电阻电路，可利用欧姆定律计算线圈电阻；电动机转动时，电能一部分转化为内能，一部分转化为机械能，属于非纯电阻电路，此时总电能用$W=UIt$计算，产生的热量用焦耳定律$Q=I^2Rt$计算，机械能等于总电能减去产生的热量。
【解析】
（1）电动机未转动时为纯电阻电路，根据欧姆定律计算线圈电阻：
$R=\dfrac{U_1}{I_1}=\dfrac{0.4\ \mathrm{V}}{0.2\ \mathrm{A}}=2\ \Omega$
（2）电动机转动时，消耗的总电能（时间$t=1\ \mathrm{min}=60\ \mathrm{s}$）：
$W=U_2I_2t=2\ \mathrm{V}×0.3\ \mathrm{A}×60\ \mathrm{s}=36\ \mathrm{J}$
（3）电动机转动时产生的热量：
$Q=I_2^2Rt=(0.3\ \mathrm{A})^2×2\ \Omega×60\ \mathrm{s}=10.8\ \mathrm{J}$
根据能量守恒，转化的机械能为总电能减去产生的热量：
$W_{机械}=W-Q=36\ \mathrm{J}-10.8\ \mathrm{J}=25.2\ \mathrm{J}$
【答案】
（1）$2\ \Omega$；（2）$36\ \mathrm{J}$；（3）$25.2\ \mathrm{J}$
【知识点】
纯电阻与非纯电阻电路、电功计算、焦耳定律、电动机能量转化
【点评】
本题核心是区分电动机转动和不转动时的电路类型，掌握纯电阻和非纯电阻电路的计算差异，理解电动机工作时电能的去向，是一道考查电学综合应用的中等难度题目。
【难度系数】
0.5
