《2025年全效学习九年级科学全一册华师大版》

变式 2 - 2
小科了解到当电流方向与磁场方向垂直时，磁场对通电导体的作用力大小与导体中的电流大小、导体在磁场中的长度以及磁场强度有关。他设计了如图所示的装置，实验步骤如下：

①将一根导体棒用两根细线悬挂在铁架台上，将蹄形磁铁竖直固定在铁架台上，并让导体棒与下方的蹄形磁铁磁极间的磁场方向垂直。
②给导体两端加电压$U_{1}$，闭合电路，观察悬线偏转的最大角度$\alpha_{1}$。
③给导体两端加电压$U_{2}(U_{2}＞U_{1})$，闭合电路，观察悬线偏转的最大角度$\alpha_{2}$。
④给导体两端加电压$U_{3}(U_{3}＞U_{2})$，闭合电路，观察悬线偏转的最大角度$\alpha_{3}$。
⑤$\alpha_{1}$、$\alpha_{2}$、$\alpha_{3}$的大小关系是$\alpha_{3}＞\alpha_{2}＞\alpha_{1}$。
(1)本实验通过观察悬线偏移的最大角度来比较通电导体所受作用力的大小。
（2）小科实验可获得的结论：_。
（3）小科想进一步探究磁场对通电导体的作用力大小与导体在磁场中的长度是否有关，于是他更换成另一根同材质同粗细的较长导体棒，保持其他条件不变，这样更改是否可行，判断并说明理由：_。

答案：
(1)观察悬线偏移的最大角度
(2)在其他条件相同时，电流越大，磁场对通电导体的作用力越大
(3)不可行；如果换成同材质同粗细、不同长度的导体棒，则其电阻也会随之改变，导体中的电流大小不同，不符合控制变量法的要求

典例 3
如图所示是探究“电流通过导体时产生热量与哪些因素有关”的实验装置。

将$a$、$b$、$c$、$d$四段电阻丝分别密封在完全相同的瓶内，瓶内封闭一定量的空气，用橡皮导管与外面装有红色液体的 U 形管相连。将电阻丝$e$与图乙中电阻丝$d$并联并置于瓶外。五段电阻丝中$b$的阻值为$10\Omega$，其余均为$5\Omega$。
(1)将甲接入电路，通电一段时间后②(选填“①”或“②”)液面上升更高。
(2)将乙接入电路，可以探究电热与电流(选填“电流”或“电阻”)的关系。
(3)让乙装置冷却到初始状态，把右瓶并联的两根电阻丝都放入瓶内(如图丙所示)，接通电源比较两瓶内电阻丝发热多少，一段时间后左瓶内电阻丝产生的热量与右瓶内电阻丝产生的热量比为2：1。

答案：
(1)②
(2)电流
(3)2：1

变式 3
小龙用如图甲所示的电路探究影响电流热效应的因素，把热熔胶棒竖直压在两根阻值不同、但长度和直径均相同的电阻丝上，$R_{1}$和$R_{2}$的阻值之比为$3:2$（夹持仪器未画出）。用刻度尺测量两根热熔胶棒下降高度，分别记为$L_{1}$和$L_{2}$，来比较电阻丝产生热量的多少。

（1）本实验通过设计串联电路来研究电阻对电流产生热量的影响，为的是控制哪些变量相同？_。电流大小和通电时间
（2）小龙继续延长通电时间，获得更多组数据，并画出$L$（$L_{1}$与$L_{2}$之和）随通电时间的变化情况，得到如图乙所示的曲线。请解释在$t_{0}$时间后曲线增速变缓的原因。

答案： （1）电流大小和通电时间 （2）某些导体电阻在温度升高到一定程度后，其阻值随温度升高而增大，根据$Q = \frac{U^{2}}{R}t$可知，在通电时间、电源电压相同时，电阻变大，电阻丝产生的热量减少。