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物理方法在《电与热》中的运用

在探究《电和热》这一节时,可以运用转化法、控制变量法、理论推导法等,使探究过程变得顺畅,下面谈谈这些方法的具体运用。

一、转化法

电流具有热效应,电能转化为内能时导体要发热,要比较导体放出热量的多少,人是无法直接感觉到的,也由于安全的考虑,人是不能直接感觉放出热量的多少,但可以运用转化法,将放出热量的多少转化为温度计示数上升的多少,即把温度计插在同种等质量的液体中,温度计的示数上升得多说明导体发热放出的热量就越多。

二、控制变量法

在探究电流的热效应跟电阻大小的关系时,运用了控制变量法,将铜丝和镍铬合金丝串联连接,控制铜丝和镍铬合金丝的电流、通电时间相同;铜丝和镍铬合金丝的电阻不同,铜丝的电阻小于镍铬合金丝的电阻,接通电源后,会看到镍铬合金丝烧瓶中温度计示数上升得快,说明在电流相同的情况下,电阻越大,产生热量的功率就越大。

运用控制变量法还可以探究电流、通电时间对热效应的影响。探究电流对热效应的影响时,应控制电阻和通电时间不变,改变电流的大小,探究得到:在电阻和通电时间不变时,电流越大产生的热量就越多;探究通电时间对热效应影响时,应控制电流和电阻不变,改变通电时间的长短,探究得到:在电流和电阻不变时,通电时间越长产生的热量就越多。

三、理论推导法

电功率等于电流和电压的乘积,即 P= UI,电压等于电流和电阻的乘积,即 U= IR,消去电压 U得: P= I 2 R,消去电流 I,得: P= U 2/ R,这两个关系式说明:在电流不变时,热效应的功率跟电阻成正比;在电压不变时,热效应的功率跟电阻成反比。电功率跟电阻之间的关系是建立在电流或电压某一物理量不变的基础上,离开电流或电压某一物理量不变谈电功率跟电阻成正比或成反比是没有意义的。