如图1所示,在探究“影响电流热效应的因素”时,将电阻丝$R_1$、$R_2$、$R_3$分别装在甲、乙、丙三个相同的透明容器中,容器中密封着等量的空气,橡胶管将密闭容器和装有红色液体的U形玻璃管相连,容器内电阻丝的电阻$R_1 = 10\ \Omega, R_2 = R_3 = 5\ \Omega$。另有一个阻值为5 Ω的电阻丝$R_4$在容器外部,与电阻丝$R_3$并联。

【基础设施问】
(1)在实验中,加热空气的好处是;观察U形玻璃管中的液面高度差是为了比较,这里采用的方法是。
(2)若要探究导体产生的热量的多少与电流大小是否有关,则应选用两容器及其相连的U形管进行比较,得到结论:在电阻相同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)若要探究导体产生的热量的多少与电阻大小是否有关,则应选用两容器及其相连的U形管进行比较,得到结论:在电流相同和通电时间相同的情况下,导体的越大,产生的热量越多。
(4)若在实验中观察到甲、乙容器相连的U形管液面很快出现高度差,丙容器相连的U形管中液面高度差为零,原因可能是电阻丝断路。
(5)排除故障后继续进行实验,通电一段时间后,容器相连的U形管中两侧的液面高度差变化最大。
【能力设问】
(6) ①相同时间内电阻$R_1$产生的电热$Q_1$与电阻$R_2$产生的电热$Q_2$之比为。
②相同时间内电阻$R_1$产生的电热$Q_1$与电阻$R_3$产生的电热$Q_3$之比为。
③若将$R_4$拆除,则相同时间内电阻$R_3$产生的电热$Q'_3$与拆除前$R_3$产生的电热$Q_3$之比为。
(7) 用$Q = I^2Rt$可以计算电流通过任何用电器产生的热量,能用$Q = UIt$计算电流通过任何用电器产生的热量吗?请用实例说明原因:。
(8) 利用如图2所示的实验装置也可以探究“影响电流热效应的因素”。

①在两瓶中加入质量、初温均相同的煤油,闭合开关一段时间,可以通过观察温度计情况,判断电阻丝产生的热量多少。
②若丁、戊两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体,当电阻丝的阻值$R_5$$R_6$时,可以比较不同物质的吸热能力。若温度计a比温度计b示数升高得快,则丁、戊两瓶内液体比热容关系为$c_丁$$c_戊$。(均填“＞”“＜”或“=”)

(1)空气受热易膨胀且现象较为明显 电流通过导体产生热量的多少 转换法
(2)乙、丙 电流
(3)甲、乙 电阻
(4)$R_3$
(5)甲
(6)①2 : 1 ②8 : 1 ③49 : 16
(7)不能;电动机工作时,消耗的电能$W = UIt$,但其消耗的电能转化为机械能和内能,则$W ＞ Q = I^2Rt$,所以当电流通过非纯电阻用电器时,其产生的热量是不能用$Q = UIt$来计算的(合理即可)
(8)①示数的变化 ②= ＜

【分析】
本题围绕“影响电流热效应的因素”实验展开，需结合实验原理、控制变量法、转换法及焦耳定律分析各问题：
1. 加热空气的优势：空气受热膨胀明显，现象直观易观察；U形管液面差反映热量多少，采用转换法。
2. 探究热量与电流的关系：需控制电阻、通电时间相同，改变电流，乙、丙容器中R₂与R₃电阻相同，R₃并联R₄后电流不同，符合要求。
3. 探究热量与电阻的关系：需控制电流、通电时间相同，改变电阻，甲、乙容器中R₁与R₂串联，电流相同，电阻不同，符合要求。
4. 丙液面差为零：说明丙容器无热量产生，即R₃断路，无电流通过。
5. 比较各容器热量：结合焦耳定律计算各电阻产热，甲容器产热最多，液面差最大。
6. 比例计算：根据焦耳定律Q=I²Rt，结合电路中电流、电阻关系计算比例；拆除R₄后重新计算电流，再求比例。
7. Q=UIt的适用范围：仅适用于纯电阻用电器，非纯电阻（如电动机）电能转化为机械能和内能，W≠Q，故不能用。
8. 比热容实验：探究不同物质吸热能力时，需相同时间内电阻放热相同，故电阻相等；升温快的液体比热容小。
【解析】
(1) 空气受热易膨胀，现象明显，便于观察；U形管液面高度差反映电流产生热量的多少，将不易观察的热量转换为易观察的液面差，采用转换法。
(2) 探究热量与电流的关系，需控制电阻、通电时间相同，改变电流，乙、丙容器中R₂=R₃=5Ω，R₃并联R₄后电流不同，故选乙、丙；结论：电阻和通电时间相同时，电流越大，产生热量越多。
(3) 探究热量与电阻的关系，需控制电流、通电时间相同，改变电阻，甲、乙容器中R₁与R₂串联，电流相同，电阻不同，故选甲、乙；结论：电流和通电时间相同时，电阻越大，产生热量越多。
(4) 丙容器液面差为零，说明无热量产生，原因是R₃断路，无电流通过，不产热。
(5) 根据Q=I²Rt，甲容器中R₁=10Ω，电流最大，产热最多，故甲容器相连的U形管液面高度差变化最大。
(6) ①Q₁=I²R₁t，Q₂=I²R₂t，Q₁/Q₂=R₁/R₂=10/5=2:1；②结合电路电流关系，Q₁/Q₃=8:1；③拆除R₄后，重新计算电流，Q'₃/Q₃=49:16。
(7) 不能；电动机工作时，电能转化为机械能和内能，W=UIt＞Q=I²Rt，非纯电阻用电器的热量不能用UIt计算。
(8) ①通过温度计示数变化判断产热多少；②探究吸热能力时，需电阻相同（保证相同时间放热相同），故R₅=R₆；温度计a升温快，说明丁液体比热容更小，即c丁＜c戊。
【答案】
(1)空气受热易膨胀且现象较为明显；电流通过导体产生热量的多少；转换法
(2)乙、丙；电流
(3)甲、乙；电阻
(4)$R_3$
(5)甲
(6)①$2:1$；②$8:1$；③$49:16$
(7)不能；电动机工作时，消耗的电能$W = UIt$，但其消耗的电能转化为机械能和内能，则$W ＞ Q = I^2Rt$，所以当电流通过非纯电阻用电器时，其产生的热量是不能用$Q = UIt$来计算的（合理即可）
(8)①示数的变化；②$=$；$＜$
【知识点】
电流的热效应、焦耳定律、比热容
【点评】
本题综合考查电流热效应的实验探究、焦耳定律应用及比热容实验，涉及控制变量法、转换法等物理方法，需学生掌握实验原理、公式灵活运用，区分纯电阻与非纯电阻用电器的热量计算，是电学实验的综合题。
【难度系数】
0.5