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18.4 实验:探究通电导体产生的热量与哪些因素有关  

2015-01-14 23:26:22|  分类: 一节一实验 |  标签: |举报 |字号 订阅

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实验:探究通电导体产生的热量与哪些因素有关

实验目的:

 

1.探究通电导体产生的热量与哪些因素有关。

 

2.学习体会控制变量法在研究物理问题中的应用。

 

3.体验利用比较、归纳和总结的方法来描述实验结论。

 

实验原理:

 

电流通过电阻产生热量与电流、电阻和通电时间都有关,利用控制变量的方法来研究这三者对电热的影响。实验中把电热的多少转换成加热空气热胀冷缩的大小(加热物体升高温度的多少)。

 

实验器材:

 

焦耳定律实验探究装置。

 

实验步骤:

 

研究电热与电阻的关系

 

1.设计电路图,如图1(控制电流和通电时间相同);设计实验数据记录表格。

 

18.4 实验:探究通电导体产生的热量与哪些因素有关 - 物理 - 物理18.4 实验:探究通电导体产生的热量与哪些因素有关 - 物理 - 物理

图1                          图2

 


电流I/A

 

 

R1

R2

电阻/Ω

5

10

产生热量(多/少)

 

 


表1

 

2.检查两个U形管中液柱的高度是否相平,如果不相平,则需要进行调整。把两个密闭容器中的电阻丝串联。

 

3.断开开关,根据电路图连接实物,如图2。检查电路,把滑动变阻器滑片P移到阻值最大端。

 

4.闭合开关,调节滑片P到达某位置,读出此时电流的大小(要使缩短实验时间,电流可适当大一些)

 

5.观察两U形管中液柱高度的变化,把实验数据填入表1中。

 

研究电热与电流的关系

 

1.设计电路图,如图3(控制电流和通电时间相同);设计实验数据记录表格。

 

18.4 实验:探究通电导体产生的热量与哪些因素有关 - 物理 - 物理18.4 实验:探究通电导体产生的热量与哪些因素有关 - 物理 - 物理

图3                                      图4

 


电阻R/Ω

 

 

R1

R2

电流I/A

 

 

产生热量(多/少)

 

 


表2

 

2.检查两个U形管中液柱的高度是否相平,如果不相平,则需要进行调整。把两个密闭容器中的电阻丝串联。

 

3.断开开关,根据电路图连接实物,如图4。检查电路,把滑动变阻器滑片P移到阻值最大端。

 

4.闭合开关,调节滑片P到达某位置,读出此时电流的大小(要使缩短实验时间,电流可适当大一些),此时电流表的示数等于电阻R1中电流大小,电阻R2中的电流等于电流表读数的一半。

 

5.观察两U形管中液柱高度的变化,把实验数据填入表2中。

 

整理实验器材,实验完毕

 

分析论证

 

在研究电热与电阻关系的实验中,利用两个电阻串联的电流相等,与电阻大的密闭容器中的U形管中液面高,说明容器内空气受热膨胀较大,温度更高,电流通过电阻产生热量多。即在电流和通电时间相同时,电阻越大,电流通过电阻产生的热量越多。

 

在研究电流与电流关系的实验中,在电阻R2两端再并联一个相同的电阻,并联分电流,所以R2的电流就是干路R1电流的一半。分析实验数据,电阻R1所在容器液柱上升的较高,说明R1放出热量较多。在电阻和通电时间相同时,电流越大,电流通过电阻产生热量越多。

 

电热与通电时间的关系可以通过实验过程体现出来,对于某一个电阻丝所在容器,通电时间越长,液柱上升得越高,说明通电时间越长,电流通过电阻产生热量越多,没有必要再单独通过实验来探究。

 

通过本次实验可以得出电流通过电阻产生热量的多少与电流、电阻和通电时间都有关。电流越大、电阻越大、通电时间越长,电流通过电阻产生热量越多。

 

操作提示:

 

在设计电路时要利用控制变量的思想,电流、电阻和通电时间都能影响电热的大小,在探究其中一个物理量时,要控制其它量相同。在探究电热与电阻关系时,要控制电流相同,结合串、并联电路的特点,利用串联电路电流相等,所以把两个阻值不同的电阻串联进行实验。在探究电热与电流关系时,要控制电阻一定,电流不同,对于阻值相同的电阻,电流不同,只有让电阻两端电压不同,所以采用了另一个相同电阻与其中一个并联,把这两个电阻并联看作是一个整体。

 

在连接电路时开关要断开,开关闭合前要检查电路,滑动变阻器的滑片P要移到阻值最大端;实验中要缩短时间,可以使电路中的电流稍大一些,还要注意U形管中液体的量,气体热胀冷缩较大,液柱不要溢出U形管。

 

本实验是利用空气的热胀冷缩的性质来反映电流通过电阻产生热量的多少,现象比较明显,测量方便。实验中也可以利用电阻丝加热液体(如煤油等),通过液体温度上升的数值来比较放出热量多少。

 

本实验只是探究电流通过导体产生热量与电流、电阻和通电时间的关系,由于受到实验条件和学生思维层次水平限制,只能得到一个定性的关系,无法得出它们之间的数值关系。焦耳定律的得出是在大量实验基础上确定出来的。



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