Question

13．如图甲所示探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验装置，左侧密封盒内电阻R₁=5Ω，右侧密封盒内电阻R₂=5Ω．
（1）此实验装置研究的是电流产生的热量与电流的关系．
（2）如图甲是加热一段时间后的实验现象，我们得出的实验结论是：在电阻、通电时间相同时，电流越大，产生的热量越多．
（3）当通过R₁的电流是2A时，则通过R₂的电流是1A．
（4）若要探究电热器产生热量与电阻的关系，可以将右侧烧瓶中的电阻换成10Ω的，然后与左侧烧瓶的电阻串联（选填“串联”或“并联”）．
（5）利用电流的热效应，某厂设计了一种具有高、中、低温三档的家用电火锅，其发热体电阻丝如图乙所示．A、B、C为三个接线柱，B是电阻丝中点的接线柱，则连接A、B两个接线柱属于电火锅的中温档（选填“高”、“中”或“低”）；若低温发热功率为200W，那么高温档的发热功率为800W．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）利用公式Q=I²Rt并结合控制变量法，找出控制的变量，即可得出结论；
（3）根据串、并联电路中电流的规律解答；
（4）电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关．探究电流产生热量多少跟电阻的关系，控制电流和通电时间不变，改变电阻的大小；
（5）根据公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，当电源电压不变时，电路电阻越大，电功率越小，电阻越小，电功率越大；
已知电压和发热功率，可利用公式R=$\frac{{U}^{2}}{P}$求出电路中的电阻，再根据电阻的连接情况求出电路中的电阻，再利用公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出高温档发热功率．

解答 解：
（1）由图甲可知，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．
（2）由公式Q=I²Rt可知，在通过时间、电阻大小相同时，电流越大，产生的热量越多；
（3）由甲图可知，左侧与右侧两容器的电阻串联，所以通过左右两侧电阻的电流相等，右侧两只5Ω的电阻并联，通过两电阻的电流相同，所以通过R₂的电流I₂=$\frac{1}{2}$I₁=$\frac{1}{2}$×2A=1A；
（4）要探究电流产生热量多少跟电阻的关系，控制电流和通电时间不变，改变电阻的大小．由于串联电路中电流处处相等，通电时间相同，所以可以将右侧烧瓶中的电阻换成10Ω的，然后与左侧烧瓶的电阻串联．
（5）因为B是电阻丝中点，所以R_AB=R_BC，
由公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，电源电压不变时，电阻的越大电功率越小；
低温档的实际电功率最小，连入电路的电阻最大．将A、C直接接入电源．
中温档：中温档的实际电功率比低温档的实际电功率大，中温档连入电路的电阻比低温档连入电路的电阻小．将A、B或B、C接入电源．
高温档：高温档的实际电功率最大，连入电路的电阻最小．将A、C连接在一起后，A与B接入电源（或将A、C连接在一起后，B与C接入电源）．
各档位的连接方法如图所示：

（说明：高温档将A、C连接在一起后，也可以将B与C接在电源上）
因为低温档时R_AB与R_BC串联，P_低=200W，
所以R=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{（220V）^{2}}{200W}$=242Ω，
又因为R=R_AB+R_BC=242Ω，R_AB=R_BC，
所以R_AB=R_BC=121Ω，
高温档时，R_AB与R_BC并联，
所以R_总=$\frac{1}{2}$R_AB=60.5Ω，
P_高=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{总}}$=$\frac{（220V）^{2}}{60.5Ω}$=800W．
故答案为：（1）电流；（2）电流；（3）1；（4）串联；（5）中；800．

点评 掌握电流产生热量多少的影响因素，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；本题同时考查了电功率的计算，关键是公式的应用，难点是知道在高、低档时电路的连接情况，要知道串并联电路电阻特点．