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电阻
电流
控制变量
1.1
10
变大
$1.26×10^5$
210
串联
A
【分析】
1. 第(1)问：图(a)中两个电阻串联，根据串联电路特性，通过两电阻的电流和通电时间相等，唯一变量是电阻大小（5Ω和10Ω）。B管液面上升更高，说明B容器内电阻产热更多，由此可推导电流和通电时间相同时，电阻对产热的影响。
2. 第(2)问：图(b)中，右侧容器内5Ω电阻与容器外5Ω电阻并联后，再与左侧5Ω电阻串联。此时左侧电阻的电流是右侧两个并联电阻的电流之和，即左侧电流更大，且左右容器内电阻阻值、通电时间均相同。A管液面上升更高，说明左侧电阻产热更多，由此可推导电阻和通电时间相同时，电流对产热的影响。
3. 第(3)问：实验中通过控制部分变量不变，研究单一变量对产热的影响，同时用液面高度变化反映产热多少，据此确定研究方法。
【解析】
(1) 图(a)中两电阻串联，电流$I$和通电时间$t$相同，$R_{10Ω}＞R_{5Ω}$，B管液面上升更高，说明10Ω电阻产生热量更多，因此：在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，产生的热量越多。
(2) 图(b)中，右侧容器内5Ω电阻与容器外5Ω电阻并联，根据串并联电路电流规律，通过左侧5Ω电阻的电流大于右侧容器内5Ω电阻的电流，且左右容器内电阻阻值、通电时间相同，A管液面上升更高，说明左侧电阻产热更多，因此：在电阻和通电时间相同的情况下，通过导体的电流越大，产生的热量越多。
(3) 实验中控制其他变量不变，研究单一变量对产热的影响，用到控制变量法；通过液面高度变化反映产热多少，用到转换法，故用到的研究方法是控制变量法和转换法，此处填写控制变量。
【答案】
(1) 电阻
(2) 电流
(3) 控制变量
【知识点】
焦耳定律、控制变量法、转换法
【点评】
本题借助U形管液面变化直观反映电阻产热多少，考查焦耳定律的探究实验，核心是理解控制变量法和转换法的应用，以及串并联电路特性在实验中的作用。
【难度系数】
0.7
【分析】
这道题考查欧姆定律和焦耳定律的应用，解题思路如下：
1. 求通过的电流：已知电热丝的电阻和两端电压，根据欧姆定律$I = \frac{U}{R}$可直接计算电流大小；
2. 求通电时间：电热器属于纯电阻电路，电流产生的热量等于消耗的电能，可利用焦耳定律的推导公式$Q = \frac{U^2 t}{R}$，变形得到$t = \frac{QR}{U^2}$，代入数据计算出时间后，再将单位由秒转换为分钟。
【解析】
1. 计算通过的电流：
已知家庭电路电压$U = 220\ \mathrm{V}$，电热丝电阻$R = 200\ \Omega$，根据欧姆定律$I = \frac{U}{R}$，代入数据得：
$I = \frac{220\ \mathrm{V}}{200\ \Omega} = 1.1\ \mathrm{A}$
2. 计算通电时间：
已知产生的热量$Q = 1.452 × 10^5\ \mathrm{J}$，由纯电阻电路的焦耳定律推导公式$Q = \frac{U^2 t}{R}$，变形可得：
$t = \frac{QR}{U^2}$
代入数据：
$t = \frac{1.452 × 10^5\ \mathrm{J} × 200\ \Omega}{(220\ \mathrm{V})^2} = \frac{2.904 × 10^7}{48400}\ \mathrm{s} = 600\ \mathrm{s}$
因为$1\ \mathrm{min} = 60\ \mathrm{s}$，所以$600\ \mathrm{s} = \frac{600}{60}\ \mathrm{min} = 10\ \mathrm{min}$
【答案】
1.1；10
【知识点】
欧姆定律、焦耳定律（纯电阻电路）
【点评】
本题是电学基础计算题，重点考查欧姆定律和焦耳定律的公式应用，解题时需注意单位换算，将计算出的秒数转换为分钟，同时要明确纯电阻电路中电流产生的热量与消耗电能的关系，熟练运用公式变形求解未知量。
【难度系数】
0.8
【分析】
要判断修理后电热锅相同时间内放出热量的变化，需分两步分析：
1. 分析电阻的变化：电热丝剪去3cm后，剩余电热丝的材料、横截面积不变，长度变短。根据电阻的决定因素，在材料、横截面积相同时，导体长度越短，电阻越小，所以修理后电热丝的电阻R变小。
2. 分析热量的变化：电热锅是纯电阻用电器，工作时将电能全部转化为内能，放出的热量可利用公式$Q=W=\frac{U^2}{R}t$计算。家庭电路电压U不变，相同时间t内，R变小，则$\frac{U^2}{R}t$的值变大，即相同时间内放出的热量变大。
【解析】
1. 电阻变化分析：
电热丝剪去3cm后，其材料、横截面积不变，长度减小。根据电阻的影响因素，导体的电阻与长度成正比（材料、横截面积不变时），因此修理后电热丝的电阻$R_{后}＜R_{原}$。
