1[2026广东汕头期末,中]如图所示是探究“电流产生的热量与哪些因素有关”的装置。甲、乙两图的密闭容器中都装有等量的空气。

(1)图甲装置可研究电流产生的热量与的关系。
(2)图乙两密闭容器中的电阻阻值相等,在其中一容器外部并联一个阻值相等的电阻e。若实验过程中两个U形管两侧液面高度变化相同,则故障可能是。排除故障后通电相同时间,发现左侧U形管内液面高度变化明显,这表明:在电阻和通电时间相同的情况下,通过导体的越大,产生的热量越多。
(3)若图甲和图乙中两套装置的电源电压相同,在相同时间内,b和c两电阻产生的热量之比为。
(4)生活中我们经常见到“电炉丝热得发红,而与它相连的导线却几乎不热”这一现象,可用上面图的实验结论来解释。

1.(1)电阻 (2)电阻e开路 电流 (3)1:2 (4)甲
【解析】(1)图甲中两个电阻串联在电路中,通过的电流相同,通电时间相同,电阻大小不同,根据控制变量法可知该装置探究电流产生热量与电阻的关系。(2)若图乙中两个U形管两侧液面高度变化相同,则说明密闭容器内产生热量相同,由于电阻c、d阻值相等,根据$Q=I^2Rt$可知,通过电阻c、d的电流相等,由于d与e并联后再与c串联,通过c的电流应等于通过d、e的电流之和,说明没有电流通过e,则故障可能是电阻e开路;排除故障后通电相同时间,左侧U形管内液面高度变化明显,说明左侧密闭容器内产生的热量多,由之前的分析可知,通过c的电流大于通过d的电流,这表明:在电阻和通电时间相同的情况下,电流越大,产生的热量越多。
(3)甲装置中5 Ω的电阻与10 Ω的电阻串联,则总电阻$R_甲=5\ \Omega+10\ \Omega=15\ \Omega$;乙装置中右侧容器内外两个5 Ω的电阻并联后再与左侧容器中5 Ω的电阻串联,则总电阻$R_乙=R_c+\frac{1}{2}R_d=5\ \Omega+\frac{1}{2}×5\ \Omega=7.5\ \Omega$,由于电源电压相同,则根据欧姆定律可知,$I_甲:I_乙=R_乙:R_甲=7.5\ \Omega:15\ \Omega=1:2$,根据$Q=I^2Rt$可知:$Q_b:Q_c=I_甲^2R_bt:(I_乙^2R_ct)=I_甲^2R_b:(I_乙^2R_c)=\frac{I_甲^2}{I_乙^2}×\frac{R_b}{R_c}=\frac{1}{4}×\frac{2}{1}=1:2$。(4)电炉丝与导线串联,电炉丝电阻较大,导线电阻非常小,电流和通电时间相同时,电炉丝热得发红,而导线却几乎不热,说明电流产生的热量与导体的电阻大小有关;所以图甲的实验结论可以解释“电炉丝热得发红,而与它相连的导线却几乎不热”现象。

2[2025河南周口期末,中]某物理学习小组进行“探究电流通过导体产生热量的多少跟电阻的关系”时,可供选用的器材有:6 V的电源一个,5 Ω的发热电阻两个,10 Ω的发热电阻两个,量程合适的温度计两个,规格相同的烧瓶两个,水,酒精,煤油,开关,若干导线。

(1)他们设计了如图甲、乙所示的两个方案,本实验应该选用图所示的方案。
(2)所选方案中两发热电阻的阻值应,两个烧瓶内的液体应为质量的种类的液体。(均填“相同”或“不同”)
(3)已知水、酒精、煤油的比热容的大小关系为$c_{水}＞c_{酒精}＞c_{煤油}$,为了缩短实验时间,则选用的液体应是。
(4)完成上述实验后,实验小组利用以上器材,又添加了天平、烧杯、秒表等器材,设计了“比较酒精和水的比热容”的实验。已知在本次实验条件下,水的沸点为100 ℃,酒精的沸点为78 ℃,忽略热量损失。实验小组认为利用图甲和图乙所示两个方案均可进行实验,为了让两种液体相同时间内吸收的热量相同,不论选择哪种方案,两发热电阻的阻值均应(填“相同”或“不同”)。方案选定后,实验过程如下:
①将天平放在水平实验台上,调节天平平衡。用烧杯和天平测量出质量相等的水和酒精,分别装入两个烧瓶里。
②记下两种液体的初温,接通电路,加热一段时间后,记下液体的末温。该实验过程中应保证酒精的温度始终低于℃。
③根据表中数据可知酒精的比热容为J/(kg·℃)。

| 液体 | 加热时间/s | 质量/g | 初温/℃ | 末温/℃ | 比热容/[J·(kg·℃)⁻¹] |
| ---- | ---------- | ------ | ------ | ------ | -------------------- |
| 水 | 420 | 60 | 20 | 32 | $4.2×10^3$ |
| 酒精 | 420 | 60 | 20 | 41 | |

2.(1)甲 (2)不同 相同 相同 (3)煤油 (4)相同 ②78 ③$2.4×10^3$
【解析】(1)探究电流通过导体产生热量的多少跟电阻的关系时,应控制电流大小和通电时间相等,图甲电路为串联电路,能控制通过两个电阻的电流和通电时间相同,应选图甲所示的方案来进行实验。(2)探究电流通过导体产生热量的多少跟电阻的关系时,应只改变导体电阻的大小,控制烧瓶内液体的种类和质量相同。(3)根据$Q_吸=cm\Delta t$可知,液体吸收的热量和液体质量一定时,液体的比热容越小,升温越快,故为了缩短实验时间,应选用煤油进行实验。(4)根据$Q=I^2Rt$可知,要使酒精和水在相同的时间内吸收的热量相同,则两发热电阻的阻值和通过的电流应相同。②在实验过程中,要保证酒精的温度始终低于其沸点,即78 ℃。③相同时间内,发热电阻产生的热量相同,酒精和水吸收的热量相同,即$Q_{酒精吸}=Q_{水吸}$,由$Q_吸=cm\Delta t$可知$c_{酒精}m(t_{酒精}-t_0)=c_水m(t_水-t_0)$,代入数据得$c_{酒精}×(41\ ℃ - 20\ ℃)=4.2×10^3\ J/(kg·℃)×(32\ ℃-20\ ℃)$,解得$c_{酒精}=2.4×10^3\ J/(kg·℃)$。