实验二十五、电流产生的热量与哪些因素有关的实验
【实验目的】：
研究电流通过导体产生的热量跟那些因素有关？
【实验方法】：
控制变量法，转换法。
【实验原理】：
根据煤油在玻璃管里（温度计示数变化）上升的高度来判断电流通过电阻丝通电产生电热的多少 。
【实验器材】：
密闭容器两个、 U 形管两个、导线若干、不同阻值电阻丝若干、电源。
【实验步骤】：
①电流产生的热量与电阻的关系
如图所示，两个透明容器中密封着等量的空气， U 形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。两个
密闭容器中都有一段电阻丝，右边容器中的电阻比较大。
两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个 U
形管中液面高度的变化。你看到的现象说明了什么 ?
【实验结论】：
在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
②电流产生的热量与电流大小的关系
如图所示，两个密闭容器中的电阻一样大，在其中一个容器的外部，将一个电阻和这个容器内的电阻并联
因此通过两容器中电阻的电流不同。在通电时间相同的情况下，观察两个 U 形管中液面高度的变化。你看
到的现象说明了什么 ?
【实验结论】：
在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。
【考点方向】：
1 、实验采用煤油的目的： 煤油比热容小，在相同条件下吸热温度升高的快：是绝缘体
。
2 、被加热材料选用煤油或空气的原因： 利用煤油比热容小升温明显；空气热胀冷缩明显 。
3 、选用加热材料的要求： 质量、初温、材料相同。
4 、探究电热与电流的关系是 需控制电热丝的电阻和通电时间相同 。探究电热与电阻的关系是
需控制电流
和通电时间相同； 探究电热与通电时间的关系 时需控制电阻和电流相同，改变通电时间的长短 。
5 、两个烧瓶串联的目的： 使通过电流相同
。
6 、焦耳定律：电流通过导体产生的热量 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 。
7 、该实验成败的关键是： 确保密闭容器的密封性良好 。
8 、如果两个容器中不是气体，而是液体，可以将 U 形管替换为 温度计 ，也可以完成实验。
8 、计算公式： Q=I 2 Rt ( 适用于所有电路 ) 对于纯电阻电路可推导出： Q =UIt= U 2 t/R=W=Pt
① 串联电路中常用公式： Q= I 2 Rt 。 Q 1 :Q 2 :Q 3 :…Qn=R 1 :R 2 :R 3 :…:Rn
并联电路中常用公式： Q= U 2 t/R Q 1 :Q 2 = R 2 :R 1
② 无论用电器串联或并联。计算在一定时间所产生的总热量 常用公式 Q= Q 1 +Q 2 +…Qn
③ 分析电灯、电炉等电热器问题时往往使用： Q= U 2 t/R=Pt
【创新母题】：如图所示小刚同学在研究“电流通过导体产生热量的多少与电流、电阻是否有关”时 , 采用
了如图所示的实验装置 , 其中 a 、 b 、 c 、 d 四个相同的容器密闭着等量空气 , 将 1 、 2 和 3 、 4 导线分别接到电
源两端 .
(1) 实验中通过观察 U 形管中 的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少 . 这种实验方法叫 .
下面实验也用这种实验方法的是 。
A. 认识电压时 , 我们用水压来类比
B. 用光线来描 述 光通过的路 径
C. 把敲响 的 音叉 来接 触 水面 , 看有 没 有 溅 起水 花 , 来判断 音叉 有 没 有 振动
D. 用 斜 面和小 车 来研究阻 力 对 物 体的 影响
(2) 装置中的 U 形管 ( 选 填 “是”或“不是” ) 连 通器 .
