15. 某物理兴趣小组选择阻值不变的电阻丝，来探究电流通过电阻丝产生的热量(简称电热)与通电时间、电流、电阻的关系。
(1)为探究电热与通电时间、电流的关系，在锥形瓶内装入适量煤油，设计电路如图(a)所示，开关闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于
(a)
(b)
① 闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片P，直至电流表示数为$0.5\mathrm{A}$，通电$5\mathrm{min}$，温度计的示数升高了$5°\mathrm{C}$。
② 保持滑动变阻器滑片P的位置不变，通电$10\mathrm{min}$，温度计的示数升高了$9°\mathrm{C}$。对比步骤①②可得结论：
③ 向
④ 该实验只能得到定性结论，主要原因是
(2)为探究电热与电阻的关系，并测出标签污损的电阻丝$R_2$的阻值，在两个相同的锥形瓶内装入等量的煤油，设计如图(b)所示电路。开关闭合后，电压表有示数，但电流表无示数，电路故障可能是
(c)
(3)请分析“电炉工作时，电炉丝发热明显，而与电炉丝相连的导线发热不明显”：电炉丝的电流
(1)为探究电热与通电时间、电流的关系，在锥形瓶内装入适量煤油，设计电路如图(a)所示，开关闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于
右
(左/右)端。(a)
(b)
① 闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片P，直至电流表示数为$0.5\mathrm{A}$，通电$5\mathrm{min}$，温度计的示数升高了$5°\mathrm{C}$。
② 保持滑动变阻器滑片P的位置不变，通电$10\mathrm{min}$，温度计的示数升高了$9°\mathrm{C}$。对比步骤①②可得结论：
电流不变，电阻不变，通电时间越长，电热越大
。③ 向
左
移动滑动变阻器的滑片P，直至电流表示数为$1\mathrm{A}$，通电$10\mathrm{min}$，温度计的示数升高了$33°\mathrm{C}$。对比步骤③④可得结论：电阻不变，通电时间不变，电流越大，电热越大
。④ 该实验只能得到定性结论，主要原因是
不能准确测量出电阻丝放出多少热量
。(2)为探究电热与电阻的关系，并测出标签污损的电阻丝$R_2$的阻值，在两个相同的锥形瓶内装入等量的煤油，设计如图(b)所示电路。开关闭合后，电压表有示数，但电流表无示数，电路故障可能是
$R_{2}$断路
。排除故障后，调节滑动变阻器的滑片P得到电表示数如图(c)所示，则电压表示数为8
$\mathrm{V}$，电流表示数为0.5
$\mathrm{A}$，$R_2$阻值为16
$\Omega$。一段时间后，观察到电阻丝$R_{2}$
所在锥形瓶中的温度计示数升高得比较多。(c)
(3)请分析“电炉工作时，电炉丝发热明显，而与电炉丝相连的导线发热不明显”：电炉丝的电流
等于
导线的电流，电炉丝的电阻大于
导线的电阻。答案：右
电流不变，电阻不变，通电时间越长，电热越大
左
电阻不变，通电时间不变，电流越大，电热越大
不能准确测量出电阻丝放出多少热量
$R_2$断路
8
0.5
16
$R_2$
等于
大于
电流不变，电阻不变，通电时间越长，电热越大
左
电阻不变，通电时间不变，电流越大，电热越大
不能准确测量出电阻丝放出多少热量
$R_2$断路
8
0.5
16
$R_2$
等于
大于
解析：
【分析】
(1)开关闭合前，滑动变阻器需调到最大阻值处保护电路，由图(a)可知滑片在右端时接入电阻最大；对比步骤①②，电流和电阻相同，通电时间不同，温度计升高温度不同，可分析电热与通电时间的关系；要增大电流，需减小滑动变阻器接入电阻，故滑片向左移动；实验通过温度计示数变化反映电热多少，无法精确测量电阻丝放出的热量，只能定性分析。
(2)电压表有示数、电流表无示数，说明电压表所测的$R_2$断路；根据电表量程和分度值读出示数，利用欧姆定律计算$R_2$阻值；串联电路电流相同，电阻越大产生热量越多，$R_2$阻值大，其所在瓶温度升高更多。
(3)电炉丝与导线串联，电流相等，电炉丝电阻远大于导线电阻，根据焦耳定律可知电炉丝发热更明显。
【解析】
(1)开关闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于右端，此时滑动变阻器接入电路的电阻最大，能起到保护电路的作用。
② 步骤①②中，电流和电阻均保持不变，通电时间越长，温度计示数升高的度数越多，说明电流通过电阻产生的热量越多，因此结论为：在电流和电阻一定时，通电时间越长，电流通过电阻产生的热量越多。
③ 要使电流从$0.5\mathrm{A}$增大到$1\mathrm{A}$，需减小滑动变阻器接入电路的电阻，故应向左移动滑片P；步骤③与②相比，电阻和通电时间不变，电流更大，温度计示数升高更多，结论为：在电阻和通电时间一定时，电流越大，电流通过电阻产生的热量越多。
④ 该实验通过温度计示数的变化来间接反映电阻丝产生热量的多少，无法准确测量出电阻丝放出的具体热量，因此只能得到定性结论。
