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6.小刚在探究“电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”的实验中，所用的实验器材如图15.4-4所示（两个透明容器内密封着等质量的空气）
图15.4-4
(1)实验中是通过观察U形管两侧液面的来反映容器内空气温度的变化的，这种方法叫做。
(2)实验中选用空气而不用水做实验，是因为空气受热更容易，可使U形管中的液柱上升更，实验现象更明显。
(3)用笔画线代替导线，把图中两个容器内的电阻丝接到电路中，要求滑动变阻器的滑片向右滑动时，滑动变阻器接入电路中的电阻增大。
(4)正确连接电路，闭合开关，通电一段时间后，（选填“左”或“右”）侧U形管中液面高度变化更明显。此实验现象表明，在电流、通电时间相同的情况下，越大，它所产生的热量越多。
(5)在探究电流通过导体产生的热量与通电时间的关系时，应控制和不变。
(6)将图15.4-5所示的装置接入图15.4-4中的虚线框中，重新做这个实验。
①此实验探究的是电流产生的热量跟的关系，通电一段时间后，（选填“左”或“右”）侧容器内的电阻丝产生的热量多，得出的结论是。
图15.4-5
②要进一步使该结论更具有普遍性，在装置不变的情况下，可以采取的方法是。
(7)若通过$R_1$的电流为2 A，则10 s内通过$R_1$的电流产生的热量是J。
图15.4-4
(1)实验中是通过观察U形管两侧液面的来反映容器内空气温度的变化的，这种方法叫做。
(2)实验中选用空气而不用水做实验，是因为空气受热更容易，可使U形管中的液柱上升更，实验现象更明显。
(3)用笔画线代替导线，把图中两个容器内的电阻丝接到电路中，要求滑动变阻器的滑片向右滑动时，滑动变阻器接入电路中的电阻增大。
(4)正确连接电路，闭合开关，通电一段时间后，（选填“左”或“右”）侧U形管中液面高度变化更明显。此实验现象表明，在电流、通电时间相同的情况下，越大，它所产生的热量越多。
(5)在探究电流通过导体产生的热量与通电时间的关系时，应控制和不变。
(6)将图15.4-5所示的装置接入图15.4-4中的虚线框中，重新做这个实验。
①此实验探究的是电流产生的热量跟的关系，通电一段时间后，（选填“左”或“右”）侧容器内的电阻丝产生的热量多，得出的结论是。
图15.4-5
②要进一步使该结论更具有普遍性，在装置不变的情况下，可以采取的方法是。
(7)若通过$R_1$的电流为2 A，则10 s内通过$R_1$的电流产生的热量是J。
答案
200
解析
【分析】
本题围绕“电流通过导体产生的热量与什么因素有关”的焦耳定律实验展开，需结合转换法、控制变量法分析实验设计，掌握滑动变阻器接线规则，利用焦耳定律公式计算。解题时，先明确每一问的实验原理与方法：(1)通过U形管液面高度差反映热量，属于转换法；(2)空气受热易膨胀使液柱变化明显；(3)滑动变阻器滑片右滑电阻增大需接左下接线柱；(4)串联时电流相同，电阻大的产热多；(5)探究热量与通电时间关系需控制电流和电阻；(6)并联分流探究热量与电流的关系；(7)用焦耳定律计算热量。
【解析】
(1) 电流产生的热量无法直接观察，实验中通过U形管两侧液面的高度差反映容器内空气温度变化，这种将不易观察的物理量转换为易观察物理量的方法叫转换法。
(2) 选用空气是因为空气受热更容易膨胀，相同热量下，空气体积变化比水大，可使U形管液柱上升更明显，实验现象更清晰。
(3) 滑动变阻器要求滑片向右滑动时接入电阻增大，需接“一上一下”接线柱，下接线柱接左端（左下），连接方式：电源正极→滑动变阻器左下接线柱，滑动变阻器右上接线柱→左侧容器电阻，右侧容器电阻→开关→电源负极（串联连接，接线正确即可）。
(4) 两容器内电阻串联，电流和通电时间相同，左侧电阻更大，根据焦耳定律，电阻越大产热越多，因此左侧U形管液面高度变化更明显，表明电流、通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。
