10.【问题】日常生活中烧水、做饭、取暖等都可以通过电产生热来完成，那么电流产生热量的多少与哪些因素有关呢？实验小组同学猜想：电流通过导体产生热量的多少可能与通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关。
【证据】用图8甲所示的装置进行探究，有多段电阻分别为5 Ω、10 Ω的电阻丝可供选择。

(1)如图8甲所示，在密封着空气的透明容器中接入电阻丝，并用导线将电阻丝接在一个电路中。该装置是用来探究电流产生热量的多少与大小的关系的，实验中两电阻串联的目的是保证相同。
(2)密封在容器中的电阻丝通过的方式对容器中的空气加热，空气受热推动U形管中液面发生变化，通电一定时间后，比较左、右两个U形管中液面的变化。
【电路设计】用图8乙所示的装置接着探究电流产生热量的多少与电流大小的关系。请选择合适的电阻标在图8乙中的虚线框内，并用笔画线代替导线将电路补充完整。
【解释】
(1)图8甲中，闭合开关后观察到右边U形管中的液面高度差较大，可得出结论：在电流和通电时间相等的情况下，越大，产生的热量越多。
(2)图8乙中，闭合开关后观察到左边U形管中的液面高度差较大，可得出结论：在和通电时间相等的情况下，通过电阻的越大，产生的热量越多。
【交流】
(1)通电前，U形管两侧的液面是的。
(2)若实验中U形管两侧的液面高度差变化不明显，则可改进的措施是。

【证据】
(1)电阻；电流
(2)热传递；膨胀
【电路设计】 两个虚线框内均标注5Ω，将右侧容器外的5Ω电阻与容器内的5Ω电阻并联后接入电路。
【解释】
(1)电阻
(2)电阻；电流
【交流】
(1)相平
(2)更换电压更大的电源

【分析】
本题是探究电流产生热量影响因素的实验，核心运用控制变量法和转换法。首先分析甲图：两电阻串联，电阻不同，电流和通电时间相同，用于探究热量与电阻的关系；串联目的是保证电流和通电时间一致。再分析乙图：探究热量与电流的关系，需控制电阻和通电时间相同，改变电流，因此要在一个容器外并联相同电阻，使两支路电流不同，满足实验变量要求。最后结合实验原理逐一解答各问题。
【解析】
【证据】
(1) 甲图中两个电阻阻值不同，串联时电流处处相等、通电时间相同，因此探究电流产生热量与电阻的关系；串联的目的是保证通过两电阻的电流和通电时间相同。
(2) 电阻丝发热，通过热传递将热量传递给容器内的空气；空气受热后体积膨胀，推动U形管液面变化，以此反映热量多少。
【电路设计】
探究电流对热量的影响时，需控制电阻相同，因此两个容器内的电阻均选5Ω；为使两个容器内电阻的电流不同，将右侧容器外的5Ω电阻与其中一个容器内的5Ω电阻并联接入电路，保证总电流相同，支路电流不同，符合实验要求。
【解释】
(1) 甲图中电流和通电时间相等，10Ω电阻更大，右侧U形管液面差更大，说明产生热量更多，结论：电流和通电时间相等时，电阻越大，产生的热量越多。
(2) 乙图中电阻和通电时间相等，左侧U形管液面差更大，说明电流越大，产生热量更多，结论：电阻和通电时间相等时，通过电阻的电流越大，产生的热量越多。
【交流】
(1) 通电前U形管两侧液面需相平，保证初始状态一致，便于比较液面差反映热量变化。
(2) 液面高度差变化不明显，说明热量变化小，可增大电路电流，因此更换电压更大的电源，使电流增大，热量变化更显著，液面差更明显。
【答案】
【证据】(1)电阻；电流 (2)热传递；膨胀
【电路设计】 两个虚线框内均标注5Ω，将右侧容器外的5Ω电阻与容器内的5Ω电阻并联后接入电路。
【解释】(1)电阻 (2)电阻；电流
【交流】(1)相平 (2)更换电压更大的电源
【知识点】焦耳定律、控制变量法、电流的热效应
【点评】本题是探究焦耳定律的经典实验，考查控制变量法、转换法的应用，以及实验设计、结论推导，是初中电学的重点实验，侧重基础实验能力的考查。
【难度系数】0.6