实验二 电流产生的热量与哪些因素有关

（1）温度计的玻璃泡要在被测液体中，不得碰到。
（2）通过或来反映产生电热的多少（转换法的应用）。
此U形管连通器。
（1）被加热的材料选用空气的原因：，使实验结果更加明显。
（2）被加热的材料选用煤油的原因：比热容，效果明显；煤油是，电路安全。
（3）选择被加热物质的要求：物质种类、质量、初温均。
【实验结论】
导体产生的电热与电流、电阻和通电时间有关。①在电阻和通电时间相同的情况下，通过电阻的越大，产生的热量越多；②在电流和通电时间相同的情况下，导体越大，产生的热量越多；③在电阻和通过电阻的电流相同的情况下，越长，产生的热量越多。

（1） 浸没 容器壁或容器底
（2） 温度计的示数 U形管液面高度的变化
此U形管不属于连通器。
（1） 气体的热胀冷缩明显
（2） 小 绝缘体
（3） 相同
① 电流
② 电阻
③ 通电时间

【分析】
本题围绕“电流产生的热量与哪些因素有关”的实验展开，需结合温度计使用规则、连通器定义、实验方法（转换法、控制变量法）及焦耳定律相关知识逐一分析：
1. 温度计使用：测量液体温度时，玻璃泡需浸没在被测液体中，避免接触容器底或壁，防止测量误差；
2. 电热的反映：利用转换法，电流产生的热量无法直接观察，可通过温度计示数变化或U形管液面高度差来间接体现；
3. 连通器判断：连通器需满足“上端开口、底部连通”，该U形管一端与密闭容器相连，不满足上端开口的条件，故不属于连通器；
4. 加热材料选择：空气的热胀冷缩程度远大于液体，相同热量下体积变化更显著，实验现象更明显；煤油比热容小，相同热量下温度变化大，且为绝缘体，保障电路安全；
5. 控制变量法：探究电热影响因素时，需控制被加热物质的种类、质量、初温相同，确保实验的公平性；
6. 实验结论：根据焦耳定律Q=I²Rt，可得出电热与电流、电阻、通电时间的关系。
【解析】
1. 温度计使用：温度计的玻璃泡要浸没在被测液体中，不得碰到容器壁或容器底；
2. 电热的反映：通过温度计的示数或U形管液面高度的变化来反映产生电热的多少；
3. 连通器判断：连通器的定义是上端开口、底部相连通的容器，此U形管一端与密闭容器相连，不满足上端开口的条件，因此不属于连通器；
4. 加热材料选择：选用空气是因为气体的热胀冷缩明显，使实验结果更明显；选用煤油是因为其比热容小，相同热量下温度变化显著，且煤油是绝缘体，保障电路安全；
5. 被加热物质要求：根据控制变量法，物质种类、质量、初温均需相同；
6. 实验结论：由焦耳定律Q=I²Rt可知，电阻和通电时间相同时，电流越大，热量越多；电流和通电时间相同时，电阻越大，热量越多；电阻和电流相同时，通电时间越长，热量越多。
【答案】
（1）浸没；容器壁或容器底
（2）温度计的示数；U形管液面高度的变化
此U形管不属于连通器。
（1）气体的热胀冷缩明显
（2）小；绝缘体
（3）相同
① 电流
② 电阻
③ 通电时间
【知识点】
温度计的使用、连通器的概念、焦耳定律、转换法、控制变量法
【点评】
本题为探究电流产生热量影响因素的基础实验题，全面考察实验操作细节、核心实验方法（转换法、控制变量法）、连通器判断及焦耳定律结论，是电学实验的重点基础内容，需熟练掌握各环节的要点。
【难度系数】
0.3

[典例2]小明在做“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验时，提出了以下两种猜想。
猜想一：电流通过导体产生的热量与电阻大小有关。
猜想二：电流通过导体产生的热量与电流大小有关。