(2)开关闭合后，电压表有示数但电流表无示数，说明电路故障是$R_2$断路（此时电压表串联在电路中，测量电源电压，有示数，电路中无电流，电流表无示数）；由图(c)可知，电压表选用$0∼15\mathrm{V}$量程，分度值为$0.5\mathrm{V}$，示数为$8\mathrm{V}$；电流表选用$0∼0.6\mathrm{A}$量程，分度值为$0.02\mathrm{A}$，示数为$0.5\mathrm{A}$；根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$，可得$R_2=\frac{8\mathrm{V}}{0.5\mathrm{A}}=16\Omega$；两电阻串联，电流和通电时间相同，$R_2$阻值更大，根据$Q=I^2Rt$，$R_2$产生的热量更多，故电阻丝$R_2$所在锥形瓶中的温度计示数升高得比较多。
(3)电炉丝与导线串联，根据串联电路的电流特点，电炉丝的电流等于导线的电流；电炉丝的电阻大于导线的电阻，根据$Q=I^2Rt$，在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多，所以电炉丝发热明显，而导线发热不明显。
【答案】
(1) 右；② 在电流和电阻一定时，通电时间越长，电流通过电阻产生的热量越多；③ 左；在电阻和通电时间一定时，电流越大，电流通过电阻产生的热量越多；④ 不能准确测量出电阻丝放出多少热量
(2) $R_2$断路；8；0.5；16；$R_2$
(3) 等于；大于
【知识点】
焦耳定律的探究实验；滑动变阻器的使用；欧姆定律的应用
【点评】
本题综合考查了焦耳定律的探究实验，涉及滑动变阻器的使用、电路故障分析、电表读数、欧姆定律计算及焦耳定律的应用，需熟练运用控制变量法和转换法，对实验原理和规律的理解要求较高。
【难度系数】
0.6
(1)开关闭合前，滑动变阻器需调到最大阻值处保护电路，由图(a)可知滑片在右端时接入电阻最大；对比步骤①②，电流和电阻相同，通电时间不同，温度计升高温度不同，可分析电热与通电时间的关系；要增大电流，需减小滑动变阻器接入电阻，故滑片向左移动；实验通过温度计示数变化反映电热多少，无法精确测量电阻丝放出的热量，只能定性分析。
(2)电压表有示数、电流表无示数，说明电压表所测的$R_2$断路；根据电表量程和分度值读出示数，利用欧姆定律计算$R_2$阻值；串联电路电流相同，电阻越大产生热量越多，$R_2$阻值大，其所在瓶温度升高更多。
(3)电炉丝与导线串联，电流相等，电炉丝电阻远大于导线电阻，根据焦耳定律可知电炉丝发热更明显。
【解析】
(1)开关闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于右端，此时滑动变阻器接入电路的电阻最大，能起到保护电路的作用。
② 步骤①②中，电流和电阻均保持不变，通电时间越长，温度计示数升高的度数越多，说明电流通过电阻产生的热量越多，因此结论为：在电流和电阻一定时，通电时间越长，电流通过电阻产生的热量越多。
③ 要使电流从$0.5\mathrm{A}$增大到$1\mathrm{A}$，需减小滑动变阻器接入电路的电阻，故应向左移动滑片P；步骤③与②相比，电阻和通电时间不变，电流更大，温度计示数升高更多，结论为：在电阻和通电时间一定时，电流越大，电流通过电阻产生的热量越多。
④ 该实验通过温度计示数的变化来间接反映电阻丝产生热量的多少，无法准确测量出电阻丝放出的具体热量，因此只能得到定性结论。
(2)开关闭合后，电压表有示数但电流表无示数，说明电路故障是$R_2$断路（此时电压表串联在电路中，测量电源电压，有示数，电路中无电流，电流表无示数）；由图(c)可知，电压表选用$0∼15\mathrm{V}$量程，分度值为$0.5\mathrm{V}$，示数为$8\mathrm{V}$；电流表选用$0∼0.6\mathrm{A}$量程，分度值为$0.02\mathrm{A}$，示数为$0.5\mathrm{A}$；根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$，可得$R_2=\frac{8\mathrm{V}}{0.5\mathrm{A}}=16\Omega$；两电阻串联，电流和通电时间相同，$R_2$阻值更大，根据$Q=I^2Rt$，$R_2$产生的热量更多，故电阻丝$R_2$所在锥形瓶中的温度计示数升高得比较多。
(3)电炉丝与导线串联，根据串联电路的电流特点，电炉丝的电流等于导线的电流；电炉丝的电阻大于导线的电阻，根据$Q=I^2Rt$，在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多，所以电炉丝发热明显，而导线发热不明显。
【答案】
(1) 右；② 在电流和电阻一定时，通电时间越长，电流通过电阻产生的热量越多；③ 左；在电阻和通电时间一定时，电流越大，电流通过电阻产生的热量越多；④ 不能准确测量出电阻丝放出多少热量
(2) $R_2$断路；8；0.5；16；$R_2$
(3) 等于；大于
【知识点】
焦耳定律的探究实验；滑动变阻器的使用；欧姆定律的应用
【点评】
本题综合考查了焦耳定律的探究实验，涉及滑动变阻器的使用、电路故障分析、电表读数、欧姆定律计算及焦耳定律的应用，需熟练运用控制变量法和转换法，对实验原理和规律的理解要求较高。
【难度系数】
0.6