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)图甲装置可探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。若两侧U形管液面高度差相同,则故障可能是。排除故障后通电相同时间,发现左侧U形管内液面高度差大,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)为了使乙实验中两侧U形管液面高度差更明显,在不改变电源电压的情况下可将密闭容器外的电阻换成(填“大于”或“小于”)5Ω的电阻。
(4)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。
(5)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不热”这一现象,可用上面图的实验结论来解释。

1.(1)电阻
(2)e开路 电流
(3)小于
(4)1:2
(5)甲
【解析】(1)如图甲,两个电阻串联在电路中,通过的电流相同,通电时间相同,阻值不同,运用控制变量法,探究电流产生的热量跟电阻的关系。(2)若图乙中两侧U形管内液面高度差相同,则说明两侧容器内产生热量相同,由于c、d两电阻阻值相等,根据$Q=I^2Rt$可知,通过电阻的电流相等,由于右侧是两个5 Ω的电阻并联后再与c串联,则说明与d并联的e中没有电流通过,即故障可能是e开路;根据串联电路的电流特点可知,通过右侧两个电阻的总电流和通过左侧电阻的电流相等,即通过c的电流大于d的,若通电相同时间,发现左侧U形管内液面高度差大,则表明:在电阻和通电时间相同的情况下,电流越大,通过导体时产生的热量越多。(3)为了使乙实验中两侧U形管液面高度差更明显,需要增大左侧电阻中的电流,即需要减小电路的总电阻;根据并联电路的电阻关系可知,如果减小右侧上面的电阻的阻值,则并联部分的总电阻减小,电路总电阻减小,并联部分分担的电压减小,电路干路电流增大,则通过c的电流增大,d两端的电压减小,根据欧姆定律可知,通过d的电流减小,这样能使通过c和d的电流差值变大,则两侧U形管液面高度差会更明显。(4)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$R_乙=R_c+\frac{1}{2}R_d=5\ \Omega+\frac{1}{2}×5\ \Omega=7.5\ \Omega$,由于甲、乙两套装置的电源电压相同,则根据欧姆定律可知,$I_甲:I_乙=R_乙:R_甲=7.5\ \Omega:15\ \Omega=1:2$,据$Q=I^2Rt$可知:$Q_b:Q_c=I_甲^2R_bt:I_乙^2R_ct=I_甲^2R_b:I_乙^2R_c=\frac{I_甲^2}{I_乙^2}×\frac{R_b}{R_c}=\frac{1}{4}×\frac{2}{1}=1:2$。(5)生活中我们常见的电炉丝与导线串联,电炉丝电阻较大,导线电阻非常小,电流和通电时间相同,电炉丝热得发红,而导线却几乎不发热,是因为电流产生的热量与导体电阻大小有关,所以图甲实验结论可以解释“电炉丝热得发红,而导线却几乎不发热”的现象。

【分析】
本题围绕探究电流产生热量的实验展开，核心是焦耳定律$Q=I^2Rt$，需结合控制变量法、串并联电路特点分析：
(1)图甲中两电阻串联，电流、通电时间相同，电阻不同，据此判断探究的热量影响因素；
(2)图乙中c、d电阻相等，正常时电流不同，若液面差相同则电流相同，分析故障；再根据电流与热量的关系得出结论；
(3)要增大液面差，需增大c、d的电流差，结合并联电阻的变化分析；
(4)利用欧姆定律求出甲、乙装置的电流比，再结合焦耳定律计算b、c的热量比；
(5)分析电炉丝与导线的电路特点，对应实验结论。
【解析】
(1)图甲中，电阻$a$（5Ω）和$b$（10Ω）串联，通过的电流$I$和通电时间$t$相同，电阻$R$不同，根据控制变量法，可探究电流产生的热量与电阻的关系；
(2)图乙中，正常情况下，$c$的电流为干路电流，$d$的电流为支路电流，$I_c=2I_d$。若两侧U形管液面高度差相同，说明$Q_c=Q_d$，因$R$、$t$相同，故$I_c=I_d$，故障为与$d$并联的电阻$e$开路，此时$d$的电流等于$c$的电流；排除故障后，$c$的电流大于$d$的电流，通电相同时间左侧液面差大，表明：电阻和通电时间相同时，通过导体的电流越大，产生的热量越多；
(3)要使乙装置两侧液面差更明显，需增大$c$、$d$的电流差。将并联的电阻换成小于5Ω的电阻，并联总电阻减小，干路电流增大，$c$的电流增大，$d$的电流减小，电流差变大，液面差更明显；
(4)甲装置总电阻$R_甲=5Ω+10Ω=15Ω$，乙装置总电阻$R_乙=5Ω+\frac{5Ω×5Ω}{5Ω+5Ω}=7.5Ω$，电源电压$U$相同，由$I=\frac{U}{R}$得电流比$I_甲:I_乙=R_乙:R_甲=7.5:15=1:2$。根据$Q=I^2Rt$，$Q_b:Q_c=(I_甲^2R_bt):(I_乙^2R_ct)=(1^2×10):(2^2×5)=1:2$；
(5)电炉丝与导线串联，电流和通电时间相同，电炉丝电阻远大于导线电阻，电炉丝发热多，对应图甲“电流、通电时间相同，电阻越大，热量越多”的实验结论。
【答案】
(1)电阻；(2)e开路；电流；(3)小于；(4)1:2；(5)甲
【知识点】
焦耳定律、电流的热效应、串并联电路特点
【点评】
本题是探究焦耳定律的实验题，考查控制变量法的应用、电路故障分析、焦耳定律的计算及实际应用，需学生掌握实验原理与电路知识，难度中等。
【难度系数】
0.5

