【初三物理】第十三章、焦耳定律实验10道典型题型（含详细解析） / 开普饭

一．实验探究题（共10小题）

1．采用如图的装置探究“电流产生的热量跟什么因素有关”，接通电源，瓶内的空气被加热后膨胀，使U形管中的液面发生变化，通过观察U形管的液面变化情况比较出瓶内电阻丝的发热多少。

（1）如图所示的是探究电流产生的热量跟　　的关系，通电一段时间　　（选填“左瓶”或“右瓶”）内的电阻丝产生的热量多。

（2）让实验装置冷却到初始状态，把右瓶并联的两根电阻丝都放入瓶内，接通电源比较两瓶内电阻丝发热多少。此时该装置是探究电流产生的热量跟　　的关系，一段时间后电阻丝产生的热量　　（选填“左瓶”、“右瓶”或“两瓶一样”）多。

2．如图所示，物理实验小组探究“电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关”的实验装置。两个透明容器中封闭着等量的空气，且都有一段电阻丝。将透明容器与U形管相连，接入电路。

（1）组装之前，U形管内注入适量红墨水，U形管　　（选填“属于”或“不属于”）连通器。

（2）图甲是探究在通电时间相同和　　相同的情况下，导体产生的热量与　　大小是否有关的装置。

（3）实验中通过观察　　的变化反映密闭空气温度的变化，在研究许多物理问题时都会用到这种方法，下列研究实例采用研究方法与此相同的是　　。

A．探究电流与电压、电阻的关系B．用铁屑显示磁体周围磁场分布 C．研究光的传播时，引入“光线”D．扩散现象表明分子在不停地做无规则运动

（4）由图乙所示，电流表的示数为　　A，在这种情况下，右侧容器中定值电阻在10s内产生的热量是　　J。

（5）某实验小组发现通电一段时间后，其中一个U形管中的液面高度几乎不变，发生此现象的原因可能是　　。

3．如图所示的实验装置中，三个相同的烧瓶A、B、C内部都盛有质量和初温均相等的液体，其中，A、B烧瓶中装的是煤油，C瓶中装的是水，A、B、C瓶中电阻丝的阻值分别为R_A、R_B、R_C，且R_A＜R_B＝R_C．（假设实验中没有任何热损失）

（1）小明用该装置探究“电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系”，他应该观察比较　　两瓶中温度计的示数变化情况，其中　　瓶中的液体温度升高得更快一些。

（2）小红用该装置完成“比较水和煤油吸热升温的情况”的实验，她应该观察比较　　、C两瓶中温度计的示数变化情况，实验中水和煤油吸热的多少是通过　　来反映的（选填“温度计示数”或“加热时间”）。该实验中装有　　（选填“水”或“煤油”）的烧瓶中温度计示数变化较大。

4．如图是探究电流通过导体产生热的多少跟什么因素有关的实验装置，将四段电阻丝a、b、c、d分别密封在完全相同的盒内，盒内封闭一定量的空气，其中图乙中另取5Ω电阻在盒外与盒内电阻并联。

（1）盒内封闭一定量的空气的优点是　　。在实验中电流通过电阻产生热量的多少是通过观察　　来比较的。

（2）图甲可探究电流产生的热量与　　的关系，图乙可探究电流产生的　　的关系。

（3）图乙中右侧盒外连接的5Ω电阻，它的作用是　　。

（4）物理研究方法有很多，本实验运用了两种方法：一是　　法；二是　　法。

（5）通电一段时间，发现其中一个U形管液面高度几乎不变，则出现该现象的原因可能是　　。

5．某学习小组在老师的指导下，探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关。他们用的实验器材如图所示，两个透明容器中密封着等量空气，U形管中液面最初相平，两个密闭容器中都有一段电阻丝。

（1）请你用笔画线代替导线，把图甲两个容器的电阻丝接到电路中。

（2）实验中通过观察液面高度的变化来比较电流通过导体产生热量的多少，这种方法叫　　。

（3）接好电路，闭合开关，通电一段时间后，　　（填“左”或“右”）侧U形管中液面高度变化大，此实验现象表明，在电流和通电时间均相同的情况下，　　越大，所产生的热量越多。

（4）让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相同阻值的电阻和这个容器内的电阻并联（如图乙所示）。移走图甲中的电阻，换接图乙中的电阻到电路中，重新做这个实验。此时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U形管中液面高度变化，由此得到的结论是　　

（5）如果热量用Q表示，电流用I表示，电阻用R表示，时间用t表示，则Q＝　　。

6．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。

（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　　。

（2）甲装置可探究电流产生的热量与　　的关系，通电一段时间后，　　（填“左”或“右”）侧容器中U形管中液面的高度差大。

（3）乙装置中的电阻R₃的作用主要是　　。

（4）如果乙装置中R₃发生了断路，保证通电时间相同，与步骤（3）相比较，则左侧U形管中液面的高度差将　　（填“变大”“变小”或“不变”）。

（5）利用甲装置还可以研究电压一定时，电流通过导体时产生热量与电阻的关系。可将甲装置做如下改动：将接在B接线柱上的导线改接在A处，再取一根导线连接在　　两个接线柱之间即可。

