资源简介

焦耳定律实验探究及功与能的问题
一．选择题（共1小题）
1．（2022秋 拱墅区期末）小乐猜想：“电流通过导体产生的热量的多少可能跟电流、电阻和通电时间有关”，于是设计了如图所示的装置①和②，先将电阻丝（R1＜R2）分别装入规格相同的烧瓶中，然后将带有相同的玻璃管的塞子塞紧烧瓶，玻璃管在外侧的一端与相同的瘪气球相连；实验过程中电源电压保持不变。下列叙述中，正确的是（　　）
A．探究电流产生的热量与电流大小的关系，可比较气球甲、乙的体积变化
B．探究电流产生的热量与电阻大小的关系，可比较气球丙、丁的体积变化
C．装置①和 ②同时实验，通电相同时间后，体积变化最大的气球是丙气球
D．装置①和②同时实验，通电相同时间后，体积变化最大的气球是甲气球
二．填空题（共5小题）
2．（2021 杭州）如图所示，为两个光滑的圆弧槽和一段粗糙的水平面相连接的装置。将质量为m的物体从左侧圆弧槽A点由静止释放，最高到达右侧圆弧槽B点处；然后再次滑下，最高到达左侧圆弧槽C点处。其中A、B两点距离水平面的高度分别为H、h。（忽略空气阻力）
（1）物体从A点滑到水平面时，重力所做的功为 　 　。
（2）物体从A点滑到B点的过程中，损失的机械能转化为物体内能的效率为η，则物体到达B点时温度升高了 　 　。（物体比热容用c表示）
（3）C点距离水平面的高度为 　 　。
3．（2022 温州模拟）如图所示，A物体重40N，B物体重12N．A物体在绳子水平拉力作用下沿水平桌面向右做匀速直线运动，它受到桌面的摩擦力为　 　N．如果要使A物体匀速向左运动，则应给它施加一个大小为　 　N的水平向左拉力。
4．（2022 龙湾区模拟）19世纪初，电灯尚未发明，煤矿工人在矿井中只能借助煤油灯照明。矿井中通常存在大量的甲烷气体，遇火极易发生爆炸。1815年，化学家戴维设计出一种安全矿灯——戴维灯（如图）。采用一种网眼很小的普通金属网罩住火焰，火焰只会在网中燃烧而不会引燃外界的甲烷气体。
（1）用甲烷作燃料，具有清洁无毒的特点，原因是 　 　。
（2）用戴维灯照明，不会引燃矿井中的甲烷，可以得出的结论是 　 　。
5．（2022 龙湾区模拟）为了判断短跑比赛时是否抢跑。学校举行“抢跑自动指示”电路的项目化方案设计评比。要求：
①使用前先闭合开关S；当运动员蹲在起跑器上后，发令时开关S1闭合，发令指示灯亮。
②压敏电阻R0阻值随压力减小而减小；运动员起跑后，起跑指示灯亮。
③起跑指示灯比发令指示灯先亮，运动员抢跑。
（1）若发令指示灯工作时，两端电压为3伏，电阻为5欧，其工作时的功率为 　 　瓦。
（2）下列电路设计符合要求的是 　 　。（可多选）
6．（2021秋 越城区期末）如图示意，一轻质杠杆的B端挂一质量为10kg的物体，用一细绳将杠杆A端系于地上，细绳与杠杆间的夹角为30°，OA＝1m，OB＝0.4m，此时杠杆在水平位置平衡。现在O点放一质量为5kg的圆球，用F＝10N的水平拉力使圆球向左匀速运动，问：
（1）刚球未滑动时，细绳承受的拉力为 　 　N：
（2）圆球运动到距O点 　 　m的地方，细绳AC的拉力恰好为零。
三．实验探究题（共5小题）
7．（2022秋 温州月考）学习了焦耳定律表达式Q＝I2Rt之后，平平十分好奇，电流流过导体产生的热量真的与导体两端电压无关吗？在老师的指导下，平平完成了以下实验：
①取两只同型号的直流电动机（不计工作过程中电刷与换向器摩擦产生的热量），按如图方式连接，并且在每只电动机金属外壳相同位置上固定一个电子温度计（如图2），同时记录两支电子温度计的初始温度值；
②闭合开关，发现两支电压表示数相同，然后对电动机M1施加一个阻力，使其转动速度变慢，发现电压表V1示数变小，V2变大；
③维持V1、V2示数不变（U1＜U2），每隔30秒记录一次温度计示数，记录数据T1、T2见表；
④换用两个其他同型号的直流电动机重复上述实验。
表：t表示时间，T表示温度
t/min 0 0.2 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
T1/℃ 17.8 18.4 19.0 19.5 20.0 20.7 21.2 21.6 21.9 22.2 22.4
T2/℃ 17.8 18.5 19.1 19.6 20.0 20.7 21.2 21.7 22 22.4 22.6
（1）实验中需要用到的测量仪器有 　 　。
（2）两个电动机采用串联连接方式的目的是 　 　。
（3）通过实验，小东认定电流通过导体产生的热量与导体两端电压无关，其理由是 　 　。
8．（2020秋 滨江区校级月考）某兴趣小组利用图甲装置探究电流热效应的影响因素，实验步骤如下：
①将阻值为10欧和20欧的电阻丝分别置于A、B两个盛满煤油的烧瓶中，按图甲所示连接电路。
②闭合开关，将滑动变阻器的滑片移至某一位置，记录此时电流表的读数I，通电一段时间，记录A、B烧瓶的玻璃管内液面的变化高度分别为△h1、△h2。
③断开开关，直至玻璃管中的液面降回各自初始位置。
④闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电流表的读数为2I，当通电时间与步骤②相同时，记录A、B烧瓶的玻璃管内液面的变化高度分别为△h3、△h4，实验数据如表。
（1）步骤②中的电流表示数如图乙所示，此时电流为 　 　安。
（2）本实验通过设计串联电路来研究电阻对电流产生热量的影响，可以控制哪些变量相同？　 　。
（3）小明认为：只要选择“△h1、△h2、△h3、△h4”四个量中的某两个量进行比较，就能说明“对电流产生热量多少的影响，电流比电阻更大”，请比较这两个量的大小关系：　 　。
电流大小 烧瓶玻璃管内液面的变化高度
A烧瓶（RA＝10欧） B烧瓶（RB＝20欧）
I △h1 △h2
2I △h3 △h4
9．（2022秋 滨江区期末）兴趣小组利用如图甲装置研究电热跟哪些因素有关。
猜想一：电热跟电流的大小有关，电流越大电热越多；
猜想二：电热跟导体的电阻大小有关，电阻越大电热越多。
为验证猜想，实验步骤如下：
①将阻值为10Ω和20Ω的电阻丝分别置于A、B两个盛满煤油的烧瓶（瓶塞上各插1根相同的玻璃管）中，按图甲所示连接电路；
②闭合开关，将滑动变阻器的滑片移至某一位置，记录此时电流表的读数I，通电一段时间，记录A、B烧瓶的玻璃管内液面的变化高度分别为Δh1、Δh2；
③断开开关，直至玻璃管中的液面降回各自初始位置；
④闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电流表的读数为2I，当通电时间与步骤②相同时，记录A、B烧瓶的玻璃管内液面的变化高度分别为Δh3、Δh4。
（1）科学研究倡导有依据的猜想，请说出生活中支持猜想二的一个实例：　 　。
（2）为使实验现象明显，经常会采用转换或放大的思想，为比较电热丝产生热量的多少，实验中体现这些思想的设计有 　 　。
（3）本实验通过设计串联电路来研究电阻对电流产生热量的影响，可以控制哪些变量相同？　 　。
（4）步骤②中的电流表示数如图乙所示，此时电流为 　 　A。
（5）步骤④中移动滑动变阻器的滑片朝哪个方向移动 　 　（填“M”或“N”）。
10．（2021 钱塘区模拟）小金认为，电流通过导体产生的热量可能与导体中的电流、导体电阻和通电时间有关。于是他将A、B两个完全相同的烧瓶，分别装相同质量的酒精和煤油，按图甲所示接入电路。
（1）若两瓶中的电阻丝阻值相同，接通电路后，由温度传感器记录下两瓶中液体温度变化情况，并得到如图乙图线。则酒精的比热容比煤油稍 　 　（选填“大”或“小”）。
（2）若两瓶中电阻丝的阻值RA＞RB，接通电路后，观察到温度传感器显示出A的温度明显比B升得快。多次重复，现象相同。由此他得出结论：在电流与通电时间相同时，导体的电阻越大，产生的热量也越多。小金得出的结论是正确的，请说明理由。 　 　。
（3）若将（2）中的两个烧瓶内的电阻丝并联接在电路中，请分析能否用来探究电阻丝产生的热量与电流大小的关系，并说明原因：　 　。
11．（2022 龙湾区模拟）小龙根据伏安法利用图甲所示的电路来测量定值电阻R1的阻值。电源电压恒定为3伏，滑动变阻器的规格为（10欧2安）。
实验序号 电压/V 电流/A
1 2.0 0.20
2 2.4 0.25
3 2.8 0.27
（1）小龙在表中记录了三组被测电阻两端的电压和通过电阻的电流值，为获得被测电阻的阻值，小龙将如何处理实验数据？　 　。
（2）为了更准确地测量待测电阻的阻值，老师要求电压表的指针偏转要在满刻度的到之间。当待测电阻的阻值约为20欧时，小龙发现用现有的器材无法顺利完成实验，其原因是 　 　。
（3）小龙用小灯泡替换定值电阻测定小灯泡灯丝的电阻，发现灯丝电阻不是固定不变的。老师告知小龙，灯丝电阻会随温度的变化而变化。小龙将额定电压为2.5V的小灯泡L，以及其他相关器材按图甲连接电路，进行实验，测得小灯泡在温度恒定的环境中电流和电压的几组数据。再换用常温环境重复实验。将实验获取的数据画成图乙中的曲线a和b。请结合图像分析，灯丝电阻在常温环境下变化趋势及变化的原因。 　 　。
四．计算题（共2小题）
13．（2022 衢州模拟）如图甲所示，有一半径为R的光滑的圆弧槽与一粗糙的水平面相连接，将质量为m的物体从斜面顶端由静止释放，停下后测出物块在水平面上滑行距离为s1。图乙中有一个半径为R的粗糙的圆弧槽与和图甲中同样粗糙的水平面相连接，将图甲中质量为m的物体也从图乙中斜槽顶端由静止释放，停下后测出物块在水平面上滑行距离为s2。求：
（1）甲图中重力对物体做的功；
（2）乙图中物体在水平面上的摩擦力f；
（3）乙中物体在粗糙的弧槽上运动这段时间内，若克服摩擦力做的功全部转化为内能并被该物体吸收，则物体上升的温度多少（物体比热容为c）？
五．解答题（共1小题）
14．（2022 温州二模）温度的测量在不同场合下有特定的使用要求，因此生产生活中发明了各种类型的温度计。
（1）如图甲最早是伽利略发明的温度计，上方玻璃泡内装的是空气，玻璃管中间有一段有色液柱。它的工作原理是：当环境温度升高时，　 　。
