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专题 15 焦耳定律实验
【知识储备】
1. 电流产生的热量与电阻
的关系
如图 1 所示，两个透明容器
中密封着等量的空气，
U 形管中液面高度的变
化反映密闭空气温度的
变化。两个密闭容器中
都有一段电阻丝，右边容器中的电阻比较大。两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过
两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个U形管中液面高度的变化。你看到的现象
说明了什么?
[实验结论]在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
2. 电流产生的热量与电流大小的关系
如图2所示，两个密闭容器中的电阻一样大,在其中一个容器的外部,将一个电阻和这个容器内的电
阻并联因此通过两容器中电阻的电流不同。在通电时间相同的情况下，观察两个T形管中液面
高度的变化。你看到的现象说明了什么?
[实验结论]在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量
越多
【专题突破】
1．如图是探究“电流通过导体时产生热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着
等量的空气。同学猜想电流通过导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间有关。（1）实验中，要比较电阻丝产生的热量的多少，只需比较与之相连的 U形管中液面的高度差。
理由是 。
（2）甲装置可探究电流产生的热量与电阻的关系，通电一段时间后，右侧容器中 U形管中液面
的高度差比左侧的大，说明电流通过导体产生的热量多少跟电阻 。
（3）乙装置中的电阻R 的作用主要是 。实验结果发现左侧U形管中液面的高度差更大
3
（4）按图乙所示，实验过程中发现通电一段时间后，右侧U形管液面没有变化，排除了装置漏
气的可能，电路的故障可能是： 。
（5）请设计探究“电流通过导体时产生热量与电流关系”的实验记录表格。
2．如图所示为“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”实验的部分装置，两个相同的
透明容器中封闭着等量的空气。
（1）实验中通过观察 的变化来反映电阻产生热量的多少。
（2）连接好电路后闭合开关，通电一段时间，观察到右侧液面高于左侧液面，如图甲所示，表
明在电流和通电时间相同的情况下， 越大，产生的热量越多。
（3）乙图中R 与R 并联，目的是使通过R 与R 的 不同，如果通过电阻丝R 的电流
3 2 1 2 1
是2A，则电阻丝R 在1min内产生的热量是 J。
2
3．如图所示，甲、乙完全相同的玻璃瓶内有阻值分别为 R甲 、R乙 的电阻丝，瓶中插入温度计a、
b。（1）利用此装置探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关时，在两瓶中加入质量、初温均
相同的煤油。此方案是探究电流通过电阻产生的热量与 的关系。
（2）在甲、乙两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体，且电阻丝的阻值R甲 R乙 时，
可以比较不同物质的吸热能力。若温度计a比温度计b温度升高得快，则甲、乙两瓶内液体比热
容关系c甲 c乙 。
4．小虎用如图所示装置探究“电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”，甲、乙是完全
相同的密闭容器，里面密封着等量的空气。
（1）闭合开关前，应保持A、B两U形管内液面相平。
（2）通电后U形管中液面高度的变化反映密闭空气的 的变化，下面应用了相同研究方
法的实验是 。
A.探究“杠杆的平衡条件”
B.探究“光反射时的规律”
C.探究“影响压力作用效果的因素”
D.利用“伏安法”测量小灯泡的额定功率
（3）实验中，乙容器外部电阻丝的作用是为了使两个容器内电阻丝中的 。
（4）甲、乙两容器中的电阻丝在相同时间内产生的热量之比是 。
（5）实验过程中乙容器外部的5 电阻损坏了，可以用 （选填“10 ”或“100 ”）的
电阻完成实验。 Ω Ω Ω5．在探究“影响电流热效应的因素”实验中：（本题中，三个烧瓶中的均装有质量相等的煤油）。
（1）为了探究电流通过电阻产生的热量与电流的关系，小明设计了甲图装置，在烧瓶内安装一
根电阻丝，并插入一支温度计，该实验通过比较 ，来判断相同时间内不同电流产生的热
量多少。
（2）小明先测量烧瓶内煤油的温度后，闭合开关，通电30s再测量烧瓶内煤油的温度，得到温
度的升高量填入表中；然后移动滑动变阻器滑片改变电流大小。重复上述操作，获得第二组数
据（见表）。
实验次数 电流/A 通电时间/s 电阻/ 温度升高量/℃
