探究影响电流热效应的因素
用控制变量法和转换法，探究电流通过导体产生的热量与电阻、电流和通电时间的关系。
动手做实验 · Virtual Lab
闭合开关给电阻丝通电，看两个 U 形管里的液面谁升得高
正在搭建 3D 实验台
第 1 步
热量与电阻的关系
5 Ω 和 10 Ω 的电阻丝串联，通过它们的电流相同。通电一段时间，比较两个 U 形管中液面的高度差。
闭合开关，给两段电阻丝通电。
断开开关时，记下通电时间和两边液面的高度差。
文字版：器材、步骤与结论适合备课、打印+
器材
- 学生电源
- 开关
- 导线若干
- 两个密封着等量空气的透明容器（内有 5 Ω、10 Ω 电阻丝）
- 两个密封容器（内有 5 Ω 电阻丝），容器外另有一个 5 Ω 电阻
- U 形管（内装红色液体）
- 秒表
- 01
检查两个 U 形管中的液面是否相平，把 5 Ω 和 10 Ω 两段电阻丝串联接入电路。
要点串联保证通过两段电阻丝的电流和通电时间都相同。
- 02
闭合开关，通电一段时间后断开，比较两个 U 形管中液面的高度差。
要点高度差越大，电阻丝产生的热量越多（转换法）。
- 03
换用第二套装置：两个容器中都是 5 Ω 的电阻丝，右边容器外再并联一个 5 Ω 的电阻。通电相同的时间，比较两边液面的高度差。
要点并联的电阻分走一部分电流，通过右边容器中电阻丝的电流只有左边的一半。
- 04
放气使液面恢复相平，再给同一套装置通电，每隔一段时间记录一次液面的高度差，分析热量与通电时间的关系。
现象
电流和通电时间相同时，10 Ω 电阻丝那边 U 形管中液面的高度差大；电阻和通电时间相同时，电流大的那边液面的高度差大；同一套装置通电时间越长，液面的高度差越大。
结论
在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多；在电阻和通电时间相同时，电流越大，产生的热量越多；在电阻和电流相同时，通电时间越长，产生的热量越多。焦耳定律：Q = I²Rt。
记忆口诀
Q = I²Rt
电流通过导体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。
01 — Principle
实验原理
电流通过导体时，电能转化为内能。两个透明容器中密封着等量的空气，各有一段电阻丝；电阻丝放出热量，空气受热膨胀，把 U 形管中的液体压向另一边，液面的高度差越大，说明产生的热量越多（转换法）。把阻值不同的电阻丝串联，电流和通电时间相同，可以研究热量与电阻的关系；两段电阻丝阻值相同，其中一段旁边再并联一个电阻，通过两段电阻丝的电流不同，可以研究热量与电流的关系（控制变量法）。也可以用两个装有等质量煤油、插着温度计的烧瓶，比较温度计示数的变化。
02 — Pitfalls
易错点
Q1两段电阻丝为什么要串联？+
串联电路中电流处处相等，两段电阻丝又是同时通电、同时断电的，这样电流和通电时间都相同，只有电阻不同。
Q2为什么容器中要密封等量的空气？+
空气的多少相同，吸收相同的热量时膨胀的程度才相同，U 形管中液面的高度差才能反映热量的多少。如果容器漏气，液面几乎不会变化。
Q3电流减为原来的一半，产生的热量为什么只剩约四分之一？+
热量跟电流的二次方成正比：Q = I²Rt，电流变为原来的 1/2，热量变为原来的 1/4。
03 — Practice
典型例题
例 1
电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却不怎么热，主要原因是（ ）
例 2
一段电阻丝的电阻为 10 Ω，通过它的电流为 2 A，通电 10 s 产生的热量是（ ）
例 3
在探究电流产生的热量与电阻的关系时，应使（ ）
04 — In Life
生活中的应用
利用电流的热效应
电热器
电饭锅、电热水壶、电暖器都是用电阻较大的发热体把电能转化为内能。
电流过大时熔断
保险丝
电路中电流过大时，保险丝产生的热量多，温度升高而熔断，自动切断电路。
防止电热的危害
散热
电脑里的风扇、电视机后盖上的散热孔，都是为了把电流产生的热量及时散掉。
05 — Safety
安全提示
- 实验前检查容器是否密封，U 形管中的液面是否相平。
- 通电时间不要太长，避免液体从 U 形管中被压出。
- 改接电路时要断开开关。
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