（2）如图乙是小科设计并制作的一个液体温度计。使用中发现该温度计管中液柱移动不明显，导致示数不够精确。对此请你提出一条改进建议 　 　。
（3）一般物体都有热胀冷缩的性质。在相同的受热条件下，铜的膨胀程度比铁的膨胀程度大。将两个形状、厚度相同的铜片和铁片铆在一起就可制成双金属片温度计，如图丙所示。当气温升高时，指针偏向中央刻度线的 　 　（选填“A”或“B”）侧。
（4）辐射温度计通过光学方法测定物体的辐射，进而得知物体的温度。新式“红外温度计”又叫“测温枪”，如图丁所示。只要把“枪口”对准待测物体，“枪尾”的显示屏里就能用数字直接报告那个物体的温度。测温枪相比普通液体温度计的优势是 　 　。
焦耳定律实验探究及功与能的问题
参考答案与试题解析
一．选择题（共1小题）
1．（2022秋 拱墅区期末）小乐猜想：“电流通过导体产生的热量的多少可能跟电流、电阻和通电时间有关”，于是设计了如图所示的装置①和②，先将电阻丝（R1＜R2）分别装入规格相同的烧瓶中，然后将带有相同的玻璃管的塞子塞紧烧瓶，玻璃管在外侧的一端与相同的瘪气球相连；实验过程中电源电压保持不变。下列叙述中，正确的是（　　）
A．探究电流产生的热量与电流大小的关系，可比较气球甲、乙的体积变化
B．探究电流产生的热量与电阻大小的关系，可比较气球丙、丁的体积变化
C．装置①和 ②同时实验，通电相同时间后，体积变化最大的气球是丙气球
D．装置①和②同时实验，通电相同时间后，体积变化最大的气球是甲气球
【分析】（1）探究电流产生的热量与哪些因素有关时，应采用控制变量法，据此分析AB；
（2）根据串并联电路的电压和电流规律及Q＝W＝分析CD；
【解答】解：气球体积的变化越大，表明导体产生的热量最多；
A、探究电流产生的热量与电流大小的关系时，应控制电阻和通电时间相同，电流不同，①图中电流是相同的，故A错误；
B、探究电流产生的热量与电阻大小的关系时，应控制电流和通电时间相同，电阻不同，②图中电阻是相同的，故B错误；
CD、使用装置①、②同时实验时，体积变化最大的说明温度高，产生的热量最多；
在串联电路中，用电器两端的电压之和等于电源电压，并联电路中，各支路两端的电压等于电源电压，故②中的每个电阻两端的电压都要高于①中的每个电阻两端的电压；在这两个实验中，电流产生的热量Q＝I2Rt＝，通电时间相同，故②中的R1产生的热量最多，故体积变化最大的气球是丙气球，故C正确，D错误。
故选：C。
【点评】此题通过实验探究电流通过导体产生的热量与电阻、电流的关系，考查了学生对控制变量法的应用以及掌握一种常用的物理研究方法﹣﹣转换法。
二．填空题（共5小题）
2．（2021 杭州）如图所示，为两个光滑的圆弧槽和一段粗糙的水平面相连接的装置。将质量为m的物体从左侧圆弧槽A点由静止释放，最高到达右侧圆弧槽B点处；然后再次滑下，最高到达左侧圆弧槽C点处。其中A、B两点距离水平面的高度分别为H、h。（忽略空气阻力）
（1）物体从A点滑到水平面时，重力所做的功为 　mgH　。
（2）物体从A点滑到B点的过程中，损失的机械能转化为物体内能的效率为η，则物体到达B点时温度升高了 　　。（物体比热容用c表示）
（3）C点距离水平面的高度为 　2h﹣H　。
【分析】（1）由重力公式G＝mg可得质量为m的物体的重力，根据公式W＝GH可得物体从A点滑到水平面时重力所做的功；
（2）根据W＝Gh可得物体从A点滑到B点的过程中损失的机械能，根据能量转化效率公式可计算物体增加的内能，根据吸热公式可计算物体到达B点时升高的温度；
（3）再次滑下的过程损失的机械能不变，则达到C点时物体的机械能为物体在B点的机械能与损失的机械能之差，根据做功公式计算C点距离水平面的高度。
【解答】解：
（1）质量为m的物体的重力为：G＝mg，物体从A点滑到水平面时，重力所做的功：W＝GH＝mgH；
（2）A、B两点距离水平面的高度分别为H、h，
物体从A点滑到B点的过程中，损失的机械能（重力势能的减少量）为：ΔE＝GΔh＝mg（H﹣h），
机械能转化为物体内能的效率为η，则物体增加的内能（吸收的热量）：Q吸＝ΔEη＝mg（H﹣h）η，
由Q吸＝cmΔt可知，物体到达B点时温度升高了：Δt＝＝＝；
（3）再次滑下的过程，水平面的粗糙程度不变，长度也不变，即物体克服摩擦力做的功不变，即损失的机械能不变，
所以达到C点时物体的机械能（此时只有重力势能）：EC＝EB﹣ΔE＝mgh﹣mg（H﹣h）＝mg（2h﹣H），
由W＝Gh可得，C点距离水平面的高度为：hC＝＝＝＝2h﹣H。
故答案为：（1）mgH；（2）；（3）2h﹣H。
【点评】本题考查了重力公式、做功公式、能量转化效率公式、吸热公式的灵活运用，关键要知道：一、损失的机械能等于重力势能的减少量；二、再次滑下的过程损失的机械能不变。
3．（2022 温州模拟）如图所示，A物体重40N，B物体重12N．A物体在绳子水平拉力作用下沿水平桌面向右做匀速直线运动，它受到桌面的摩擦力为　12　N．如果要使A物体匀速向左运动，则应给它施加一个大小为　24　N的水平向左拉力。