(5) 探究热量与通电时间的关系，需控制电流和电阻不变，改变通电时间，观察热量变化。
(6) ①图15.4-5装置中，右侧容器内两电阻并联后与左侧电阻串联，通过左右电阻的电流不同，探究热量与电流的关系；右侧电阻电流更大，产热更多，结论为：在电阻和通电时间相同的情况下，电流越大，电流产生的热量越多。②要使结论更具普遍性，需换用不同阻值的电阻重复实验，避免偶然性。
(7) 根据焦耳定律$Q=I^2Rt$，已知$I=2A$，$t=10s$，隐含$R_1=5Ω$，则$Q=(2A)^2×5Ω×10s=200J$。
【答案】
(1) 高度差；转换法
(2) 膨胀；明显
(3) 滑动变阻器接左下接线柱（导线连接合理即可）
(4) 左；电阻
(5) 电流；电阻
(6) ①电流；右；在电阻和通电时间相同的情况下，电流越大，电流产生的热量越多；②换用不同阻值的电阻重复实验
(7) 200
【知识点】
焦耳定律、转换法、控制变量法
【点评】
本题全面考查焦耳定律实验的核心内容，涵盖实验方法、电路连接、实验结论及热量计算，是初中物理电学重点实验题，需熟练掌握控制变量法、转换法的应用，熟悉滑动变阻器接线规则与焦耳定律公式计算。
【难度系数】
0.5
本题围绕“电流通过导体产生的热量与什么因素有关”的焦耳定律实验展开，需结合转换法、控制变量法分析实验设计，掌握滑动变阻器接线规则，利用焦耳定律公式计算。解题时，先明确每一问的实验原理与方法：(1)通过U形管液面高度差反映热量，属于转换法；(2)空气受热易膨胀使液柱变化明显；(3)滑动变阻器滑片右滑电阻增大需接左下接线柱；(4)串联时电流相同，电阻大的产热多；(5)探究热量与通电时间关系需控制电流和电阻；(6)并联分流探究热量与电流的关系；(7)用焦耳定律计算热量。
【解析】
(1) 电流产生的热量无法直接观察，实验中通过U形管两侧液面的高度差反映容器内空气温度变化，这种将不易观察的物理量转换为易观察物理量的方法叫转换法。
(2) 选用空气是因为空气受热更容易膨胀，相同热量下，空气体积变化比水大，可使U形管液柱上升更明显，实验现象更清晰。
(3) 滑动变阻器要求滑片向右滑动时接入电阻增大，需接“一上一下”接线柱，下接线柱接左端（左下），连接方式：电源正极→滑动变阻器左下接线柱，滑动变阻器右上接线柱→左侧容器电阻，右侧容器电阻→开关→电源负极（串联连接，接线正确即可）。
(4) 两容器内电阻串联，电流和通电时间相同，左侧电阻更大，根据焦耳定律，电阻越大产热越多，因此左侧U形管液面高度变化更明显，表明电流、通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。
(5) 探究热量与通电时间的关系，需控制电流和电阻不变，改变通电时间，观察热量变化。
(6) ①图15.4-5装置中，右侧容器内两电阻并联后与左侧电阻串联，通过左右电阻的电流不同，探究热量与电流的关系；右侧电阻电流更大，产热更多，结论为：在电阻和通电时间相同的情况下，电流越大，电流产生的热量越多。②要使结论更具普遍性，需换用不同阻值的电阻重复实验，避免偶然性。
(7) 根据焦耳定律$Q=I^2Rt$，已知$I=2A$，$t=10s$，隐含$R_1=5Ω$，则$Q=(2A)^2×5Ω×10s=200J$。
【答案】
(1) 高度差；转换法
(2) 膨胀；明显
(3) 滑动变阻器接左下接线柱（导线连接合理即可）
(4) 左；电阻
(5) 电流；电阻
(6) ①电流；右；在电阻和通电时间相同的情况下，电流越大，电流产生的热量越多；②换用不同阻值的电阻重复实验
(7) 200
【知识点】
焦耳定律、转换法、控制变量法
【点评】
本题全面考查焦耳定律实验的核心内容，涵盖实验方法、电路连接、实验结论及热量计算，是初中物理电学重点实验题，需熟练掌握控制变量法、转换法的应用，熟悉滑动变阻器接线规则与焦耳定律公式计算。
【难度系数】
0.5
