胡 波

(蘇州市工業(yè)園區(qū)星海實(shí)驗(yàn)中學(xué) 江蘇 蘇州 215021)

題目：(2005年山東省青島市中考物理試卷中第14題)將兩電熱絲R1,R2串聯(lián)起來，接在電路中．如圖1所示，若R1>R2，則先被點(diǎn)燃的火柴是

A．電熱絲R1上的火柴

B．電熱絲R2上的火柴

C．兩電熱絲上的火柴同時被點(diǎn)燃

D．無法確定

圖1

本題給出的答案是A．解題思路大體為：根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt可知，在電流和通電時間一定時，電阻越大產(chǎn)生的熱量越多，則溫度就越高．朔本求源，此命題來自于當(dāng)時教材[1]上的演示實(shí)驗(yàn)，且在當(dāng)時教材的配套教參光盤里還有此實(shí)驗(yàn)的視頻材料，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2．

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置

焦耳定律中，影響電流產(chǎn)生熱量的變量只有3個：電流的大小、通電時間和導(dǎo)體的電阻值，所以不管導(dǎo)體的材料、長短、粗細(xì)、形狀如何，當(dāng)電流和通電時間相同時，電流通過電阻大的導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量就多，這一點(diǎn)毋庸置疑，可是產(chǎn)生的熱量越多電熱絲溫度就越高嗎？下面筆者將從理論和實(shí)驗(yàn)兩個方面進(jìn)行分析．

1 理論分析

若不考慮熱量的散失，電流通過電熱絲產(chǎn)生的熱量全部被電熱絲自身吸收，則

2 根據(jù)理論推導(dǎo)的公式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析

實(shí)驗(yàn)一：如圖3，將直徑都是0.3 mm的長1 m的鎳鉻絲(阻值約6 Ω)和長1 m的錳銅絲(阻值約3 Ω)，R鎳>R錳，拉直后釘在木板上，為了盡量減少熱量損失，用相同的塑料管套在兩條電熱絲上．將兩條電熱絲串聯(lián)后接上電源，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流為1 A．約0.5 min，套在鎳鉻絲上的塑料管先開始熔化．

圖3 串聯(lián)的兩根電熱絲通電升溫實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)二：改用直徑都是0.3 mm的長0.5 m的鎳鉻絲(阻值約3 Ω)與長2 m的錳銅絲(阻值約6 Ω)做相同的實(shí)驗(yàn)，請注意：這次R鎳

兩組實(shí)驗(yàn)具體數(shù)據(jù)如表1和表2．

表1 實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二兩次對比試驗(yàn)充分說明在橫截面積相同的情況下，電熱絲升高的溫度只取決于電熱絲的材料，而并不取決于電熱絲的阻值．

(2)相同材料的電熱絲，不論電阻的大小如何，總是橫截面積小的溫度升高得多．具體實(shí)驗(yàn)及分析如下.

實(shí)驗(yàn)三：將長1 m直徑0.3 mm的鎳鉻絲(阻值約6 Ω)與長1 m直徑0.5 mm的鎳鉻絲(阻值約2 Ω)串聯(lián)，分別套上相同的塑料管通電后，套在直徑為0.3 mm鎳鉻絲上的塑料管先開始熔化．

實(shí)驗(yàn)四：將長2 m直徑0.5 mm的鎳鉻絲(阻值約4 Ω)與長20 cm直徑0.3 mm的鎳鉻絲(阻值約1 Ω)串聯(lián)，通電后還是套在直徑為0.3 mm鎳鉻絲上的塑料管先開始熔化．兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3和表4.

表3 實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)三和實(shí)驗(yàn)四說明相同材料的電熱絲，不論電阻的大小如何，總是橫截面積小的溫度升高得多．

(3)相同材料，同樣粗細(xì)的電熱絲，不論電阻大小如何，溫度的升高總是相同的．具體實(shí)驗(yàn)及分析如下.

實(shí)驗(yàn)五：將直徑都為0.3 mm，長0.3 m和長0.7 m的鎳鉻絲分別套上相同的塑料管串聯(lián)在電路中(兩段電熱絲的電阻不相等)，通電后，可以看到塑料管同時開始熔化．

表5 實(shí)驗(yàn)五實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)五表明：相同材料，同樣粗細(xì)的電熱絲，溫度的升高總是相同的．

當(dāng)時教材的配套教參光盤視頻呈現(xiàn)的在通過電熱絲電流大小和通電時間相同時，之所以插入大電阻電熱絲的火柴先燃燒，結(jié)合以上的分析和實(shí)驗(yàn)，筆者認(rèn)為是以下三個原因.

第二種情況是同種材料的電熱絲，總是細(xì)的溫度升高的多．大電阻的電熱絲較細(xì)，小電阻的電熱絲較粗．

第三種情況與本次理論及實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論無關(guān)，可能選用的兩個電熱絲是相同粗細(xì)同種材料制成的，但由于實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作中熱量損失不同導(dǎo)致．比如小電阻電熱絲排列較松，熱量容易散失到空氣中，而大電阻電熱絲排列較緊，不易散熱，所以溫度上升得快．

3 結(jié)語

綜合上面的理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，筆者認(rèn)為用“點(diǎn)燃法”來呈現(xiàn)焦耳定律的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是不合理的，據(jù)此考察學(xué)生對電熱與電阻關(guān)系的理解這一命題思路也是值得商榷的．

1 劉炳昇，等.物理(九年級下冊).南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2005