(3) 甲 图所示的装置是用来研究电流通过电阻丝产生的热量与 的关系 , 通电一段时间 , ( 选 填 “ a” 或
“ b”) 容器中电流产生的热量较多。
(4) 乙 图所示的实验装置是用来研究电流通过电阻丝产生的热量与 的关系 , 通电一段时间 , ( 选 填
“ c” 或“ d”) 容器中电流产生的热量多。
(5) 实验过 程 中 发 现通电一段时间后，其中一个 U 形管中的液面高度 几乎 不变， 发 生此现象的原因可 能 是 。
(6) 英国物 用学 家 焦耳通过大量实验， 最先精 确的确定了电流通过导体时产生的热量跟电流的二 次 方成正比，
跟导体的
成正比，跟
成正比这个 规 律叫 做 焦耳定律，其 表达 式为
。
(7) 小刚同学认为将 乙 图中 d 容器外 侧 的电阻丝改为 5Ω 的小灯 泡 ，也可以 得 出（ 4 ）中的结论，你同 意他 的
看法 吗 ，理 由 是： 。
【 答案 】：
(1) 液面高度；转换法； C ； (2) 不是； (3) 电阻； b ； (4) 电流； c 。 (5) 透明容器密闭性不好（透明容器 漏 气、
对 应 电阻丝短路）。 (6) 电阻；通电时间； Q=I 2 Rt 。 (7) 同 意 ；因为改为小灯 泡 以后，流过 d 中瓶 子 的电阻丝
的电阻并 没 有 发 生变化， 还 是 5Ω ，通电时间和电阻相同， 只 有电流不同，利用控制变量法 仍 可以探究产
生热量与电流的关系；
【 解 析】：
(1) 电流通过导体产生热量的多少不 能直 接观察 , 但 液体温度的变化可以通过液面高度 差 的变化来反映 , 这种
研究方法叫转化法 ;
A 、电流不 能直 接观察 , 水流 能够直 接观察 , 利用 能够直 接观察的水流说明电流的形成和 作 用 , 采用的是类比
法 ;
B 、在研究光的 传播 时 , 利用光线反映光的 本 质 , 间接的研究光的 传播 , 研究起来 更 方 便 、 更 形象 , 采用的是 模
型 法 ;
C 、 把敲响 的 音叉 接 触 水面 , 看有 没 有 溅 起水 花 , 来判断 音叉 有 没 有 振动 , 把音叉 的 振动 通过水 花 来体现 , 运 用
了转化法 ;
D 、水平面越光 滑 , 小 车 所 受 阻 力 越小 , 运动距离 越 远 , 如果小 车 不 受力 , 小 车 将 做匀速直 线 运动 ; 本 实验用到了
实验推理的研究方法 .
所以 C 选 项 是正确的 ;
(2)U 形管 本身 是一个 连 通器 , 但 图中的 U 形管 , 一端被封闭 , 不 符合 “两端 开口 , 底 部 连 通”这一 特 点 , 因此 , 不
是 连 通器 ;
(3) 如图 甲 , 两个电阻串联在电路中 , 电流相同 , 通电时间相同 , 电阻不同 , 运 用控制变量法 , 探究电流产生热量跟
电阻的关系 ; 通过一段时间 ,b 容器中电流产生的热量较多 , 该容器的电阻 最 大 ;
(4) 图 乙 装置中一个 5Ω 的电阻与两个 5Ω 的电阻并联后 再 串联 , 根据串联电路的电流 特 点可以 知道 , 右端两个
电阻的总电流和 左 端的电阻电流相等 , 即 I 右 =I 左 , 两个 5Ω 的电阻并联 , 根据并联电路的电流 特 点 知 I 右 =I 内 +I 外 ,
所以 , I 左 ＞ I 内 , 烧瓶内的电阻值都是 5Ω, 阻值相等 , 通电时间相等 , 电流不同 , 运 用控制变量法 , 探究电流产生热
量跟电流的关系 ; 通过一段时间 ,c 容器中电流产生的热量多 .