2[2025河南周口期末,中]某物理学习小组进行“探究电流相同时通电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电源,5 Ω的发热电阻两只,10 Ω的发热电阻两只,量程合适的温度计两支,规格相同的烧瓶两只,水,酒精,煤油,开关,导线若干。

(1)他们设计了图甲和图乙所示的两个方案,本实验应该选用图所示方案;
(2)所选方案中两发热电阻的阻值应,两个烧瓶内应为质量的种类的液体(均填“相同”或“不同”);
(3)已知比热容的大小为$c_{水}＞c_{酒精}＞c_{煤油}$,为了缩短实验时间,应选用的液体是。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、停表等器材,设计了“测定酒精的比热容”的实验。已知在本次实验条件下,水的沸点为$100° C$,酒精的沸点为$78° C$,忽略热量散失;
(4)实验小组认为进行“测定酒精的比热容”的实验,选用图甲和图乙所示两个方案均可行,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,两发热电阻的阻值应(填“相同”或“不同”);
(5)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记下两种液体的初始温度,接通电路,加热一段时间后,记下液体的末态温度。该实验过程中应保证酒精的温度始终低于。
③根据表中数据可得酒精的比热容为 J/(kg·℃)。

| 液体 | 加热时间/s | 质量/g | 初始温度/℃ | 末态温度/℃ | 比热容/ J/(kg·℃) |
| ---- | ---------- | ------ | ---------- | ---------- | ---------------- |
| 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
(5)②沸点(或78 ℃)
③$2.4×10^3$
【解析】(1)探究电流通过导体产生热量的多少与导体电阻大小的关系时,应控制电流大小和通电时间相等,图甲控制通过两个电阻的电流和通电时间相同,图乙控制两个电阻两端的电压和通电时间相同,由此可知,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与导体电阻大小的关系时,应只改变导体电阻的大小,控制烧瓶内液体种类和质量相同。(3)根据$Q=cm\Delta t$可知,液体吸收的热量和质量一定时,液体的比热容越小,升温越快,可以节省实验时间,故应选用煤油。(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。(5)②在实验过程中,要保证酒精的温度低于沸点(或$78\ °Celsius$);③用相同的发热电阻加热相同时间,酒精和水吸收的热量相同,即$Q_{酒精吸}=Q_{水吸}$,由$Q=cm(t_2-t_1)$可得:$c_{酒精}m×(t_{酒精}-t_0)=c_{水}m(t_{水}-t_0)$,代入数据得:$c_{酒精}×(41\ °Celsius-20\ °Celsius)=4.2×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°Celsius)×(32\ °Celsius-20\ °Celsius)$,解得:$c_{酒精}=2.4×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°Celsius)$。

【分析】
本题围绕“探究电流相同时通电导体产生热量与电阻的关系”及“测定酒精的比热容”两个实验展开，需结合控制变量法、焦耳定律和热量公式分析：
1. 第(1)问：探究热量与电阻的关系，需控制电流和通电时间相同，甲图两电阻串联，电流处处相等，符合要求，乙图并联电压相同，不符合，故选甲。
2. 第(2)问：探究电阻对热量的影响，需改变电阻，控制液体质量和种类相同，保证变量唯一。
3. 第(3)问：缩短实验时间，需液体升温快，根据Q=cmΔt，质量和吸热相同时，比热容越小Δt越大，煤油比热容最小，故选煤油。
4. 第(4)问：相同时间吸热相同，根据Q=I²Rt，需电流和时间相同，故两电阻阻值需相同。
5. 第(5)②问：酒精沸点78℃，若温度达沸点会沸腾，温度不变，无法测末温，故需低于沸点。
6. 第(5)③问：相同时间两电阻放热相同，即水和酒精吸热相同，利用Q=cmΔt列等式计算酒精比热容。
【解析】
(1) 探究电流产生热量与电阻的关系时，需控制电流和通电时间相同。图甲中两电阻串联，通过的电流和通电时间均相同，符合控制变量要求；图乙中两电阻并联，电压相同，不符合，故选甲方案。
(2) 根据控制变量法，探究热量与电阻的关系时，应改变电阻阻值，控制烧瓶内液体的质量和种类相同，保证只有电阻这一变量。
(3) 由Q=cmΔt可知，当液体质量m、吸收热量Q相同时，比热容c越小，温度变化Δt越大，升温越快，实验时间越短。已知c水＞c酒精＞c煤油，故选用比热容最小的煤油。
(4) 要使两种液体相同时间内吸收的热量相同，根据焦耳定律Q=I²Rt，需电流I和时间t相同，因此两发热电阻的阻值应相同，保证单位时间内产生的热量相同。
(5) ② 酒精的沸点为78℃，若实验中酒精温度达到沸点，会持续沸腾但温度不变，无法准确测量末温，故需保证酒精温度始终低于沸点（或78℃）。
③ 相同时间内，水和酒精吸收的热量相同，即Q水=Q酒精。根据Q=cmΔt，代入数据：
c水m水Δt水 = c酒精m酒精Δt酒精
已知m水=m酒精，约去m，代入数值：
4.2×10³ J/(kg·℃) × (32℃-20℃) = c酒精 × (41℃-20℃)
解得：c酒精 = (4.2×10³ ×12)/21 = 2.4×10³ J/(kg·℃)
【答案】
(1) 甲；(2) 不同；相同；相同；(3) 煤油；(4) 相同；(5) ②沸点（或78℃）；③2.4×10³
【知识点】
焦耳定律、比热容的计算、探究电流产生热量与电阻的关系
【点评】
本题是电学与热学结合的综合实验题，重点考查控制变量法的应用、焦耳定律和热量公式的计算，实验设计思路清晰，需要学生理解实验原理，灵活运用相关公式解决问题，是初中物理的典型综合题型。
【难度系数】
0.6