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实验装置
实验步骤
1.打开焦耳定律演示器散热孔，使两个U形管中的液面保持相平，并对准某一刻度，拧紧散热螺母，保持其气密性良好。
2.用导线将电源、焦耳定律演示器(左边电阻丝的电阻为$R_1$，右边电阻丝的电阻为$R_2$)、开关串联在电路中，连接过程中开关要处于断开状态。
3.检查电路，无误后闭合开关，通电后每隔20 s观察两个U形管中液面升高的高度(格数)。将$R_1$、$R_2$和液面升高的高度(格数)记录在表1中。
4.将焦耳定律演示器左、右两边的电阻丝(R)换成同阻值的，再在右边并联一段相同的电阻丝，再次连接电路。
5.检查电路，无误后闭合开关，通电后每隔20 s观察两个U形管中液面升高的高度(格数)。将对应的数据记录在表2中。
注意事项
1.连接电路时，开关要断开。
2.实验前要检查焦耳定律演示器的气密性。
实验数据
表1
| | 时间/s | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| $R_1=$ Ω | 左边U形管中液面升高的格数 | | | | | |
| $R_2=$ Ω | 右边U形管中液面升高的格数 | | | | | |
80
▼
▲
实验十四
探究电热与电阻、电流的关系
表2
| | 时间/s | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| $R=$ Ω | 左边U形管中液面升高的格数 | | | | | |
| | 右边U形管中液面升高的格数 | | | | | |
实验步骤
1.打开焦耳定律演示器散热孔，使两个U形管中的液面保持相平，并对准某一刻度，拧紧散热螺母，保持其气密性良好。
2.用导线将电源、焦耳定律演示器(左边电阻丝的电阻为$R_1$，右边电阻丝的电阻为$R_2$)、开关串联在电路中，连接过程中开关要处于断开状态。
3.检查电路，无误后闭合开关，通电后每隔20 s观察两个U形管中液面升高的高度(格数)。将$R_1$、$R_2$和液面升高的高度(格数)记录在表1中。
4.将焦耳定律演示器左、右两边的电阻丝(R)换成同阻值的，再在右边并联一段相同的电阻丝，再次连接电路。
5.检查电路，无误后闭合开关，通电后每隔20 s观察两个U形管中液面升高的高度(格数)。将对应的数据记录在表2中。
注意事项
1.连接电路时，开关要断开。
2.实验前要检查焦耳定律演示器的气密性。
实验数据
表1
| | 时间/s | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| $R_1=$ Ω | 左边U形管中液面升高的格数 | | | | | |
| $R_2=$ Ω | 右边U形管中液面升高的格数 | | | | | |
80
▼
▲
实验十四
探究电热与电阻、电流的关系
表2
| | 时间/s | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| $R=$ Ω | 左边U形管中液面升高的格数 | | | | | |
| | 右边U形管中液面升高的格数 | | | | | |
答案
解：
1. 表1参数与实验数据：
$R_1=5\ \Omega$，$R_2=10\ \Omega$
| 时间/s | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| 左边U形管中液面升高的格数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 右边U形管中液面升高的格数 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
2. 表2参数与实验数据：
$R=5\ \Omega$
| 时间/s | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| 左边U形管中液面升高的格数 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
| 右边U形管中液面升高的格数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
实验结论：
① 在电流和通电时间相同时，导体的电阻越大，电流产生的热量越多。
② 在电阻和通电时间相同时，通过导体的电流越大，电流产生的热量越多。
③ 在电阻和电流相同时，导体的通电时间越长，电流产生的热量越多。
1. 表1参数与实验数据：
$R_1=5\ \Omega$，$R_2=10\ \Omega$
| 时间/s | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| 左边U形管中液面升高的格数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 右边U形管中液面升高的格数 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
