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初中二年级物理

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    我们知道:“电流通过导体时产生的热量,跟电流的平方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比.”这就是焦耳定律,用公式可表达为:Q=I2Rt.小明想通过实验验证这个规律中Q与R的关系,他设计了如图(甲)、(乙)所示的两个实验,他的方法是用电阻丝给烧瓶中的煤油加热,然后观察插在煤油中的温度计示数,就可以对比电阻丝放热的多少.请你应用所学知识分析回答下列问题:
    (1)他应该选用实验电路_________ 来完成他的验证实验(选填“甲”或“乙”).
    (2)将两瓶中的金属丝串联起来接在电源上,通过观察_________ 变化的多少,来比较金属丝放出热量的多少.通电一定时间后,B温度计示数较高,它表明在通电时间和_________ 相同的情况下,电阻越大,产生的热量越多;
    (3)小明想通过实验验证这个规律中Q与I的关系,如果他采用实验电路(乙),已知两个电阻丝的电阻大小关系是R3<R4,且手边还有一组R3、R4,那么请你帮他对实验电路加以改进,画出改进后的电路图.

    本题信息:2011年同步题物理实验题难度较难 来源:肖芳(初中物理)
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本试题 “我们知道:“电流通过导体时产生的热量,跟电流的平方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比.”这就是焦耳定律,用公式可表达为:Q=I2Rt.小明想通过...” 主要考查您对

创新电路的设计

焦耳定律及计算公式

控制变量法和科学探究的过程

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  • 创新电路的设计
  • 焦耳定律及计算公式
  • 控制变量法和科学探究的过程
电路设计:
是指通过一定规则和方法设计出符合使用要求的电路。主要是设计一些生活上比较新颖的电路:例如:探究抢答器电路、病房呼叫电路的设计、简易交通灯电路的设计等
电路设计步骤:
1.仔细审题,分析需要哪些电路元件;

2.根据题意,弄清用电器之间如何连接;

3.找准开关和用电器之间的连接方式;

4.综合以上分析,画出草图;

5.对照题目要求,检查电路连接是否正确。

电路设计中常见的方法:
1.用若干个开关控制同一个用电器:要求不管哪个开关闭合,用电器都能工作,那么这若干个开关一定是并联的,并且用电器在它们的干路上。

2.开关的短路用法:要求当开关闭合时,一灯发光,开关断开时两灯都发光,就要把这两盏灯串联,把开关与其中一灯并联,在开关闭合时造成这盏灯短路,从而达到只有一盏灯发光的目的。

3.单刀双掷开关的应用:
(1)改变电路的连接方式,使用电器由并联变为串联,或由串联变为并联。
(2)方便控制一盏灯。把开关安置在两个不同的位置,随意拨动任何一个开关,都能使灯由亮变灭,由灭变亮。

4.简单的混联:每个支路上的用电器工作时,总有一个特殊的用电器与它们一起工作,这个特殊的用电器就要安装在它们的干路上。
焦耳定律:
1. 定义:电流通过导体时所产生的热量Q,跟电流的平方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电的时间成正比。

2. 公式:Q=I2Rt,适用范围:任何电路。

探究方法:
控制变量法:
(1)控制电流和电阻相同,研究电热与通电时间的关系
(2)控制通电时间和电阻不变,改变电流的大小,研究电热与电流的关系
(3)控制通电时间和电流不变,改变电阻大小,研究电热与电阻的关系

串并联电路电热关系:

串联电路中,电热之比等于电阻之比,
(根据Q=I2Rt)
并联电路中,电热之比等于电阻的反比(或倒数比),即(根据:

“焦耳定律”中的控制变量法:
     焦耳定律的实验运用了控制变量法,当两段电阻串联时,控制电流和通电时间相同,得出电流产生的热量与电阻大小有关,当两电阻并联时,控制电阻和通电时问不变,得出电流产生的热量与电流大小有关。
例:小宇和小刚想利用如图所示的装置来探究 “导体产生的热量与其电阻大小的关系”。两只相同的烧瓶中装有适量的煤油,烧瓶A中浸泡着一段铜丝,电阻较小;烧瓶B中浸泡着一段镍铬合金丝,电阻较大,温度计显示煤油的温度。

(1)为保证实验科学合理,两个烧瓶中所装煤油的质量应该____。
(2)实验中,小字和小刚发现B烧瓶中温度计的示数升高得快。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______。

解析:(1)利用控制变量法在探究“导体产生的热量与其电阻大小的关系”时应控制其他因素不变,如煤油的质量,相同的烧瓶,相同的温度计等。
(2)B瓶中温度计升高得快,说明相同时间内煤油吸收的热量多,由于镍铬合金丝电阻大于铜丝电阻,所以在电流和通电时间相同时,导体电阻越大,产生的热量越多。

答案(1)相同(或相等或一样)(2)越大(或越多)


为什么电炉工作时“电炉丝热得发红而导线却不怎么热” :
      由于电炉丝和导线串联在电路中,通过它们的电流相等,而电炉丝的电阻比导线的电阻大得多,根据 “在电流相等的条件下,电能转化成热时的功率跟电阻成正比”,Q=I2Rt可知,在通电时间相同时,电流通过电炉产生的热量比电流通过导线产生的热量要多得多.所以电炉丝热得发红,而导线却不怎么热。


控制变量法:
物理学中对于多因素(多变量)的问题,常常采用控制因素(变量)的方法,把多因素的问题变成多个单因素的问题。每一次只改变其中的某一个因素,而控制其余几个因素不变,从而研究被改变的这个因素对事物的影响,分别加以研究,最后再综合解决,这种方法叫控制变量法。它是科学探究中的重要思想方法,广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。例如以下的探究实验:
探究影响蒸发快慢的因素;
探究力与运动的关系
探究影响滑动摩擦力大小的因素;
探究影响压力的作用效果的因素;
探究影响液体压强大小的因素;
探究影响浮力大小的因素;
探究影响动能大小的因素;
探究影响重力势能大小的因素;
验证欧姆定律

科学探究过程:
科学探究过程的一些环节:提出问题、猜想和假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集数据、分析与论证、评估、交流与合作。
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