7．为探究“电流通过导体产热的多少与导体电阻的关系”，小柯用如图甲所示装置进行实验，图中两个250mL的同规格烧瓶内装有等体积的煤油，瓶塞上各插一根同规格的玻璃管，瓶内连接的电阻丝的阻值分期为5Ω和10Ω。

【实验步骤】

①连接好电路，将滑动变阻器的滑片移至　　端（填字母），分别标记两烧瓶内玻璃管中液面的起始位置。②闭合开关，通电t0时间后，分别标记此时两烧瓶内玻璃管内液面的位置。③比较发现10Ω电阻丝所在烧瓶内玻璃管中液面上升更高。

【推测结论】在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，电流产生的热量　　。

【交流反思】

方案一：在前一次实验后，待玻璃管中的液面将回到起始高度后，按小柯的实验步骤②再次进行实验，比较两玻璃管内液面上升情况，得出结论。

方案二：用乙图所示装置替换甲图中对应装置（乙图中两个烧瓶规格相同，容积都为500mL），按小柯的实验步骤①②进行实验，得出结论。

以上两种方案，你认为可行的有　　。

8．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。

（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。

（2）甲装置可探究电流产生的热量与　　的关系，通电一段时间后，　　（填“左”或“右”）侧容器中U形管中液面的高度差大。

（3）乙装置中的电阻R₃的作用主要是　　。

（4）如果乙装置中R₃发生了断路，保证通电时间相同，与步骤（3）相比较，则左侧U形管中液面的高度差将　　（选填“变大”、“变小”或“不变”）。

（5）利用甲装置还可以研究电压一定时，电流通过导体时产生热量与电阻的关系。可将甲装置做如下改动：将接在B接线柱上的导线改接在A处，再取一根导线在　　两个接线柱之间即可。

9．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，且R_甲＞R_乙，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、初温都相同的煤油。

①闭合开关，通电一段时间后，小希发现　　烧瓶中温度计的示数大，表明其它条件相同时，导体的电阻越　　，产生的热量越多。

②本实验使用了控制变量的科学方法：通过两金属丝串联的方式，控制　　和通电时间相同；还使用转换的科学方法：把　　转换为温度升高的多少。

（2）小希想把装置改成探究物质吸热能力的实验装置，在甲、乙两瓶中加入质量、初温都相同的不同液体，将两瓶中的电阻丝换成　　相等的电阻丝。

①一段时间后，小希观察到乙瓶内液体温度高一些，据此判断“乙瓶内液体吸收的热量多”，他的判断是　　（填“正确”或“错误”），请说明理由　　。

②甲、乙两瓶内液体的比热容关系是c_甲　　c_乙（填“大于”、“小于”或“等于”）。

10．生活中我们发现：电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。为了探究“电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关，老师设计了如图甲、乙两组实验装置：将a、b、c、d四段电阻丝分别密封在完全相同的盒内，盒内封闭一定量的空气，并与装有相同液体的U形管相连通。将电阻丝e与图乙中电阻丝d并联置于盒外，五段电阻丝中b为10Ω其余均为5Ω。

（1）实验中通过观察U形管中　　变化来比较电流通过电阻丝产生的热量的多少。这种实验方法叫　　。

（2）　　（选填“甲”“乙”）装置可探究电流产生的热量与　　的关系。

（3）其中　　装置能够解释“电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热”。

（4）乙装置通电一段时　　（选填“左瓶”或“右瓶”）内的电阻丝产生的热量多。

（5）让乙装置冷却到初始状态，把右瓶并联的两根电阻丝都放入瓶内，接通电源比较两瓶内电阻丝发热多少。此时该装置是探究电流产生的热量跟　　的关系，一段时间后电阻丝产生的热量　　（选填“左瓶”、“右瓶”、“两瓶一样”）多。

参考答案与试题解析

一．实验探究题（共10小题）

（1）如图所示的是探究电流产生的热量跟　电流　的关系，通电一段时间　左瓶　（选填“左瓶”或“右瓶”）内的电阻丝产生的热量多。

（2）让实验装置冷却到初始状态，把右瓶并联的两根电阻丝都放入瓶内，接通电源比较两瓶内电阻丝发热多少。此时该装置是探究电流产生的热量跟　电阻　的关系，一段时间后电阻丝产生的热量　左瓶　（选填“左瓶”、“右瓶”或“两瓶一样”）多。

