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22.某学习小组在老师的指导下,探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关,他们用的实验器材如图所示,两个透明容器中密封着等量空气,U形管中液面最初相平,两个密闭容器中都有一段电阻丝。
22 题图
(1)实验中通过观察U形管中液面
(2)图甲中将两段阻值不同的电阻丝串联连接,这是为了控制通电时间和
(3)将图甲中开关闭合,通电一段时间后,
(4)让两个密闭容器中电阻丝的电阻一样大,在其中一个容器的外部将一个相同阻值的电阻丝和这个容器内的电阻丝并联(如图乙所示),此时通过两容器中电阻丝的电流
22 题图
(1)实验中通过观察U形管中液面
高度差的变化
来比较电流通过导体产生热量的多少。(2)图甲中将两段阻值不同的电阻丝串联连接,这是为了控制通电时间和
电流
相等,探究的是电流产生的热量与电阻
大小的关系。(3)将图甲中开关闭合,通电一段时间后,
右
(选填“左”或“右”)侧U形管中液面高度差变化大。(4)让两个密闭容器中电阻丝的电阻一样大,在其中一个容器的外部将一个相同阻值的电阻丝和这个容器内的电阻丝并联(如图乙所示),此时通过两容器中电阻丝的电流
不相等
(选填“相等”或“不相等”),在通电时间相同的情况下,左
(选填“左”或“右”)侧U形管中液面高度差变化大,由此得到的结论是在电阻和通电时间相同的情况下,电流越大,电流通过导体产生的热量越多
。答案
22. (1)高度差的变化 (2)电流 电阻 (3)右 (4)不相等 左 在电阻和通电时间相同的情况下,电流越大,电流通过导体产生的热量越多
解析
【分析】
本题是探究电流产生热量影响因素的实验，需运用转换法和控制变量法解题：（1）利用转换法，通过U形管液面高度差间接反映电流产生的热量；（2）串联电路电流处处相等，图甲中串联电阻是为控制电流和通电时间相同，改变电阻探究热量与电阻的关系；（3）根据焦耳定律，电流和时间相同时，电阻越大产热越多；（4）图乙中右侧电阻与外部电阻并联，导致左右容器内电阻的电流不同，结合控制变量法分析电流对产热的影响。
【解析】
（1）电流产生的热量无法直接观察，实验中通过U形管中液面高度差的变化来间接比较产生热量的多少，这是转换法的应用，故填高度差的变化。
（2）串联电路各处电流相等，图甲中两段电阻丝串联，目的是控制通电时间和电流相等，而电阻阻值不同，因此探究电流产生的热量与电阻大小的关系，故依次填电流、电阻。
（3）图甲中，电流和通电时间相同，根据焦耳定律$Q=I^2Rt$，电阻越大产热越多。右侧容器内电阻为10Ω，左侧为5Ω，右侧电阻更大，产热更多，因此右侧U形管液面高度差变化大，故填右。
（4）图乙中，右侧容器外部并联了一个相同阻值的电阻，根据并联电路电流特点，右侧容器内电阻的电流小于左侧容器内电阻的电流，因此通过两容器电阻丝的电流不相等；左右容器内电阻均为5Ω、通电时间相同，左侧电流更大，产热更多，因此左侧U形管液面高度差变化大；由此得出结论：在电阻和通电时间相同的情况下，电流越大，电流通过导体产生的热量越多，故依次填不相等、左、在电阻和通电时间相同的情况下，电流越大，电流通过导体产生的热量越多。
【答案】
(1)高度差的变化 (2)电流 电阻 (3)右 (4)不相等 左 在电阻和通电时间相同的情况下,电流越大,电流通过导体产生的热量越多
【知识点】
焦耳定律、电流的热效应、控制变量法
【点评】
本题考查焦耳定律实验的探究，重点考查转换法和控制变量法的应用，需理解实验设计逻辑，明确变量控制与改变，是初中物理电学的常规基础题。
【难度系数】
0.7
本题是探究电流产生热量影响因素的实验，需运用转换法和控制变量法解题：（1）利用转换法，通过U形管液面高度差间接反映电流产生的热量；（2）串联电路电流处处相等，图甲中串联电阻是为控制电流和通电时间相同，改变电阻探究热量与电阻的关系；（3）根据焦耳定律，电流和时间相同时，电阻越大产热越多；（4）图乙中右侧电阻与外部电阻并联，导致左右容器内电阻的电流不同，结合控制变量法分析电流对产热的影响。
【解析】
（1）电流产生的热量无法直接观察，实验中通过U形管中液面高度差的变化来间接比较产生热量的多少，这是转换法的应用，故填高度差的变化。