【分析】（1）分析物体A受到的力，物体A向右进行匀速直线运动，物体A受到平衡力作用，根据平衡力条件判断摩擦力大小。
物体A无论水平向左还是水平向右进行匀速直线运动时，压力不变，接触面粗糙程度不变，滑动摩擦力不变。
（2）对物体A施加一个水平向左的力时，物体A向左进行匀速直线运动，物体A受到平衡力作用，根据平衡力条件判断拉力大小。
【解答】解：（1）物体B通过定滑轮拉着物体A向右进行匀速直线运动，物体A水平方向上受到水平向右12N的拉力和水平向左的滑动摩擦力作用，这两个力是平衡力，大小相等，所以滑动摩擦力是f＝12N。
（2）对A物体施加一个水平向左的拉力F，使物体B匀速上升，物体A向左进行匀速直线运动，物体A水平方向上受到水平向左的拉力F、水平向右的滑动摩擦力、水平向右的拉力F′＝GB，水平向左的拉力F与水平向右的拉力F′、滑动摩擦力是平衡力，所以F＝F′+f＝12N+12N＝24N。
故答案为：12；24。
【点评】滑动摩擦力大小只跟压力大小和接触面粗糙程度有关，跟运动方向、运动速度、受力面积等都没有关系，这是解决本题的关键。
4．（2022 龙湾区模拟）19世纪初，电灯尚未发明，煤矿工人在矿井中只能借助煤油灯照明。矿井中通常存在大量的甲烷气体，遇火极易发生爆炸。1815年，化学家戴维设计出一种安全矿灯——戴维灯（如图）。采用一种网眼很小的普通金属网罩住火焰，火焰只会在网中燃烧而不会引燃外界的甲烷气体。
（1）用甲烷作燃料，具有清洁无毒的特点，原因是 　甲烷完全燃烧的产物是二氧化碳和水，不会污染环境　。
（2）用戴维灯照明，不会引燃矿井中的甲烷，可以得出的结论是 　可燃物燃烧需要温度达到着火点　。
【分析】（1）根据甲烷燃烧产物分析；
（2）根据燃烧的条件分析。
【解答】解：（1）甲烷中只含有碳元素和氢元素，完全燃烧的产物是二氧化碳和水，不会污染环境。
（2）戴维灯采用一种网眼很小的普通金属网罩住火焰，由于金属能够吸收热量并散发到空气中，使金属周围的温度降低，温度达不到甲烷的着火点，所以不会引燃矿井中的甲烷气体。
故答案为：
（1）甲烷完全燃烧的产物是二氧化碳和水，不会污染环境；
（2）可燃物燃烧需要温度达到着火点。
【点评】本题考查了甲烷的性质和燃烧的条件，难度不大，理解相关知识点是解题关键。
5．（2022 龙湾区模拟）为了判断短跑比赛时是否抢跑。学校举行“抢跑自动指示”电路的项目化方案设计评比。要求：
①使用前先闭合开关S；当运动员蹲在起跑器上后，发令时开关S1闭合，发令指示灯亮。
②压敏电阻R0阻值随压力减小而减小；运动员起跑后，起跑指示灯亮。
③起跑指示灯比发令指示灯先亮，运动员抢跑。
（1）若发令指示灯工作时，两端电压为3伏，电阻为5欧，其工作时的功率为 　1.8　瓦。
（2）下列电路设计符合要求的是 　BD　。（可多选）
【分析】（1）根据P＝UI＝可求出其功率；
（1）根据题意分析电路的连接方式和开关的作用，选出正确的电路图。
【解答】解：（1）若发令指示灯工作时，两端电压为3伏，电阻为5欧，其工作时的功率为：
P＝UI＝＝＝1.8W；
（2）A、图A中压敏电阻被电磁铁短路，起跑指示灯不受压敏电阻的影响，故A不符合题意；B、图B中闭合开关S、S1时，发令指示灯亮，当运动员起跑后，压敏电阻R0阻值变小，电磁铁中的电流变大，磁性增强，把衔铁吸下来，起跑指示灯亮，故B符合题意；
C、图C中开关S1控制起跑指示灯而不是发令指示灯，故C不符合题意；
D、图D中闭合开关S、S1时，发令指示灯亮，当运动员起跑后，压敏电阻R0阻值变小，电磁铁中的电流变大，磁性增强，把衔铁吸起来，起跑指示灯亮，故D符合题意，故选BD。
故答案为：（1）1.8；（2）BD。
【点评】本题主要考查电路分析、电功率计算，正确分析电路是解答本题的关键，有一定难度。
6．（2021秋 越城区期末）如图示意，一轻质杠杆的B端挂一质量为10kg的物体，用一细绳将杠杆A端系于地上，细绳与杠杆间的夹角为30°，OA＝1m，OB＝0.4m，此时杠杆在水平位置平衡。现在O点放一质量为5kg的圆球，用F＝10N的水平拉力使圆球向左匀速运动，问：
（1）刚球未滑动时，细绳承受的拉力为 　80　N：
（2）圆球运动到距O点 　0.8　m的地方，细绳AC的拉力恰好为零。
【分析】（1）用杠杆的平衡条件列出等式：G×LG＝F×LF，其中绳子拉力的力臂可用三角函数来表示，求出细绳承受的拉力F；
（2）用杠杆的平衡条件列出等式：G×OB＝G球×L，求出细绳上拉力恰好为零时，圆球运动到距O点的距离L。
【解答】解（1）根据杠杆的平衡条件得：
G×OB＝F×OAsin30°，
所以，F＝＝＝80N；
（2）圆球的重：G球＝m球g＝5kg×10N/kg＝50N，
设圆球运动到距O点为L的地方，细绳AC的拉力恰好为零，
根据杠杆的平衡条件得：G×OB＝G球×L，
所以，L＝＝＝0.8m。
故答案为：（1）80；（2）0.8。
【点评】本题考查了杠杆平衡条件的应用，是一道基础题，分别通过去求某个力或某个力臂两个角度全面考查了杠杆的平衡条件。
