题目

小明用如图甲所示的实验器材探究焦耳定律：在质量相同的两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，甲烧瓶中的金属丝是铜丝，电阻比较小，乙烧瓶中的金属丝是镍铬合金丝，电阻比较大．温度计显示煤油的温度． （1）电路中将两金属丝串联的目的是______．闭合开关后，观察到乙烧瓶中温度计的示数升高快．这表明：______． （2）在探究电热与电流大小的关系时，可以通过______来改变电流的大小，通电相同时间，观察比较______（选填“不同的电阻丝”或“同一根电阻丝”）所在瓶中煤油温度的变化． （3）小聪觉得以上的实验操作太繁，为此他设计了如图乙所示的电路（三个瓶中装有质量相同的煤油，三个金属丝电阻大小关系是：R甲=R丙＞R乙），这样只要连接一次电路就能完成实验探究．在小聪的设计中，探究电热的多少与电流的关系，应该对比______两个烧瓶中的煤油上升的温度，探究电热的多少与电阻的关系，应该对比______两个烧瓶中的煤油上升的温度．若闭合开关通电一段时间后，三个瓶中煤油的温度从高到低依次是______． （4）在他们俩设计的实验中都运用了______的物理研究方法（至少写出一个）．

所属题型：问答题 试题难度系数：中档

答案

（1）根据串联电路各处的电流相等可知，将两根不同的电阻丝串联起来接入电路，主要是为了控制电流相同； 根据Q=I2Rt可知，闭合开关后，观察到乙烧瓶中温度计的示数升高快，这表明：在电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多． （2）根据Q=I2Rt可知，探究在通电时间相同时，电热跟电流的大小之间的关系时，可以保持金属丝的电阻不变，通过移动滑片来改变电路中的电流，观察同一根电阻丝所在瓶中煤油温度的变化进行实验． （3）由Q=I2Rt可得：要比较电热的多少与电流的关系，应使电阻相等，故应对比甲、丙两个烧瓶中的煤油上升的温度； 要比较电热与电阻的关系，应使电流相等，故应对比甲、乙两个烧瓶中的煤油上升的温度； 若闭合开关通电一段时间后，三个瓶中煤油的温度从高到低依次是：丙、甲、乙． （4）在他们俩设计的实验中都运用了控制变量法（或转换法）的物理研究方法． 故答案为：（1）控制电流相等；在电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多；（2）移动滑片；同一根电阻丝；（3）甲丙；甲乙；丙甲乙；（4）控制变量法（或转换法）．

考点梳理

初中三年级物理试题“小明用如图甲所示的实验器材探究焦耳定律：在质量相同的两瓶煤油中”旨在考查同学们对 串联电路的电流规律、 焦耳定律及计算公式、 ……等知识点的掌握情况，关于物理的核心考点解析如下：

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根据试题考点，只列出了部分最相关的知识点，更多知识点请访问初三物理。

• 串联电路的电流规律
• 焦耳定律及计算公式

考点名称：串联电路的电流规律

串联电路特点：

串联电路中，电流处处相等，即I=I1=I2=…=In。在串联电路中只要测出任何一个位置的电流，就知道了其他位置的电流。

实验探究串联电路的电流规律：

1. 实验电路：

2. 实验步骤：

(1)根据串联电路的电路图，组装好实验装置

(2)选用电流表的最大量程，并把电流表接在电路的a处。

(3)合上开关，测出a处的电流值。

(4)把电流表先后改接在电路中的b、c处，分别测出电流值，并对电路中Ia、Ib、Ic进行比较分析。

3. 结论：串联电路各处电流都相等Ia=Ib=Ic。

考点名称：焦耳定律及计算公式

焦耳的定律及公式：
焦耳定律或焦耳－冷次定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。1841年，英国物理学家詹姆斯·焦耳发现载流导体中产生的热量Q（称为焦耳热）与电流I的平方、导体的电阻R和通电时间t成比例。而在1842年时，俄国物理学家海因里希·楞次也独立发现上述的关系，因此也称为“焦耳－冷次定律”。
采用国际单位制时，焦耳定律的表达式为：
Q = I2Rt 或 P = I2R
其中Q（热量）、I（电流）、R（电阻）、t（时间）、P（热功率）各量的单位依次为焦耳、安培、欧姆、秒和瓦特。
焦耳定律是设计电照明，电热设备及计算各种电气设备温升的重要公式。

与欧姆定律的关系：
根据欧姆定律：
U=IR
焦耳定律的公式亦可表示为：

关于焦耳定律的历史：
关于导体中通过的电流与所产生的热量之间的定律。1840年由詹姆斯·普雷斯科特·焦耳提出。定律揭示了电流通过导线时所产生的热量和导线的电阻与电流平方的乘积成比例，即
H＝0.24IRt
式中H 为产生的总热量，单位为卡；I 为电流，单位为安；R 为电阻,单位为欧；t为时间，单位为秒；0.24为由实验定出的比例常量。
焦耳是通过实验测定发现这个定律的。但是从理论上也不难理解，当电流的大小不变，产生的热量全部来源于电荷通过导体失去的势能。电荷的数量为It，失去的势能为W，W＝RIt。因此,在单位时间中转变为热的电能为RI（焦），或者说在导体上消耗的电功率P为
P＝RI（瓦）
焦耳定律是设计电照明，电热设备及计算各种电气设备温升的重要公式。
焦耳定律在串联电路中的运用：
在串联电路中，电流是相等的，则电阻越大时，产生的热越多。
焦耳定律在并联电路中的运用：
在并联电路中，电压是相等的，通过变形公式，W=Q=Pt=(U^2/R)×t，当U定时，R越大则Q越小。
需要注明的是，焦耳定律与电功公式W=UIt适任何元件及发热的计算，即只有在像电热器这样的电路（纯电阻电路）中才可用Q=W=UItq=I^2×Rt =(U^2/R)×t。
另外，焦耳定律还可变形为Q=IRq（后面的Q是电荷量，单位库仑（c））。
在热力学中指，气体的内能只是温度的函数，与体积无关。即内能对体积的偏导数为零。