【分析】（1）电流产生的热量跟电流的大小、电阻的大小、通电时间有关；

探究电流产生热量跟电流关系时，需控制通电时间和电阻相同，改变电流的大小；

探究电流产生热量跟电阻关系时，需控制通电时间和电流相同，改变电阻的大小；

（2）分析图中的实验装置，看电流、电阻和通电时间中，哪些相同、哪些不同，从而判断实验探究电流产生的热量与什么因素有关；

（3）根据焦耳定律的公式Q＝I²Rt判断产生热量的多少。

【解答】解：（1）如图的装置中，右边两个5Ω的电阻并联后与左边5Ω的电阻再串联；

根据串联电路的电流特点可知，右边两个电阻的总电流和左边电阻的电流相等，即I_右＝I_左，

两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点可知I_右＝I_内+I_外，比较可知I_左＞I_内；

两瓶中电阻相等（均为5Ω），通电时间相等，电流不同，故探究的是电流产生的热量跟电流的关系；

通电一段时间后，由于电阻相同、通电时间相同、I_左＞I_内，根据焦耳定律Q＝I²Rt可知，左瓶内的电阻丝产生的热量多。

（2）让实验装置冷却到初始状态，把右瓶并联的两根电阻丝都放入瓶内，右瓶中两根电阻丝对瓶内空气进行加热；根据并联电路总电阻的计算公式可得，右瓶中两根5Ω电阻丝的总电阻为2.5Ω，小于5Ω，即R_左＞R_右；

两瓶内电阻丝的总电阻不相等，通电时间相等，电流相等，故探究的是电流产生的热量跟电阻的关系；

通电一段时间后，由于电流相同（即I_右＝I_左）、通电时间相同、R_左＞R_右，根据焦耳定律Q＝I²Rt可知，左瓶内的电阻丝产生的热量多。

故答案为：（1）电流；左瓶；（2）电阻；左瓶。

【点评】本题考查了学生对焦耳定律的理解，注重了探究实验的考查，同时在该实验中利用了控制变量法和转换法，是中考物理常见题型。

（1）组装之前，U形管内注入适量红墨水，U形管　属于　（选填“属于”或“不属于”）连通器。

（2）图甲是探究在通电时间相同和　电流　相同的情况下，导体产生的热量与　电阻　大小是否有关的装置。

（3）实验中通过观察　U形管液面高度差　的变化反映密闭空气温度的变化，在研究许多物理问题时都会用到这种方法，下列研究实例采用研究方法与此相同的是　BD　。

A．探究电流与电压、电阻的关系B．用铁屑显示磁体周围磁场分布 C．研究光的传播时，引入“光线”D．扩散现象表明分子在不停地做无规则运动

（4）由图乙所示，电流表的示数为　2　A，在这种情况下，右侧容器中定值电阻在10s内产生的热量是　200　J。

（5）某实验小组发现通电一段时间后，其中一个U形管中的液面高度几乎不变，发生此现象的原因可能是　透明容器密闭性不好　。

【分析】（1）上端开口，下端相连通的容器叫连通器；

（2）在串联电路中电流处处相等，根据电路连接特点确定探究的问题；

（3）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但空气温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映，这种研究方法叫转换法；

（4）读取电流表示数时，首先要明确电流表选择的量程和对应的分度值，视线与指针所对刻线相垂直；已知电流、电阻和通电时间，利用Q＝I²Rt计算产生的热量；

（5）可从漏气、橡胶管没有扎住等方面进行分析。

【解答】解：（1）由图知，U形管内注入适量红墨水，上端开口，下端相连通，所以属于连通器；

（2）由图知，阻值不同的电热丝串联在两个密闭容器中，通过的电流和通电时间都相同，所以探究的是电流产生热量与电阻的关系；

（3）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但空气温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映。采用的是转换法；

A、探究电流与电压、电阻的关系，采用的是控制变量法；

B、用铁屑显示磁体周围磁场分布，采用的是转换法；

C、研究光的传播时，引入“光线”，采用的是模型法；

D、扩散现象表明分子在不停地做无规则运动，采用的是转换法。故选BD；

（4）由图知，电流表选择的是～3A量程，对应的分度值是0.1A，电流表示数为2A；

右侧容器中定值电阻在10s内产生的热量是Q＝I²Rt＝（2A）²×5Ω×10s＝200J；

（5）由Q＝I²Rt可知，电阻丝R₁和R₂在相同时间内产生的热量不同，则U形玻璃管中应该出现液面高度差；而其中一个U形玻璃管中液面高度几乎不变，说明与此相连的空气盒有可能漏气，也可能是对应的容器内的电热丝短路。

故答案为：（1）属于；

（2）电流；电阻；

（3）U形管液面高度差；BD；

（4）2；200；

（5）透明容器密闭性不好（透明容器漏气、对应电阻丝短路）。

【点评】此题主要考查的是学生对“电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关”实验的理解和掌握，注意控制变量法和转换法的运用，同时考查了学生对焦耳定律的理解和应用，综合性较强。

（1）小明用该装置探究“电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系”，他应该观察比较　A、B　两瓶中温度计的示数变化情况，其中　B　瓶中的液体温度升高得更快一些。