三．实验探究题（共5小题）
7．（2022秋 温州月考）学习了焦耳定律表达式Q＝I2Rt之后，平平十分好奇，电流流过导体产生的热量真的与导体两端电压无关吗？在老师的指导下，平平完成了以下实验：
①取两只同型号的直流电动机（不计工作过程中电刷与换向器摩擦产生的热量），按如图方式连接，并且在每只电动机金属外壳相同位置上固定一个电子温度计（如图2），同时记录两支电子温度计的初始温度值；
②闭合开关，发现两支电压表示数相同，然后对电动机M1施加一个阻力，使其转动速度变慢，发现电压表V1示数变小，V2变大；
③维持V1、V2示数不变（U1＜U2），每隔30秒记录一次温度计示数，记录数据T1、T2见表；
④换用两个其他同型号的直流电动机重复上述实验。
表：t表示时间，T表示温度
t/min 0 0.2 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
T1/℃ 17.8 18.4 19.0 19.5 20.0 20.7 21.2 21.6 21.9 22.2 22.4
T2/℃ 17.8 18.5 19.1 19.6 20.0 20.7 21.2 21.7 22 22.4 22.6
（1）实验中需要用到的测量仪器有 　电子温度计、电压表　。
（2）两个电动机采用串联连接方式的目的是 　控制电动机通过的电流和通电时间相等　。
（3）通过实验，小东认定电流通过导体产生的热量与导体两端电压无关，其理由是 　同型号的两只电动机，当电流相等、电压不等时，相同时间内产生的热量相等　。
【分析】（1）根据题意确定所用的测量工具；
（2）根据串联电路的特点进行分析；
（3）根据表格中数据进行分析，在电流、电阻相等、电压不等的条件下，电动机外壳温度变化量相同，说明相同时间内产生的热量相等。
【解答】解：（1）根据题意，实验中需要用到的测量仪器有电子温度计、电压表；
（2）两个电动机采用串联连接方式，根据串联电流相等可知，控制了电动机通过的电流和通电时间相等；
（3）表格中同一时间，两个电动机金属外壳相同位置上固定的电子温度计的示数变化在误差范围内是相同的，说明同型号的两只电动机，当电流相等、电压不等时，相同时间内产生的热量相等；
故答案为：（1）电子温度计、电压表；（2）控制电动机通过的电流和通电时间相等；（3）同型号的两只电动机，当电流相等、电压不等时，相同时间内产生的热量相等。
【点评】本题研究电流流过导体产生的热量与导体两端电压的关系，考查所用的测量工具、串联电路的规律及实验的操作过程。
8．（2020秋 滨江区校级月考）某兴趣小组利用图甲装置探究电流热效应的影响因素，实验步骤如下：
①将阻值为10欧和20欧的电阻丝分别置于A、B两个盛满煤油的烧瓶中，按图甲所示连接电路。
②闭合开关，将滑动变阻器的滑片移至某一位置，记录此时电流表的读数I，通电一段时间，记录A、B烧瓶的玻璃管内液面的变化高度分别为△h1、△h2。
③断开开关，直至玻璃管中的液面降回各自初始位置。
④闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电流表的读数为2I，当通电时间与步骤②相同时，记录A、B烧瓶的玻璃管内液面的变化高度分别为△h3、△h4，实验数据如表。
（1）步骤②中的电流表示数如图乙所示，此时电流为 　0.24　安。
（2）本实验通过设计串联电路来研究电阻对电流产生热量的影响，可以控制哪些变量相同？　电流和通电时间　。
（3）小明认为：只要选择“△h1、△h2、△h3、△h4”四个量中的某两个量进行比较，就能说明“对电流产生热量多少的影响，电流比电阻更大”，请比较这两个量的大小关系：　△h3＞△h2　。
电流大小 烧瓶玻璃管内液面的变化高度
A烧瓶（RA＝10欧） B烧瓶（RB＝20欧）
I △h1 △h2
2I △h3 △h4
【分析】（1）电流表的读数，要先观察选用的量程及对应的分度值，再根据指针位置读数；
（2）在串联电路中电流处处相等，串联的两个电阻同时工作、同时停止工作，通电时间相同；
（3）由第一行、第二列数据，改变电流、电阻的倍数相同，观察玻璃管内液面的变化△h2、△h3的关系得出吸热关系，进而得出对电流产生热量影响较大的因素。
【解答】解：
（1）由图可知，电流表选用的是0﹣0.6A量程，分度值为0.02A，根据指针位置可得电流I＝0.24A；
（2）本实验通过设计串联电路来研究电阻对电流产生热量的影响，可以控制电流和通电时间相同；
（3）由第一行数据可知，通过的电流相同，使电阻变为原来的2倍，观察玻璃管内液面的变化△h2可得吸收热量的变化；由第一列数据可知，电阻相同，使通过的电流变为原来的2倍，观察玻璃管内液面的变化△h3可得吸收热量的变化；电流和电阻都是变为原来的二倍，通过比较得出△h2＜△h3，可以得出对电流产生热量多少的影响，电流比电阻更大。
故答案为：（1）0.24；（2）电流和通电时间；（3）△h3＞△h2。