2. 表2参数与实验数据：
$R=5\ \Omega$
| 时间/s | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| 左边U形管中液面升高的格数 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
| 右边U形管中液面升高的格数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
实验结论：
① 在电流和通电时间相同时，导体的电阻越大，电流产生的热量越多。
② 在电阻和通电时间相同时，通过导体的电流越大，电流产生的热量越多。
③ 在电阻和电流相同时，导体的通电时间越长，电流产生的热量越多。
解析
【分析】
本题是探究电流产生热量与电阻、电流关系的实验，核心运用控制变量法分析。表1中两电阻丝串联，电流、通电时间相同，根据焦耳定律，电阻越大产热越多，U形管液面升高格数越多，由此确定R₁、R₂的阻值；表2中左右电阻初始阻值相同，右边并联相同电阻后电流不同，结合电流与产热的关系确定R的阻值，最终推导实验结论。
【解析】
1. 表1分析：R₁与R₂串联，电流I、通电时间t相同，由焦耳定律Q=I²Rt，电阻越大产热越多，液面升高格数越多。实验中右边液面升高格数是左边的2倍，故R₂=2R₁，结合实验常规参数，取R₁=5Ω，R₂=10Ω；对应液面升高格数：每20s左边升高1格，右边升高2格，即20s到100s左边为1、2、3、4、5，右边为2、4、6、8、10。
2. 表2分析：左右初始电阻均为R，右边并联相同电阻后，右边总电阻为R/2，根据并联电路电流规律，左边电流是右边的2倍；电阻、通电时间相同，电流越大产热越多，故左边液面升高格数是右边的2倍，取R=5Ω；对应液面升高格数：左边每20s升高2格，右边升高1格，即20s到100s左边为2、4、6、8、10，右边为1、2、3、4、5。
实验结论：①电流和通电时间相同时，电阻越大，电流产生的热量越多；②电阻和通电时间相同时，电流越大，电流产生的热量越多；③电阻和电流相同时，通电时间越长，电流产生的热量越多。
【答案】
1. 表1：R₁=5Ω，R₂=10Ω；液面升高格数：左边依次为1、2、3、4、5，右边依次为2、4、6、8、10；
2. 表2：R=5Ω；液面升高格数：左边依次为2、4、6、8、10，右边依次为1、2、3、4、5；
实验结论：①在电流和通电时间相同时，导体的电阻越大，电流产生的热量越多；②在电阻和通电时间相同时，通过导体的电流越大，电流产生的热量越多；③在电阻和电流相同时，导体的通电时间越长，电流产生的热量越多。
【知识点】
焦耳定律、影响电热的因素、控制变量法
【点评】
本题为焦耳定律的经典探究实验，重点考查控制变量法的应用，需结合串并联电路电流特点与焦耳定律分析实验数据，是初中电学的核心实验，需掌握实验设计逻辑与结论推导。
【难度系数】
0.5
本题是探究电流产生热量与电阻、电流关系的实验，核心运用控制变量法分析。表1中两电阻丝串联，电流、通电时间相同，根据焦耳定律，电阻越大产热越多，U形管液面升高格数越多，由此确定R₁、R₂的阻值；表2中左右电阻初始阻值相同，右边并联相同电阻后电流不同，结合电流与产热的关系确定R的阻值，最终推导实验结论。
【解析】
1. 表1分析：R₁与R₂串联，电流I、通电时间t相同，由焦耳定律Q=I²Rt，电阻越大产热越多，液面升高格数越多。实验中右边液面升高格数是左边的2倍，故R₂=2R₁，结合实验常规参数，取R₁=5Ω，R₂=10Ω；对应液面升高格数：每20s左边升高1格，右边升高2格，即20s到100s左边为1、2、3、4、5，右边为2、4、6、8、10。
2. 表2分析：左右初始电阻均为R，右边并联相同电阻后，右边总电阻为R/2，根据并联电路电流规律，左边电流是右边的2倍；电阻、通电时间相同，电流越大产热越多，故左边液面升高格数是右边的2倍，取R=5Ω；对应液面升高格数：左边每20s升高2格，右边升高1格，即20s到100s左边为2、4、6、8、10，右边为1、2、3、4、5。
实验结论：①电流和通电时间相同时，电阻越大，电流产生的热量越多；②电阻和通电时间相同时，电流越大，电流产生的热量越多；③电阻和电流相同时，通电时间越长，电流产生的热量越多。
【答案】
1. 表1：R₁=5Ω，R₂=10Ω；液面升高格数：左边依次为1、2、3、4、5，右边依次为2、4、6、8、10；
2. 表2：R=5Ω；液面升高格数：左边依次为2、4、6、8、10，右边依次为1、2、3、4、5；
实验结论：①在电流和通电时间相同时，导体的电阻越大，电流产生的热量越多；②在电阻和通电时间相同时，通过导体的电流越大，电流产生的热量越多；③在电阻和电流相同时，导体的通电时间越长，电流产生的热量越多。
【知识点】
焦耳定律、影响电热的因素、控制变量法
【点评】
本题为焦耳定律的经典探究实验，重点考查控制变量法的应用，需结合串并联电路电流特点与焦耳定律分析实验数据，是初中电学的核心实验，需掌握实验设计逻辑与结论推导。
【难度系数】
0.5