基础设问
(1)下列能够支持猜想二的现象是（填字母）。
A.电炉丝工作时热得发红，而与之相连的导线却几乎不发热
B.接线板上接入的用电器越多，导线越容易发热
(2)本实验是通过来反映电流产生热量的多少，这种物理研究方法叫做法。
(3)图甲装置中两电阻串联，使和通电时间相同；若通电一段时间后，右侧U形管中液柱高度变化大，可初步得出结论：在通过的电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，电阻产生的热量越。
(4)接着，将三个阻值相同的电阻丝按图乙所示方式接入电路。在右侧容器外面并联电阻丝的目的是使通过两个密闭容器内电阻丝的不同，通电一段时间后，左侧U形管中液面高度差比右侧U形管中液面高度差大，说明在电阻和通电时间相同的情况下，，电阻产生的热量越多。
(5)如图丙所示，串联的两电阻丝($R_左 ＜ R_右$)，封闭在两个完全相同的容器中，并通过短玻璃管与相同的气球连通，闭合开关，一段时间后，密闭容器内的空气被加热，观察到（选填“A”或“B”）气球先鼓起来。
拓展设问
(6)家庭电路中，有时导线长度不够，需要把两根连接起来，有人把导线简单地拧在一起，这样会使得连接处电阻增大，导致连接处比别处容易发热，甚至引起火灾，原因是。

(1) B
(2) U形管中液面的高度差 转换
(3) 通过的电流 多
(4) 电流 电流越大
(5) B
(6) 导线连接处只是简单拧在一起，接触处横截面积小，导致该处的电阻较大，由$Q=I^2Rt$可知在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多

【分析】
本题围绕“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验展开，核心考查焦耳定律的应用，需结合控制变量法、转换法分析各问题：
1. 第(1)问：猜想二是热量与电流有关，需控制电阻相同、改变电流，据此分析选项；
2. 第(2)问：实验中热量无法直接观察，需通过易观测的物理量间接反映，对应研究方法；
3. 第(3)问：串联电路电流相等，结合实验现象推导电阻对热量的影响；
4. 第(4)问：图乙的并联结构会改变支路电流，结合液面差推导电流对热量的影响；
5. 第(5)问：串联电路电流相同，结合电阻大小和焦耳定律判断气球鼓起顺序；
6. 第(6)问：分析导线连接处电阻变化，结合焦耳定律解释发热原因。
【解析】
(1) 猜想二是电流产生的热量与电流大小有关，需控制电阻相同，改变电流。A选项中电炉丝与导线电阻不同，探究的是热量与电阻的关系，支持猜想一；B选项中导线电阻相同，接入用电器越多，电路电流越大，导线发热越明显，支持猜想二，故选B。
(2) 电流产生的热量不能直接观察，实验中通过U形管中液面的高度差来反映热量的多少，这种将不易观察的物理量转换为易观察的物理量的方法叫转换法。
(3) 串联电路中电流处处相等，因此图甲中两电阻串联时，通过的电流和通电时间相同；右侧U形管液柱变化大，说明右侧电阻产生的热量多，因此结论为：电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。
(4) 图乙中，右侧容器内的电阻与外部电阻并联，会分流，因此通过左右容器内电阻的电流不同；左侧U形管液面差更大，说明左侧电阻产生的热量更多，而左右电阻阻值相同、通电时间相同，因此结论为：电阻和通电时间相同时，电流越大，产生的热量越多。
(5) 图丙中两电阻串联，电流和通电时间相同，已知$R_左＜R_右$，根据焦耳定律$Q=I^2Rt$，相同时间内$R_右$产生的热量更多，因此B气球（对应$R_右$）先鼓起来。
(6) 导线连接处简单拧在一起，接触处横截面积小，导致该处电阻增大；家庭电路中导线连接处与其他部分串联，电流和通电时间相同，由$Q=I^2Rt$可知，电阻越大，产生的热量越多，因此连接处比别处容易发热，甚至引发火灾。
【答案】
(1) B
(2) U形管中液面的高度差 转换
(3) 通过的电流 多
(4) 电流 电流越大
(5) B
(6) 导线连接处只是简单拧在一起，接触处横截面积小，导致该处的电阻较大，由$Q=I^2Rt$可知在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多
【知识点】
焦耳定律、转换法、控制变量法
【点评】
本题是探究焦耳定律的典型实验题，全面考查了实验方法、焦耳定律的理解与应用，涵盖实验设计、现象分析、实际应用等内容，注重基础知识点的掌握和实验思维的培养。
【难度系数】
0.6