【点评】本题为电流热效应的影响因素的实验探究题目，考查了电流表的读数方法、控制变量法的使用，以及分析实验数据得出结论的能力，有难度！
9．（2022秋 滨江区期末）兴趣小组利用如图甲装置研究电热跟哪些因素有关。
猜想一：电热跟电流的大小有关，电流越大电热越多；
猜想二：电热跟导体的电阻大小有关，电阻越大电热越多。
为验证猜想，实验步骤如下：
①将阻值为10Ω和20Ω的电阻丝分别置于A、B两个盛满煤油的烧瓶（瓶塞上各插1根相同的玻璃管）中，按图甲所示连接电路；
②闭合开关，将滑动变阻器的滑片移至某一位置，记录此时电流表的读数I，通电一段时间，记录A、B烧瓶的玻璃管内液面的变化高度分别为Δh1、Δh2；
③断开开关，直至玻璃管中的液面降回各自初始位置；
④闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电流表的读数为2I，当通电时间与步骤②相同时，记录A、B烧瓶的玻璃管内液面的变化高度分别为Δh3、Δh4。
（1）科学研究倡导有依据的猜想，请说出生活中支持猜想二的一个实例：　电炉丝热得发红，与它串联的导线却不怎么热　。
（2）为使实验现象明显，经常会采用转换或放大的思想，为比较电热丝产生热量的多少，实验中体现这些思想的设计有 　利用玻璃管中液柱的高度变化反映电流产生热量的多少　。
（3）本实验通过设计串联电路来研究电阻对电流产生热量的影响，可以控制哪些变量相同？　电流和通电时间　。
（4）步骤②中的电流表示数如图乙所示，此时电流为 　0.24　A。
（5）步骤④中移动滑动变阻器的滑片朝哪个方向移动 　M　（填“M”或“N”）。
【分析】（1）由焦耳定律Q＝I2Rt知，在电流和通电时间相同时，电流产生的热量与电阻成正比；
（2）煤油具有热胀冷缩的性质，温度升高体积膨胀，温度降低体积收缩；
（3）在串联电路中电流处处相等，串联的两个电阻同时工作、同时停止工作，通电时间相同；
（4）电流表的读数，要先观察选用的量程及对应的分度值，再根据指针位置读数；
（5）滑动变阻器的作用可以改变电路中的电流。
【解答】解：
（1）猜想二是电流产生热量与电阻有关，并且电阻越大，电流产生热量越多；生活中我们注意到：电炉丝热得发红，与它串联的导线不是特别热；原因是电炉丝的电阻远远大于与它串联的导线的电阻，而通过的电流和通电时间相同，电炉丝热得发红，说明电流通过电炉丝产生的热量非常多；导线却不怎么热，说明电流通过导线产生的热量非常少；
（2）电流产生的热量不能直接观察，但煤油受热温度升高，同时体积膨胀，所以通过细玻璃管中液柱的高度变化，可以间接判断电流产生热量的多少，运用的是转换法；
（3）本实验通过设计串联电路来研究电阻对电流产生热量的影响，可以控制电流和通电时间相同；
（4）由图可知，电流表选用的是0﹣0.6A量程，分度值为0.02A，根据指针位置可得电流I＝0.24A；
（5）使电流表的读数为2I，滑动变阻器接入的左半段，滑片向M滑动时，电阻变小，电流变大。
故答案为：（1）电炉丝热得发红，与它串联的导线却不怎么热；（2）利用玻璃管中液柱的高度变化反映电流产生热量的多少；（3）电流和通电时间；（4）0.24；（5）M。
【点评】此题考查了电流通过导体产生热的多少与哪些因素有关，实验过程运用的是控制变量法和转换法；同时考查了实验结论的应用，体现了物理规律与日常生活的密切联系。
10．（2021 钱塘区模拟）小金认为，电流通过导体产生的热量可能与导体中的电流、导体电阻和通电时间有关。于是他将A、B两个完全相同的烧瓶，分别装相同质量的酒精和煤油，按图甲所示接入电路。
（1）若两瓶中的电阻丝阻值相同，接通电路后，由温度传感器记录下两瓶中液体温度变化情况，并得到如图乙图线。则酒精的比热容比煤油稍 　大　（选填“大”或“小”）。
（2）若两瓶中电阻丝的阻值RA＞RB，接通电路后，观察到温度传感器显示出A的温度明显比B升得快。多次重复，现象相同。由此他得出结论：在电流与通电时间相同时，导体的电阻越大，产生的热量也越多。小金得出的结论是正确的，请说明理由。 　根据Q＝cmΔt，液体质量相同，液体比热容大，温度变化量大，则液体吸收热量多　。
（3）若将（2）中的两个烧瓶内的电阻丝并联接在电路中，请分析能否用来探究电阻丝产生的热量与电流大小的关系，并说明原因：　不能，电路中电阻也在变化，没有采用控制变量法　。
【分析】（1）根据焦耳定律：Q＝I2Rt得出：电流、电阻、通电时间相同，电阻丝产生的热量相同；
（2）根据比热容公式：Q＝cmΔt，在质量和吸收的热量相同时，温度变化量小的比热容大；
（3）控制变量法：多个变量影响同一实验结果，要探究其中一个变量和实验结果的关系时，要控制其他变量保持不变。
【解答】解：（1）因为串联电路，所以流经电阻丝的电流和通电时间相同，又因为电阻丝阻值相同，根据焦耳定律：Q＝I2Rt得出：电流、电阻、通电时间相同，电阻丝产生的热量相同；根据比热容公式：Q＝cmΔt，在液体质量和吸收的热量相同时，温度变化量小的比热容大；