（2）小红用该装置完成“比较水和煤油吸热升温的情况”的实验，她应该观察比较　B　、C两瓶中温度计的示数变化情况，实验中水和煤油吸热的多少是通过　加热时间　来反映的（选填“温度计示数”或“加热时间”）。该实验中装有　煤油　（选填“水”或“煤油”）的烧瓶中温度计示数变化较大。

【分析】（1）探究电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系，应控制电流和通电时间相等，改变电阻。由此选择并分析；

（2）比较水和煤油吸热升温的情况的实验中，应用相同的加热装置，给相同质量不同液体加热相同时间，通过升高温度来判断。

【解答】解：

电流产生热量与电流、电阻和通电时间三个因素有关，探究中要采用控制变量法；

（1）探究电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系，应控制电流和通电时间相等，改变电阻。通电后给质量相同的同种液体加热，所以应比较A、B两瓶中温度计的变化情况，因为R_A＜R_B，所以B中液体温度升高得快些；

（2）为了比较水和煤油吸热的多少，应采用相同的加热装置，通过加热时间长短来比较，因为R_B＝R_C，所以要选择B、C两瓶中温度计的示数变化情况；通电相同时间（吸收相同的热量），质量相等的水和煤油中，煤油的温度升得高，温度计示数变化大。

故答案为：（1）A、B；B；（2）B；加热时间；煤油。

【点评】中考实验中常考题型，本题考查了电流产生热量因素、水和煤油吸热升温情况两个实验，关键是熟练运用控制变量法和转换法。

（1）盒内封闭一定量的空气的优点是　空气受热容易膨胀，便于实验观察　。在实验中电流通过电阻产生热量的多少是通过观察　两个U形管中液面的高度　来比较的。

（2）图甲可探究电流产生的热量与　电阻　的关系，图乙可探究电流产生的　热量与电流　的关系。

（3）图乙中右侧盒外连接的5Ω电阻，它的作用是　使电阻c、d中的电流不相等　。

（4）物理研究方法有很多，本实验运用了两种方法：一是　转换　法；二是　控制变量　法。

（5）通电一段时间，发现其中一个U形管液面高度几乎不变，则出现该现象的原因可能是　空气盒气密性不好　。

【分析】（1）电流流经电阻丝产生焦耳热，瓶内气体温度升高，体积变大，使气球膨胀，电流做功越多，气球体积膨胀越大，气球膨胀程度的大小能反应电流做功多少。采用转换法，通过温度计示数的变化来反映电阻丝放出热量的多少；

（2）电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关。探究电流产生热量跟电流关系时，控制电阻和通电时间不变；探究电流产生热量跟电阻关系时，控制通电时间和电流不变；探究电流产生热量跟通电时间关系时，控制电流和电阻不变。

（3）并联电路中的电阻比任何一个电阻都小。

（4）据该题中的控制变量法和转换法进行分析判断。

（5）可从漏气、橡胶管没有扎住等方面进行分析。

【解答】解：（1）在实验中电流做功多少是通过观察气球膨胀程度大小来体现的。因此盒内封闭一定量的空气的优点空气受热容易膨胀，便于实验观察；

在实验中电流通过电阻产生的热量多少是通过观察U形管内左右两侧液面高度大小来体现的，这种方法叫“转换法”。

（2）由图可知，两个盒中的电阻丝串联，通过两电阻丝的电流和通电时间相同，研究的是：当通过的电流和通电时间相同时，电流产生的热量与导体电阻大小的关系。

（3）两个相同的电阻串联在电路中，通电时间和电阻相同，当给其中一个并联一个电阻时，电阻的电流改变，探究电流产生热量跟电流关系。

因为并联电路中的电阻比任何一个电阻都小，当乙图中右侧盒外连接的5Ω电阻后，右侧5Ω的电阻分压较小，由此可知，右侧电阻的电流减小，因此乙图中右侧盒外连接的5Ω电阻的作用是改变右侧电阻的电流；把电阻接在盒子外侧，是为了控制好变量，不改变右侧盒内电阻，便于探究电流通过导体产生的热量与电流的关系。

（4）图乙烧瓶内的电阻值都是5Ω，阻值相等，通电时间相等，电流不同，运用控制变量法，探究电流产生热量跟电流的关系。

（5）由Q＝I²Rt可知，两根电阻丝在相同时间内产生的热量不同，则U形玻璃管中应该出现液面高度差；而其中一个U形玻璃管中液面高度几乎不变，说明与此相连的空气盒有可能漏气。