（2）串联电路各处电流相等，图甲中两段电阻丝串联，目的是控制通电时间和电流相等，而电阻阻值不同，因此探究电流产生的热量与电阻大小的关系，故依次填电流、电阻。
（3）图甲中，电流和通电时间相同，根据焦耳定律$Q=I^2Rt$，电阻越大产热越多。右侧容器内电阻为10Ω，左侧为5Ω，右侧电阻更大，产热更多，因此右侧U形管液面高度差变化大，故填右。
（4）图乙中，右侧容器外部并联了一个相同阻值的电阻，根据并联电路电流特点，右侧容器内电阻的电流小于左侧容器内电阻的电流，因此通过两容器电阻丝的电流不相等；左右容器内电阻均为5Ω、通电时间相同，左侧电流更大，产热更多，因此左侧U形管液面高度差变化大；由此得出结论：在电阻和通电时间相同的情况下，电流越大，电流通过导体产生的热量越多，故依次填不相等、左、在电阻和通电时间相同的情况下，电流越大，电流通过导体产生的热量越多。
【答案】
(1)高度差的变化 (2)电流 电阻 (3)右 (4)不相等 左 在电阻和通电时间相同的情况下,电流越大,电流通过导体产生的热量越多
【知识点】
焦耳定律、电流的热效应、控制变量法
【点评】
本题考查焦耳定律实验的探究，重点考查转换法和控制变量法的应用，需理解实验设计逻辑，明确变量控制与改变，是初中物理电学的常规基础题。
【难度系数】
0.7
23.在“探究电流与电压关系”的实验中，图甲是某实验小组设计的电路，电源电压为3 V且保持不变。
(1)请用笔画线代替导线，在图甲中完成电路连接，要求滑片P向右滑动时，电流表的示数变大。
(2)检查无误后，闭合开关发现电流表示数几乎为零，电压表示数接近3 V，则电路故障可能是
(3)排除故障后，实验中测得五组数据，绘制出的定值电阻R的I-U图像如图乙所示。由图像可知，实验中所用定值电阻R的阻值为
(4)结合图乙分析，本实验所用滑动变阻器的最大阻值应不小于
(5)小明利用电源(电压恒定)、电流表、阻值为$R_0$的定值电阻、铭牌磨损的滑动变阻器、开关和单刀双掷开关各一个，设计了上图所示的电路，测量未知电阻$R_x$的阻值，请将实验步骤补充完整：
①开关S闭合，开关$S_1$接a时，移动滑动变阻器的滑片到某一位置，此时电流表的示数为$I_1$。
②开关S闭合，开关$S_1$接b时，滑动变阻器的滑片
③电阻$R_x=$
(1)请用笔画线代替导线，在图甲中完成电路连接，要求滑片P向右滑动时，电流表的示数变大。
(2)检查无误后，闭合开关发现电流表示数几乎为零，电压表示数接近3 V，则电路故障可能是
定值电阻R断路
。(3)排除故障后，实验中测得五组数据，绘制出的定值电阻R的I-U图像如图乙所示。由图像可知，实验中所用定值电阻R的阻值为
5
Ω。(4)结合图乙分析，本实验所用滑动变阻器的最大阻值应不小于
25
Ω。(5)小明利用电源(电压恒定)、电流表、阻值为$R_0$的定值电阻、铭牌磨损的滑动变阻器、开关和单刀双掷开关各一个，设计了上图所示的电路，测量未知电阻$R_x$的阻值，请将实验步骤补充完整：
①开关S闭合，开关$S_1$接a时，移动滑动变阻器的滑片到某一位置，此时电流表的示数为$I_1$。
②开关S闭合，开关$S_1$接b时，滑动变阻器的滑片
保持不动
(选填“移到最左端”、“移到最右端”或“保持不动”)，此时电流表的示数为$I_2$。③电阻$R_x=$
$\dfrac{(I_2-I_1)R_0}{I_1}$
(用$I_1$、$I_2$和$R_0$表示)。答案
23. (1)如答图所示
(2)定值电阻R断路 (3)5 (4)25 (5)②保持不动 ③$\dfrac{(I_2-I_1)R_0}{I_1}$解析
【分析】
本题围绕“探究电流与电压关系”实验及电阻测量展开，需分步骤思考：
1. 连接滑动变阻器时，滑片右滑电流变大，说明接入电阻变小，因此滑动变阻器需接右下接线柱，使滑片右移时接入电阻丝长度缩短；
2. 电流几乎为零说明电路断路，电压接近电源电压说明电压表串联，故障为定值电阻断路；
3. 定值电阻阻值用欧姆定律$R=\frac{U}{I}$，从I-U图像取对应U、I计算；
4. 滑动变阻器最大阻值需满足定值电阻电压最小时，滑动变阻器分压最大，结合串联规律计算；
5. 特殊方法测$R_x$时，需保持滑动变阻器阻值不变，利用两次电流差结合$R_0$推导$R_x$。
【解析】
(1) 要求滑片P向右滑动时电流变大，滑动变阻器接入电阻需减小，因此将开关右端与滑动变阻器的D接线柱相连（滑动变阻器一上一下接线，接C、D时，滑片右移电阻变小），完成电路连接（如答图所示）。