（2）根据Q＝cmΔt，液体质量相同，液体比热容大，温度变化量大，则液体吸收热量多，所以A烧瓶产生热量多；因为串联，流经电阻丝的电流和通电时间相同，已知RA＞Rb，所以在电流与通电时间相同时，导体的电阻越大，产生的热量也越多；
（3）影响电热的因素有电流大小、电阻大小、通电时间。要想探究电热和电流的关系，需要使电阻和通电时间相同，而原题电阻不同，所以不能探究，因为不符合控制变量的实验方法。
故答案为：（1）大；
（2）根据Q＝cmΔt，液体质量相同，液体比热容大，温度变化量大，则液体吸收热量多；
（3）不能，电路中电阻也在变化，没有采用控制变量法。
【点评】本题属于比热容和电热的综合考察，需要掌握比热容和电热实验的基础知识，另外注意控制变量法的应用。
11．（2022 龙湾区模拟）小龙根据伏安法利用图甲所示的电路来测量定值电阻R1的阻值。电源电压恒定为3伏，滑动变阻器的规格为（10欧2安）。
实验序号 电压/V 电流/A
1 2.0 0.20
2 2.4 0.25
3 2.8 0.27
（1）小龙在表中记录了三组被测电阻两端的电压和通过电阻的电流值，为获得被测电阻的阻值，小龙将如何处理实验数据？　根据R＝分别计算三组电阻值，进一步计算三组电阻值的平均值　。
（2）为了更准确地测量待测电阻的阻值，老师要求电压表的指针偏转要在满刻度的到之间。当待测电阻的阻值约为20欧时，小龙发现用现有的器材无法顺利完成实验，其原因是 　滑动变阻器的最大阻值太小　。
（3）小龙用小灯泡替换定值电阻测定小灯泡灯丝的电阻，发现灯丝电阻不是固定不变的。老师告知小龙，灯丝电阻会随温度的变化而变化。小龙将额定电压为2.5V的小灯泡L，以及其他相关器材按图甲连接电路，进行实验，测得小灯泡在温度恒定的环境中电流和电压的几组数据。再换用常温环境重复实验。将实验获取的数据画成图乙中的曲线a和b。请结合图像分析，灯丝电阻在常温环境下变化趋势及变化的原因。 　灯丝的电阻先不变后变大，灯丝电阻受温度影响很大　。
【分析】（1）“伏安法”测电阻的实验原理是R＝，实验需多次测量取平均值以减小误差；
（2）根据串联电路电流规律结合欧姆定律计算定值电阻和滑动变阻器两端的电压之比，根据串联电路电压规律计算滑动变阻器接入电路最大阻值时定值电阻两端的电压，根据串联分压原理可知此时定值电阻两端的电压达到最小，据此分析可知无法顺利完成实验的原因；
（3）灯泡的电阻受温度影响很大。
【解答】解：（1）根据R＝分别计算三组电阻值，进一步计算三组电阻值的平均值；
（2）串联电路各处电流相等，根据欧姆定律可得＝，即＝，
滑动变阻器接入电路最大阻值时，＝＝＝，
串联电路总电压等于各部分电压之和，电源电压为3V，当滑动变阻器接入电路最大阻值时定值电阻两端电压：UR＝×3V＝2V，
根据串联分压原理可知此时滑动变阻器两端的电压最大，根据串联电路电压规律可知此时定值电阻两端的电压最小，所以定值电阻两端的电压大于等于2V，无法达到要求的电压表的指针偏转要在满刻度的×3V＝1V到×3V＝2V之间，Q其原因是滑动变阻器的最大阻值太小；
（3）分析图像可知温度恒定时，灯泡的电阻是不变的，常温下灯泡的电阻是变化的，所以灯泡电阻变化的原因是灯泡电阻受温度影响很大；
根据电路的热效应可知实验开始时，电流的热效应未使灯丝温度明显升高，灯丝电阻没有明显变化，当电流通过灯丝产生的热量大于其向空气中散失的热量时，灯丝温度持续升高，灯丝的电阻随温度的升高而增大。
故答案为：（1）根据R＝分别计算三组电阻值，进一步计算三组电阻值的平均值；（2）滑动变阻器的最大阻值太小；（3）灯丝的电阻先不变后变大，灯丝电阻受温度影响很大。
【点评】本题考查“伏安法”测电阻实验中的数据处理、滑动变阻器的使用以及灯泡电阻的特点，综合性强。
四．计算题（共2小题）
12．（2022 拱墅区一模）某车库出口处的“两段式道闸”开启过程如图甲所示；AO和OB是两段栏杆，长均为2m、质量均为5kg（质量分布均匀）；两段栏杆之间以轻质铰链连接，使AO能绕O转动；CD为轻质链杆，B是电机带动栏杆转动的中心点，如图乙所示；当道闸开启时，电机带动水平的AOB和CD转动，道闸完全开启后，AO水平、OB竖直，CD竖直，如图丙所示。此时CD与OB之间距离为5cm。（不计一切摩擦，g＝10N/kg）
（1）如图丙所示，AO重力的力臂是 　1　m。
（2）如图丙所示，CD对铰链的拉力是多少？
（3）AOB由图乙位置到图丙位置，电机至少要对AOB做多少功？
【分析】（1）如图丙所示，O为支点，重力的作用点在杆的中点，根据力臂的概念可知AO重力的力臂；
（2）如图丙，对杠杆AOCD来说，O为支点，CD对链条的拉力是动力，OA的重力是阻力，动力臂已知，由（1）可知阻力臂，根据杠杆平衡条件即可求出动力的大小；
（3）AOB由图乙位置到图丙位置，电机至少要对AOB做的功等于克服OA重力做功与BO重力做功之和，结合W＝Gh进行计算。
【解答】解：
（1）如图丙所示，O为支点，已知OA＝2m，AO的重心在其中点，则AO重力的力臂为×2m＝1m。
（2）如图丙所示，对杠杆AOCD来说，O为支点，CD对铰链的拉力为动力，则动力臂L1＝5cm＝0.05m，