故答案为：（1）空气受热容易膨胀，便于实验观察；两个U形管中液面的高度；

（2）电阻；热量与电流；

（3）使电阻c、d中的电流不相等；

（4）转换；控制变量；（5）空气盒气密性不好。

【点评】该题考查了控制变量法和转换法在焦耳定律实验中的应用，注意两导体串联时电流相等，导体产生热量的多少是通过温度计示数的变化来反映的。

（1）请你用笔画线代替导线，把图甲两个容器的电阻丝接到电路中。

（2）实验中通过观察液面高度的变化来比较电流通过导体产生热量的多少，这种方法叫　转换法　。

（3）接好电路，闭合开关，通电一段时间后，　右　（填“左”或“右”）侧U形管中液面高度变化大，此实验现象表明，在电流和通电时间均相同的情况下，　电阻　越大，所产生的热量越多。

（4）让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相同阻值的电阻和这个容器内的电阻并联（如图乙所示）。移走图甲中的电阻，换接图乙中的电阻到电路中，重新做这个实验。此时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U形管中液面高度变化，由此得到的结论是　在电阻和时间相同的情况下，电流越大，产生的热量越多　

（5）如果热量用Q表示，电流用I表示，电阻用R表示，时间用t表示，则Q＝　I²Rt　。

【分析】（1）根据“在电流和通电时间相同时，导体产生的热量与电阻大小的关系”，可确定是串联电路，以根据电流流向法，从电源的正极出发依次连接电路元件，然后回到电源负极即可；

（2）电流产生的热量不能用眼睛直接观察，通过液面高度差的变化来反映；

（3）由电路图可知两电阻串联，根据串联电路的电流特点可知通过它们的电流关系，据Q＝I²Rt比较两电阻产生的热量关系，密闭空气吸收热量后，体积不变，压强变大，U形管内两液面的差值变大，据此进行解答；

（4）探究电流产生热量跟通电电流关系时，控制通电时间和电阻不变；

（5）根据焦耳定律的公式分析。

【解答】解：

（1）将滑动变阻器，两相同的透明容器中的U形管，开关，逐一顺次连接即可，滑动变阻的连线要注意一上一下，如下图所示：

；

（2）电流产生的热量不便于用眼睛直接观察和测量，通过U形管内液柱的高度差来反映，这种方法是初中物理常用的转换法；

（3）因串联电路中各处的电流相等，所以，两电阻丝串联时通过它们的电流相等；由Q＝I²Rt可知，在电路和通电时间相同时，右侧电阻较大，产生的热量较多，密闭空气吸收热量后，体积膨胀，右侧气体膨胀更大所以B管中的液面较高；

（4）在乙装置中一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，根据串联电路的电流特点可知，B端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，即I_右＝I_左，两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知I_右＝I₁+I₂，两电阻阻值相等，则支路中电流相等，I₁＝I₂，所以右边容器中的通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，根据U形管液面的高度可知，电流越大，热量越多；故结论为：在电阻和时间相同的情况下，电流越大，产生的热量越多；

（5）由焦耳定律可知，Q＝I²Rt。

故答案为：（1）见上图；（2）转换法；（3）右；电阻；（4）在电阻和时间相同的情况下，电流越大，产生的热量越多；（5）I²Rt。

【点评】此题主要考查的是学生对“电流通过导体产生的热量与电阻、电流的关系”实验的理解和掌握，注意控制变量法和转换法的运用是解决该题的关键。

6．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。

（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　液面高度差的变化　。

（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　（填“左”或“右”）侧容器中U形管中液面的高度差大。

（3）乙装置中的电阻R₃的作用主要是　使通过R₁和R₂的电流不相等　。

（4）如果乙装置中R₃发生了断路，保证通电时间相同，与步骤（3）相比较，则左侧U形管中液面的高度差将　变小　（填“变大”“变小”或“不变”）。

（5）利用甲装置还可以研究电压一定时，电流通过导体时产生热量与电阻的关系。可将甲装置做如下改动：将接在B接线柱上的导线改接在A处，再取一根导线连接在　BD　两个接线柱之间即可。

【分析】（1）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但液体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映；

（2）将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两电阻丝的电流和通电时间相同，根据焦耳定律Q＝I²Rt进行分析；

（3）探究电流产生热量跟电阻关系时，控制通电时间和电流不变；探究电流产生热量跟电流关系时，控制通电时间和电阻不变，改变电流，因此需要电阻并联；

（4）当乙装置中R₃发生了断路时，电路中只有R₁和R₂串联，此时电路中的总电阻变大，电路中电流变小，根据焦耳定律Q＝I²Rt在相同时间内，电阻丝产生热量的变化，得出结论；

（5）要探究电压一定时，电流通过导体时产生热量与电阻的关系，需要将两电阻丝并联，据此分析甲装置的改动方案。

【解答】解：（1）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，实验前，应使两个U形管中的液面高度相同，液体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映；

（2）甲装置中，将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过他们的电流I与通电时间t相同，电阻不同，探究电流产生的热量与电阻的关系；左边容器中的电阻小于右边容器中的电阻，由Q＝I²Rt可知，右边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快，这表明：在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，产生的热量越多；