2. 热量变化分析：
电热锅为纯电阻电路，工作时放出的热量等于消耗的电能，即$Q=W=\frac{U^2}{R}t$。
家庭电路电压U保持不变，相同时间t内，由于$R_{后}＜R_{原}$，根据公式可知，分母R减小，整个式子的值增大，所以$Q_{后}＞Q_{原}$，即相同时间内放出的热量变大。
【答案】
变大
【知识点】
电阻的影响因素、焦耳定律（纯电阻电路）
【点评】
本题考查电阻影响因素与焦耳定律的综合应用，关键是明确电热锅为纯电阻用电器，需结合电压不变的条件，选择合适的焦耳定律变形公式分析热量变化，理解导体电阻与长度的关系是解题基础。
【难度系数】
0.7
【分析】
首先，计算水吸收的热量，可利用水的吸热公式$Q_{吸}=cm\Delta t$，代入已知的质量、比热容和温度变化量求解；其次，不计热量损失时，电暖手宝消耗的电能等于水吸收的热量，结合功率公式$P=\frac{W}{t}$变形可求出加热时间；最后，双重温控保护开关需实现任意一个开关断开，电路就停止工作的保护效果，根据串并联电路的工作特点判断开关连接方式。
【解析】
1. 计算水吸收的热量：
根据吸热公式$Q_{吸}=c_{水}m\Delta t$，已知$m=0.5\ kg$，$c_{水}=4.2×10^{3}\ J/(kg·°C)$，$\Delta t = 60°C - 0°C = 60°C$，代入数据得：
$Q_{吸}=4.2×10^{3}\ J/(kg·°C)×0.5\ kg×60°C = 1.26×10^{5}\ J$
2. 计算加热时间：
不计热量损失，则$W=Q_{吸}=1.26×10^{5}\ J$，由功率公式$P=\frac{W}{t}$变形得$t=\frac{W}{P}$，已知$P=600\ W$，代入数据得：
$t=\frac{1.26×10^{5}\ J}{600\ W}=210\ s$
3. 判断温控开关的连接方式：
为实现双重保护，需保证任意一个温控开关断开时，电路都能断路，因此两个温控开关应串联在电路中，因为串联电路中各元件相互影响，只要一个开关断开，整个电路就会停止工作。
【答案】
$1.26×10^5$；210；串联
【知识点】
热量计算；电功率计算；串并联电路特点
【点评】
本题结合生活中的电热暖手宝，将热量计算、电功率计算与电路连接方式的判断相结合，体现了物理知识在生活中的实际应用，需熟练掌握相关公式和电路特性来解决问题。
【难度系数】
0.6
【分析】
本题中电源不变，即电阻丝两端的电压$ U $保持不变，且电阻丝为纯电阻，电流产生的热量等于电流所做的功，因此可选用焦耳定律的推导公式$ Q=\frac{U^2 t}{R} $来解题。
解题思路如下：
1. 首先根据第一次的已知条件（$ R_1=40\ \Omega $，$ t_1=10\ \mathrm{min} $，$ Q_1=1.5×10^3\ \mathrm{J} $），利用公式变形求出$ U^2 $的表达式；
2. 再将第二次的参数（$ R_2=10\ \Omega $，$ t_2=20\ \mathrm{min} $）代入公式，结合第一步得到的$ U^2 $计算出第二次产生的热量$ Q_2 $；也可通过比例法直接计算$ Q_2 $与$ Q_1 $的比值，简化计算过程。
【解析】
设电源电压为$ U $，由于电阻丝为纯电阻，电流产生的热量满足$ Q=\frac{U^2 t}{R} $。
1. 针对第一次实验：
已知$ R_1=40\ \Omega $，$ t_1=10\ \mathrm{min}=600\ \mathrm{s} $，$ Q_1=1.5×10^3\ \mathrm{J} $，由$ Q=\frac{U^2 t}{R} $变形得：
$ U^2=\frac{Q_1 R_1}{t_1} $
2. 针对第二次实验：
已知$ R_2=10\ \Omega $，$ t_2=20\ \mathrm{min}=1200\ \mathrm{s} $，将$ U^2=\frac{Q_1 R_1}{t_1} $代入$ Q_2=\frac{U^2 t_2}{R_2} $得：
$ Q_2=\frac{Q_1 R_1 t_2}{t_1 R_2} $
代入数值计算：
$ Q_2=\frac{1.5×10^3\ \mathrm{J}×40\ \Omega×1200\ \mathrm{s}}{600\ \mathrm{s}×10\ \Omega}=1.2×10^4\ \mathrm{J} $
【答案】
A
【知识点】
纯电阻电路电热计算、焦耳定律推导式应用
【点评】
本题核心考查纯电阻电路中焦耳定律推导公式的灵活应用，解题关键是抓住“电源电压不变”这一隐含条件，选择合适的公式（避免误用$ Q=I^2 Rt $，因两次电路电流不同），同时注意时间单位需统一为国际单位秒，计算时仔细核对数值，避免出错。
【难度系数】
0.6
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