1 0.3 30 10 Ω 1.5
2 0.6 30 10 6.0
由此得出：电阻和通电时间相等时，电流 ，其产生的热量 。
（3）若要探究电流通过电阻产生热量与电阻的关系，可选择乙图中 （选填“A”或
“B”）烧瓶中的电阻与甲图中的烧瓶电阻 （选填“串联”或“并联”）。采用这种连接
方式的目的是 。
（4）小明提议利用上述实验装置改做“比较水和煤油比热容的大小”的实验，则他应选择乙图
中 （选填“A”或“B”）烧瓶与甲图中的烧瓶 ，（选填“串联”、“并联”或
“串联、并联均可”）。并将其中一烧瓶中的煤油换成 。水和煤油吸热的多少是通过
（选填“温度计示数”或“加热时间”）来反映的。6．物理兴趣小组同学在总结物理实验的过程中，发现同样器材可以完成多个实验，于是他们选取
如下实验器材，电源、开关、电流表、多个10 和30 的电热丝、滑动变阻器、玻璃瓶、导线、
煤油和水若干。 Ω Ω
探究实验一：探究不同液体吸热能力
（1）将电热丝包裹绝缘外壳后串联接入图a所示实验电路中，该实验所选电热丝R甲 R
（选填“大于”“等于”或“小于”），甲、乙玻璃瓶中应装入 相同的水和煤油，实
乙
验记录数据，并绘制图象如图b，从图象可以看出甲容器中装的是 。
（2）此实验中用 反映液体吸收热量的多少。
探究实验二：探究不同电热丝发热能力
甲、乙两瓶中装入100g煤油，瓶内各安装一根电阻丝。两瓶中各插入了一支温度计，在测量两
瓶煤油的温度后，闭合开关，记录数据如表：c煤油 ＝2.1×103J/（kg•℃）
电流/A 通电时间/min 电阻/ 初温/℃ 末温/℃
甲 0.6 20 10 Ω 20 37
第一次
乙 0.6 20 30 20 63
甲 0.6 30 10 20 44
第二次
乙 0.6 30 30 20 76
（3）此实验中用 反映液体吸收热量的多少。
（4）分析表中第一次甲、乙数据，可得出：在 相同时，导体电阻越大，导体发热越多。
（5）有同学提出，煤油吸收的热量不一定等于电热丝放出的热量。经小组讨论后一致认为他的
观点是正确的，并且提出在不同的加热过程中，加热效率很可能不同，请你计算第一次实验中
甲的加热效率为 。（百分号前保留一位小数）
7．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R ＞R 。
1 2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R 加热的煤油，在实验一中温度升高△t ，在实验二中温度升高
1 1
△t ′，则△t ′ 2△t （选填“大于”、“等于”或“小于”），该实验说明电流产生的
1 1 1
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 R 加热煤
2
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△t，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）。
8．如图所示，甲、乙两个完全相同的玻璃瓶内有阻值分别为R甲 、R乙 的电阻丝，瓶中插入温度计a、b。
（1）利用此装置探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关时，在两瓶中加入 、初温
都相同的煤油。闭合开关一段时间，可以通过温度计 情况，判断电阻丝产生热量的多少。
此方案是探究 和时间相同时，电流通过电阻丝产生的热量与 大小的关系。
（2）在甲、乙两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体，且电阻丝的阻值R甲 R乙 时，
可以比较不同物质的吸热能力。若温度计a比温度计b温度升高得快，则甲、乙两瓶内液体的比
热容关系是c甲 （填“大于”“小于”或“等于”）c乙 。
9．实验桌上有两个完全相同的烧瓶甲和乙，烧瓶内装有质量相等、初温相同的煤油和相同的温度
计，甲烧瓶内装有阻值为5 的电阻丝R ，乙烧瓶内装有阻值为10 的电阻丝R ．实验桌上还
1 2
有满足实验要求的电源、开Ω关各一个，电流表、停表各一块，导线Ω若干。小安把两段电阻丝
R 、R 串联接入电路，如图所示，闭合开关通电一段时间。
1 2
（1）小安利用如图想探究的问题是电流通过导体产生的热量与 大小的关系。
（2）实验过程中通过观测温度计的 反映导体产生热量的多少。
（3）小汪想探究电流产生的热量与电流的关系，他利用上述实验器材进行实验，实验步骤如下：
a．如图所示，将装有R 的烧瓶甲连入电路，闭合开关，同时按下停表开始计时，通电时间为
1
2min时，停止计时，记录相关数据，断开开关。
b．用装有R 的烧瓶乙替换烧瓶甲连入电路，闭合开关，同时按下停表开始计时，通电时间为
2
2min时，停止计时，记录相关数据，断开开关。
请你分析并回答下列问题：
小刘认为小汪的实验操作不能验证他的猜想。其理由是： 。
请你针对小汪实验步骤中存在的问题，适当增减器材，写出改进措施： 。