（3）图乙的装置在实验中，右侧容器的外部，将一个完全相同的电阻和这个容器内的电阻并联，再接入原电路，使通过左边容器中电阻的电流与通过右边容器中电阻的电流不同，可以探究电流产生的热量与通过导体的电流大小的关系；

（4）当乙装置中R₃发生了断路时，电路中只有R₁和R₂串联，此时电路中的总电阻变大，电路中电流变小，根据焦耳定律Q＝I²Rt在相同时间内，电阻丝R₁产生热量变小，与步骤（3）相比较，则左侧U形管中液面的高度差将变小；

（5）利用甲装置还可以研究电压一定时，电流通过导体时产生热量与电阻的关系，应将两电阻丝并联，所以将接在B接线柱上的导线改接在A处，再取一根导线在BD两个接线柱之间即可。

故答案为：（1）液面高度差的变化；（2）电阻；右；（3）使通过R₁和R₂的电流不相等；（4）变小；（5）BD。

【点评】本题考查了学生对焦耳定律的认识，注重了探究实验的考查，同时在该实验中利用了控制变量法和转换法，是中考物理常见题型。

【实验步骤】

①连接好电路，将滑动变阻器的滑片移至　B　端（填字母），分别标记两烧瓶内玻璃管中液面的起始位置。②闭合开关，通电t0时间后，分别标记此时两烧瓶内玻璃管内液面的位置。③比较发现10Ω电阻丝所在烧瓶内玻璃管中液面上升更高。

【推测结论】在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，电流产生的热量　越多　。

【交流反思】

方案一：在前一次实验后，待玻璃管中的液面将回到起始高度后，按小柯的实验步骤②再次进行实验，比较两玻璃管内液面上升情况，得出结论。

方案二：用乙图所示装置替换甲图中对应装置（乙图中两个烧瓶规格相同，容积都为500mL），按小柯的实验步骤①②进行实验，得出结论。

以上两种方案，你认为可行的有　方案二　。

【分析】（1）为了保护电路，闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片位于最大阻值处；

（2）根据焦耳定律Q＝I²Rt，结合控制变量法得出结论；

（3）为了使得出的结论具有普遍性，应该换用阻值不同的电阻丝再进行实验。

【解答】解：

（1）为了保护电路，闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片位于最大阻值处；滑动变阻器使用的是左下接线柱，闭合开关前要使接入的阻值最大，就要使接入的电阻线最长，即远离下端使用的接线柱，故将滑片移至B端；

（2）通电时间和电流相同时，根据焦耳定律Q＝I²Rt可知，电阻越大，放出的热量越多，表明在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，在导体上所产生的热量就越多；

（3）为了使实验结论具有普遍性，应该换用阻值不同的电阻丝重复上面的实验，所以方案二好。

故答案为：（1）B；（2）越多；（3）方案二。

【点评】本题考查探究电流产生的热量与电阻、电流大小的关系，需明确当要探究的物理量较多时，应采用控制变量法。

8．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。

（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。

（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　（填“左”或“右”）侧容器中U形管中液面的高度差大。

（3）乙装置中的电阻R₃的作用主要是　使通过R₁和R₂的电流不相等　。

（4）如果乙装置中R₃发生了断路，保证通电时间相同，与步骤（3）相比较，则左侧U形管中液面的高度差将　变小　（选填“变大”、“变小”或“不变”）。

（5）利用甲装置还可以研究电压一定时，电流通过导体时产生热量与电阻的关系。可将甲装置做如下改动：将接在B接线柱上的导线改接在A处，再取一根导线在　BD　两个接线柱之间即可。

【分析】（2）电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关，探究时运用了控制变量法；探究电流产生热量跟电阻关系时，控制通电时间和电流不变；

（5）要探究电压一定时，电流通过导体时产生热量与电阻的关系，需要将两电阻丝并联，据此分析甲装置的改动方案。

【解答】解：

（2）在甲装置中，将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过它们的电流I与通电时间t相同，探究导体产生的热量与电阻的关系；甲实验两电阻丝串联，则通过电阻丝的电流和通电时间相同，右侧电阻阻值大，由焦耳定律Q＝I²Rt可知，右侧电阻丝产生热量多；则右侧容器内空气吸收的热量多，右侧容器中U形管中液面的高度差大；

故答案为：（2）电阻；右；（3）使通过R₁和R₂的电流不相等；（4）变小；（5）BD。

【点评】本题考查了学生对焦耳定律的认识，注重了探究实验的考查，同时在该实验中利用了控制变量法和转换法，是中考物理常见题型。

9．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，且R_甲＞R_乙，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、初温都相同的煤油。

①闭合开关，通电一段时间后，小希发现　甲　烧瓶中温度计的示数大，表明其它条件相同时，导体的电阻越　大　，产生的热量越多。

②本实验使用了控制变量的科学方法：通过两金属丝串联的方式，控制　通过导体的电流　和通电时间相同；还使用转换的科学方法：把　电流产生热量的多少　转换为温度升高的多少。