(5) 电热丝产生的热量 首先 是通过 传递给 空气，使 得 空气的压 强增 大， 进 而推 动 液 柱 的高度变化，因此如果
液面高度 没 有变化， 应 该是系 统 的气密性出现了问题， 即 可 能漏 气，或 者 电阻被短路， 没 有热量产生。
(6) 英国物 用学 家 焦耳通过大量实验， 最先精 确的确定了电流通过导体时产生的热量跟电流的二 次 方成正比，
跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比这个 规 律叫 做 焦耳定律，其 表达 式为 Q=I 2 Rt 。
(7) 同 意 ；因为改为小灯 泡 以后，流过 d 中瓶 子 的电阻丝的电阻并 没 有 发 生变化， 还 是 5Ω ，通电时间和电
阻相同， 只 有电流不同，利用控制变量法 仍 可以探究产生热量与电流的关系； 本 题考 查 控制变量法的 应 用。
练习 1 ：（ 2019 长 春 ）在研究电流产生的热量与哪些因素有关的实验中：
（ 1 ）如图所示，两个密闭的透明容器中装有相等质量的空气，两个容器中的电阻丝 R1 、 R2 （ R1 ＜ R2 ）串
联接到电源两端 ． 电阻丝 R1 和 R2 串联的目的是保 证 相同， U 型 管中液面高度的变化反映
；
（ 2 ）通电 10s ，观察到图中两 侧 U 型 管中液面高度的变化不同，这说明：电流产生的热量与 有关
（ 3 ）在研究电流产生的热量与电流的关系时，将一段导线与电阻丝 R2 并联，通电 10s ， 左侧 U 型 管中液
面高度的变化比（ 2 ）中 左侧 U 型 管中液面高度变化 （选 填 “大”或“小”）
【 答案 】：
（ 1 ）电流；电阻丝产生的热量的多少；（ 2 ）电阻；（ 3 ）大
【 解 析】：
（ 1 ）电路串联 能 保 证 电流大小相等；实验 运 用了转换法，将 想 观察的“产生热量多少”通过气体的热胀
冷缩转换成了“ U 形管两端液面高度 差 的变化” ．
（ 2 ）实验中控制的变化量 只 有电阻大小不同，而目的 就 是为了使电压相同情况下电流大小不同，实验 证
明电流大小确实对产生热量的多少有所 影响．
（ 3 ） 当 R2 并联了一个电阻后，干路的总电流 增 大了，因此通过 R1 的电流也 增 大了，相同时间产生的热
量变多，液面高度变化变大 ．
练习 2 ：（ 2019 衡阳 ）小明用如图 甲 所示实验装置探究 a 、 b 两种液体的吸热 能力 ，在两个相同的烧瓶内
分别接 入 电阻丝，装 人 质量相等的 a 、 b 两种液体，并分别 插入 温度计。
(1) 实验中选用的两根电阻丝的阻值 应 ______( 选 填 “相同”或“不同” )
(2) 实验中，用 _________( 选 填 “ A” 或“ B”) 间接反映液体吸 收 热量的多少 ; 通过比较 ______( 选 填 “ A ＂ 或
“ B ＂ ) 来判断液体吸热 能力 的 强弱 ;
A. 通电时间 B. 温度计示数的变化量
(3) 下 表 是 某次 的实验数据液体 a 加热后的温度如图 乙 所示，将温度计示数 填入 相 应表格 中。
分析可 知 ， ________( 选 填 “ a” 或“ b”) 液体的吸热 能力 较 强 。
(4) 设 质量为 m 的 a 液体中电阻丝的阻值为 R ， 测 出其电流为 I ，通电一段时间 t 后，温度
计的示数变化量为 ∆ t ，若不计热量 损失 ， 则 a 液体的比热容为 ______( 用所 给 出的 物 理量 写 出比热容的 表达
式 ) ，用该 表达 式计算出的比热容 会 比实 际 值 ______( 选 填偏 大”或“ 偏 小” )
(5) 如果在两烧瓶中分别装 入 质量相等的煤油，并接 入兩 根阻值不同的电阻丝， 就 可用这
个装置来探究电流产生的热量与 ________ 的关系。
【 答案 】：