(2) 电流表示数几乎为零，表明电路断路；电压表示数接近电源电压，说明电压表两端与电源连通，故故障为定值电阻R断路。
(3) 根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$，从图乙取$U=2.5V$时，$I=0.5A$，代入得$R=\frac{2.5V}{0.5A}=5Ω$。
(4) 当定值电阻两端电压最小为$0.5V$时，滑动变阻器两端电压$U_滑=3V-0.5V=2.5V$，此时电流$I=0.1A$，滑动变阻器最大阻值$R_滑=\frac{U_滑}{I}=\frac{2.5V}{0.1A}=25Ω$，故滑动变阻器最大阻值应不小于$25Ω$。
(5) ② 开关$S_1$接b时，需保持滑动变阻器滑片不动，保证两次电路中滑动变阻器阻值相同；
③ 设电源电压为$U$，滑动变阻器阻值为$R_滑$，当$S_1$接a时，总电流$I_1=\frac{U}{R_滑 + \frac{R_xR_0}{R_x+R_0}}$；当$S_1$接b时，总电流$I_2=\frac{U}{R_滑 + R_x}$，联立两式消去$U$和$R_滑$，解得$R_x=\frac{(I_2-I_1)R_0}{I_1}$。
【答案】
(1) 如答图所示
(2) 定值电阻R断路
(3) 5
(4) 25
(5) ②保持不动；③$\dfrac{(I_2-I_1)R_0}{I_1}$
【知识点】
欧姆定律、电路故障分析、电阻的测量
【点评】
本题综合考查电学实验核心内容，涵盖电路连接、故障判断、电阻计算及特殊方法测电阻，需熟练运用欧姆定律和串并联电路规律，是电学实验的典型题型。
【难度系数】
0.6
本题围绕“探究电流与电压关系”实验及电阻测量展开，需分步骤思考：
1. 连接滑动变阻器时，滑片右滑电流变大，说明接入电阻变小，因此滑动变阻器需接右下接线柱，使滑片右移时接入电阻丝长度缩短；
2. 电流几乎为零说明电路断路，电压接近电源电压说明电压表串联，故障为定值电阻断路；
3. 定值电阻阻值用欧姆定律$R=\frac{U}{I}$，从I-U图像取对应U、I计算；
4. 滑动变阻器最大阻值需满足定值电阻电压最小时，滑动变阻器分压最大，结合串联规律计算；
5. 特殊方法测$R_x$时，需保持滑动变阻器阻值不变，利用两次电流差结合$R_0$推导$R_x$。
【解析】
(1) 要求滑片P向右滑动时电流变大，滑动变阻器接入电阻需减小，因此将开关右端与滑动变阻器的D接线柱相连（滑动变阻器一上一下接线，接C、D时，滑片右移电阻变小），完成电路连接（如答图所示）。
(2) 电流表示数几乎为零，表明电路断路；电压表示数接近电源电压，说明电压表两端与电源连通，故故障为定值电阻R断路。
(3) 根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$，从图乙取$U=2.5V$时，$I=0.5A$，代入得$R=\frac{2.5V}{0.5A}=5Ω$。
(4) 当定值电阻两端电压最小为$0.5V$时，滑动变阻器两端电压$U_滑=3V-0.5V=2.5V$，此时电流$I=0.1A$，滑动变阻器最大阻值$R_滑=\frac{U_滑}{I}=\frac{2.5V}{0.1A}=25Ω$，故滑动变阻器最大阻值应不小于$25Ω$。
(5) ② 开关$S_1$接b时，需保持滑动变阻器滑片不动，保证两次电路中滑动变阻器阻值相同；
③ 设电源电压为$U$，滑动变阻器阻值为$R_滑$，当$S_1$接a时，总电流$I_1=\frac{U}{R_滑 + \frac{R_xR_0}{R_x+R_0}}$；当$S_1$接b时，总电流$I_2=\frac{U}{R_滑 + R_x}$，联立两式消去$U$和$R_滑$，解得$R_x=\frac{(I_2-I_1)R_0}{I_1}$。
【答案】
(1) 如答图所示
(2) 定值电阻R断路
(3) 5
(4) 25
(5) ②保持不动；③$\dfrac{(I_2-I_1)R_0}{I_1}$
【知识点】
欧姆定律、电路故障分析、电阻的测量
【点评】
本题综合考查电学实验核心内容，涵盖电路连接、故障判断、电阻计算及特殊方法测电阻，需熟练运用欧姆定律和串并联电路规律，是电学实验的典型题型。
【难度系数】
0.6