（2）小希想把装置改成探究物质吸热能力的实验装置，在甲、乙两瓶中加入质量、初温都相同的不同液体，将两瓶中的电阻丝换成　阻值　相等的电阻丝。

①一段时间后，小希观察到乙瓶内液体温度高一些，据此判断“乙瓶内液体吸收的热量多”，他的判断是　错误　（填“正确”或“错误”），请说明理由　两电阻丝相同，加热相同的时间，放出的热量相同，所以a、b两种液体吸收的热量相等　。

②甲、乙两瓶内液体的比热容关系是c_甲　大于　c_乙（填“大于”、“小于”或“等于”）。

【分析】（1）①根据Q＝I²Rt分析产生热量的多少；

②探究电流产生的热量跟电流大小关系时，控制电阻和通电时间不变；探究电流产生的热量跟电阻的关系时，控制电流和通电时间不变；探究电流产生的热量跟通电时间的关系时，控制电流和电阻不变；电流产生的热量不能用眼睛直接观察，通过温度计示数的变化显示电流产生热量的多少；

（2）探究“比较水和煤油比热容的大小”的实验，根据Q＝cm△t，控制水和煤油两种物质的质量相等，吸收相等的热量，通过比较温度变化量来比较比热；或控制水和煤油两种物质的质量相等，升高相同的温度，通过吸收热量的多少来比较比热；

①相同的加热器，加热相同的时间，吸收热量相同，至于甲乙升高的温度不同是因为比热容不同造成的。即用加热时间的长短比较吸热的多少；

②探究“比较水和煤油比热容的大小”的实验，通过比较温度变化量来比较比热。

【解答】解：

（1）①由图知，两电阻丝串联，电流和通电时间相同，且R_甲＞R_乙，根据Q＝I²Rt可知，甲瓶中电阻丝产生的热量多，温度计的示数变化大；这表明：其它条件相同时，导体的电阻越大，产生的热量越多；

②探究电流产生的热量跟电阻的关系时，应控制电流和通电时间不变，采用的是控制变量法；通过两金属丝串联的方式，来控制电流和通电时间相同；

电流产生的热量不能用眼睛直接观察，通过温度计示数的变化显示电流产生热量的多少，采用的是转换法；

（2）要探究物质的吸热能力，则应让水和煤油的质量相等、吸收的热量（加热时间）相等，由温度的变化大小得出物质吸热能力关系。故用相同质量的水换成其中一个烧瓶中的煤油；还应当保证甲、乙烧瓶中电阻丝的阻值相等（即加热器相同）；

①他的判断是错误的；因为两电阻丝相同，加热相同的时间，放出的热量相同，所以a、b两种液体吸收的热量相等；

②一段时间后，小希观察到乙瓶内液体温度高一些，因两种液体吸收的热量相等、质量也相等，由Q＝cm△t可知，乙液体的比热容小，即甲的比热容大于乙的比热容。

故答案为：（1）①甲；大；②通过导体的电流；电流产生热量的多少；

（2）阻值；①错误；两电阻丝相同，加热相同的时间，放出的热量相同，所以a、b两种液体吸收的热量相等；②大于。

【点评】本题是探究“电流通过导体产生的热量跟电阻大小的关系”的实验题，实验中应用了控制变量法，掌握控制变量法的应用、熟练应用串联电路特点正确解题的关键。

（1）实验中通过观察U形管中　液面高度　变化来比较电流通过电阻丝产生的热量的多少。这种实验方法叫　转换法　。

（2）　甲（乙）　（选填“甲”“乙”）装置可探究电流产生的热量与　电阻（电流）　的关系。

（3）其中　甲　装置能够解释“电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热”。

（4）乙装置通电一段时　左瓶　（选填“左瓶”或“右瓶”）内的电阻丝产生的热量多。

（5）让乙装置冷却到初始状态，把右瓶并联的两根电阻丝都放入瓶内，接通电源比较两瓶内电阻丝发热多少。此时该装置是探究电流产生的热量跟　电阻　的关系，一段时间后电阻丝产生的热量　左瓶　（选填“左瓶”、“右瓶”、“两瓶一样”）多。

【分析】（1）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但液体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映，这种研究方法叫转换法；

（2）（3）（4）（5）电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关。探究电流产生热量跟电阻关系时，控制通电时间和电流不变；探究电流产生热量跟电流关系时，控制电阻和通电时间相同。

【解答】解：

（1）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但液体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映，这种研究方法叫转换法；

（2）如图甲，两个电阻串联在电路中，电流相同，通电时间相同，电阻不同，运用控制变量法，探究电流产生热量跟电阻的关系；乙图中可以探究电热与电流大小的关系；

（3）图甲中，通过一段时间，b容器中电流产生的热量较多，该容器的电阻最大，故结论为：当电流和通电时间一定时，电阻越大，产生的热量越多；电炉丝与导线串联，电炉丝电阻较大，导线电阻非常小，电流和通电时间相同，电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热，说明电流产生的热量与导体电阻大小的关系；故图甲装置能够解释“电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热”；