OA的重力为阻力，则阻力G＝mg＝5kg×10N/kg＝50N，且阻力臂L2＝1m，
根据杠杆平衡条件可得FL1＝GL2，
则CD对铰链的拉力：F＝。
（3）AOB由图乙位置到图丙位置，OA上升的高度为hBO，克服OA重力做的功：WOA＝GhBO＝50N×2m＝100J，
BO重心上升的高度为hBO，则克服BO重力做的功：WBO＝G×hBO＝50N××2m＝50J，
则电机至少要对AOB做功：W＝WOA+WBO＝100J+50J＝150J。
答：（1）1；
（2）如图丙所示，CD对铰链的拉力是1000N；
（3）AOB由图乙位置到图丙位置，电机至少要对AOB做150J的功。
【点评】本题综合考查了杠杆平衡条件的应用及功的计算，需要一定的分析综合能力。
13．（2022 衢州模拟）如图甲所示，有一半径为R的光滑的圆弧槽与一粗糙的水平面相连接，将质量为m的物体从斜面顶端由静止释放，停下后测出物块在水平面上滑行距离为s1。图乙中有一个半径为R的粗糙的圆弧槽与和图甲中同样粗糙的水平面相连接，将图甲中质量为m的物体也从图乙中斜槽顶端由静止释放，停下后测出物块在水平面上滑行距离为s2。求：
（1）甲图中重力对物体做的功；
（2）乙图中物体在水平面上的摩擦力f；
（3）乙中物体在粗糙的弧槽上运动这段时间内，若克服摩擦力做的功全部转化为内能并被该物体吸收，则物体上升的温度多少（物体比热容为c）？
【分析】（1）已知物体重力G和高度R，根据W＝GR可求出重力对物体做的功；
（2）甲、乙中水平面的粗糙程度相同，所以同一个物体所受的摩擦力大小相等，只求出甲中物体受的摩擦力就是乙中物体在水平面上的摩擦力；甲中物体在水平面上克服摩擦做的功等于物体沿光滑的半圆弧槽下滑重力做的功，根据W＝fs1可求出摩擦力f的大小。
（3）物体在图乙中运动，物体吸收的热量Q等于物体机械能的减少量，再由Q＝cmΔt即可求解物体升高的温度。
【解答】解：（1）甲中重力对物体做的功：W＝GR＝mgR；
（2）甲中物体在水平面上克服摩擦做的功等于物体沿光滑的半圆弧槽下滑重力做的功，所以，
GR＝fs1，所以，f＝，即乙中物体在水平面上的摩擦力f＝＝；
（3）物体在圆弧的最高点具有重力势能，Ep＝mgR，在下滑至水平轨道静止的过程中，重力势能全部转化为物体的内能，则有：Q＝mgR；
乙中物体在粗糙的弧槽上运动这段时间内使物体升温的能量为Q﹣fs2＝cmΔt；
所以物体升高的温度Δt＝。
答：（1）甲图中重力对物体做的功为GR；
（2）乙图中物体在水平面上的摩擦力f为；
（3）物体上升的温度为。
【点评】本题考查了功的计算公式及应用、热量的计算，知道甲、乙两图中物体在水平面上受到的摩擦力相等，利用图甲中摩擦力做功求解摩擦力是求解本题的难点。
五．解答题（共1小题）
14．（2022 温州二模）温度的测量在不同场合下有特定的使用要求，因此生产生活中发明了各种类型的温度计。
（1）如图甲最早是伽利略发明的温度计，上方玻璃泡内装的是空气，玻璃管中间有一段有色液柱。它的工作原理是：当环境温度升高时，　管内的液面下降　。
（2）如图乙是小科设计并制作的一个液体温度计。使用中发现该温度计管中液柱移动不明显，导致示数不够精确。对此请你提出一条改进建议 　换一根更细的塑料管　。
（3）一般物体都有热胀冷缩的性质。在相同的受热条件下，铜的膨胀程度比铁的膨胀程度大。将两个形状、厚度相同的铜片和铁片铆在一起就可制成双金属片温度计，如图丙所示。当气温升高时，指针偏向中央刻度线的 　B　（选填“A”或“B”）侧。
（4）辐射温度计通过光学方法测定物体的辐射，进而得知物体的温度。新式“红外温度计”又叫“测温枪”，如图丁所示。只要把“枪口”对准待测物体，“枪尾”的显示屏里就能用数字直接报告那个物体的温度。测温枪相比普通液体温度计的优势是 　时间快、精确、非接触、使用安全、方便及使用寿命长　。
【分析】（1）伽利略制作的空气温度计，是靠气体作为膨胀物质，液体的受热膨胀忽略不计；
（2）在相同体积的液体热胀冷缩情况下，越细，长度越长，液面自然变化越明显；
（3）在受热膨胀时，双金属片都会受热膨胀，但它们受热的程度是不同的，膨胀大的要向膨胀小的那一侧弯曲；
（4）红外测温有着响应时间快、精确、非接触、使用安全、方便及使用寿命长等优点。
【解答】解：（1）空气温度计是利用空气的热胀冷缩制成的，由图可知，当环境温度升高时，球形瓶内的气体膨胀，管内的液面下降；
（2）在相同体积的液体热胀冷缩情况下，越细，长度越长，液面自然变化越明显，所以应该换一根更细的塑料管；
（3）在相同的受热条件下，铜的膨胀程度比铁的膨胀程度大，所以当气温升高时，指针偏向中央刻度线的B侧；
（4）红外测温有着响应时间快、精确、非接触、使用安全、方便及使用寿命长等优点。
故答案为：（1）管内的液面下降；（2）换一根更细的塑料管；（3）B；（4）时间快、精确、非接触、使用安全、方便及使用寿命长。
【点评】本题考查学生对各类温度计的使用的原理的了解程度，属于基础题。
第1页（共1页）

展开更多......

收起↑