（4）乙装置中，在电阻和通电时间相同时，电流越大，产生的热量越多，所以左瓶内的电阻丝产生的热量多；

（5）让实验装置冷却到初始状态，把右瓶并联的两根电阻丝都放入瓶内，右瓶中两根电阻丝对瓶内空气进行加热；根据并联电路的电阻规律可得，右瓶中两根5Ω电阻丝并联的总电阻为2.5Ω，小于5Ω，即R_左＞R_右；

两瓶内电阻丝的总电阻不相等，通电时间相等，电流相等，故探究的是电流产生的热量跟电阻的关系；

通电一段时间后，由于电流相同（即I_右＝I_左）、通电时间相同、R_左＞R_右，根据焦耳定律Q＝I²Rt可知，左瓶内的电阻丝产生的热量多。

故答案为：（1）液面高度；转换法；（2）甲（乙）；电阻（电流）；（3）甲；（4）左瓶；（5）电阻；左瓶。

【点评】本题考查了学生利用控制变量法和转换法探究电流产生热量多少和各影响因素之间的关系的实验。

考点卡片

1．焦耳定律

【知识点的认识】

（1）内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比，这个规律叫焦耳定律．

（2）公式：Q＝I²Rt，公式中的电流I的单位要用安培（A），电阻R的单位要用欧姆（Ω），通过的时间t的单位要用秒（s）这样，热量Q的单位就是焦耳（J）．

（3）变形公式：Q＝

t，Q＝UIt．

【解题方法点拨】

（1）在纯电阻电路中，电能全部转化为热能，电功等于电热，即W＝Q；在非纯电阻电路中，电能大部分转化为其他能，已小部分转化为热能，电功大于电热，W＝Q+W_其他．

（2）探究电热与哪些因素有关：

①怎样用转换法体现电热：用温度计升高的度数；用细管内液柱升高的高度；用气球膨胀的大小．

②怎样用控制变量法研究与电阻的关系：串联时控制电流和通电时间一定，并联时控制电压与通电时间一定．

【命题方向】

本知识点主要考查焦耳定律的应用，考察的形式主要是选择题、填空题．

第一类常考题：

如图所示，是研究电流热效应的部分实验电路，甲电阻丝的阻值小于乙电阻丝的阻值．比较通电后两根电阻丝各自两端的电压U_甲、U_乙以及它们在相同时间内分别产生的热量Q_甲、Q_乙的大小，下面关系中正确的是（　　）

A．U_甲＝U_乙，Q_甲＝Q_乙 B．U_甲＜U_乙，Q_甲＞Q_乙 C．U_甲＜U_乙，Q_甲＜Q_乙 D．U_甲＞U_乙，Q_甲＜Q_乙

分析：两电阻丝串联，流过它们的电流I相等，通电时间t相等，

由U＝IR判断它们间的电压关系，由Q＝I²Rt判断它们产生的热量关系．

解：由于两电阻丝串联，流过它们的电流I相等，通电时间t相等，

由题意知：R_甲＜R_乙，由U＝IR知：U_甲＜U_乙；由Q＝I²Rt知：Q_甲＜Q_乙；

故选C．

点评：本题考查了串联电路的特点，欧姆定律，焦耳定律，熟练掌握基础知识是正确解题的关键．

第二类常考题：

关于电流通过导体时产生的热量，以下说法正确的是（　　）

A．根据Q＝I²Rt可知，电阻越大，相同时间内产生的热量越多

B．根据Q＝

t可知，电阻越大，相同时间内产生的热量越少

C．根据Q＝UIt可知，相同时间内，电流产生的热量与电阻无关

D．根据Q＝I²Rt可知，在电流一定时，电阻越大，相同时间内产生的热量越多

分析：焦耳定律的定义式是Q＝I²Rt，导出式有Q＝

t和Q＝UIt，如果不是纯电阻电路，只能用定义式来算，如果是纯电阻电路，关键是看控制什么因素一定，决定用哪个公式来计算，如电流一定时用Q＝I²Rt，电压一定时用Q＝

解：A、没有说明控制电流一定，故缺少条件，结论不一定正确；

B、没有说明控制电压一定，故缺少条件，结论不一定正确；

C、此公式是导出式，只能说明电热在数值上等于电流、电压、时间的乘积，与电阻是否有关要看定义式，故结论不正确；

D、电流、时间一定时，电热与电阻成正比，故结论正确．

故选D．

判断电热的多少，一要判断是否纯电阻电路，决定导出式是否可用，如果非纯电阻，只能用Q＝I²Rt，如果是纯电阻，Q＝I²Rt和Q＝

t都适用；二要找出U不变还是I不变，如果U不变，用Q＝

t，如果I不变，用Q＝I²Rt．

【初三物理】第十三章、焦耳定律实验10道典型题型（含详细解析）

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