18. 用如图所示的装置探究影响电流热效应的因素,三个相同的锥形瓶内均装有质量相等的煤油,电阻丝 $R_1$、$R_2$、$R_3$ 浸没在煤油中,其中 $R_1 = R_3 = 6\ \Omega$、$R_2 = 3\ \Omega$。记录煤油的初温 $t_0$。接通电源,同时闭合开关 $S_1$、$S_2$,记录电流 $I$、通电相同时间、煤油的末温 $t$,结果如下表所示,则 $R_1$、$R_2$ 所在锥形瓶中的煤油升温所吸收的热量之比为。
| 序号 | 电阻 | 电流 $I$/A | 初温 $t_0$/℃ | 末温 $t$/℃ |
|------|------|-----------|--------------|------------|
| ① | $R_1$ | 1.0 | 20 | 30 |
| ② | $R_2$ | 1.0 | 20 | 24 |
| ③ | $R_3$ | 1.5 | 20 | 44 |
比较①、③可知,导体产生的热量与有关;比较(选填序号)可知,导体产生的热量与电阻有关。若要探究导体产生的热量与通电时间的关系,应进行的操作是。
| 序号 | 电阻 | 电流 $I$/A | 初温 $t_0$/℃ | 末温 $t$/℃ |
|------|------|-----------|--------------|------------|
| ① | $R_1$ | 1.0 | 20 | 30 |
| ② | $R_2$ | 1.0 | 20 | 24 |
| ③ | $R_3$ | 1.5 | 20 | 44 |
比较①、③可知,导体产生的热量与有关;比较(选填序号)可知,导体产生的热量与电阻有关。若要探究导体产生的热量与通电时间的关系,应进行的操作是。
答案：5:2
电流
①与②
控制电阻和电流相同，改变通电时间，比较相同电阻所在锥形瓶中煤油升高的温度
电流
①与②
控制电阻和电流相同，改变通电时间，比较相同电阻所在锥形瓶中煤油升高的温度
解析：
【分析】
1. 首先求$R_1$、$R_2$所在锥形瓶中煤油吸热之比：煤油质量和比热容相同，根据$Q_{吸}=cm\Delta t$，吸热之比等于升高的温度之比，先计算两者的升温，再求比值。
2. 分析①、③组数据：$R_1=R_3$，电流不同，通电时间相同，煤油升温不同，说明热量与电流有关。
3. 探究热量与电阻的关系：需控制电流和通电时间相同，改变电阻，找满足条件的实验组。
4. 探究热量与通电时间的关系：需控制电阻和电流相同，改变通电时间，通过煤油升温判断热量变化。
【解析】
1. 计算吸热之比：
已知煤油质量$m$相同，比热容$c$相同，根据$Q_{吸}=cm\Delta t$，可得$\frac{Q_1}{Q_2}=\frac{cm\Delta t_1}{cm\Delta t_2}=\frac{\Delta t_1}{\Delta t_2}$。
由表格数据，$\Delta t_1=30°\mathrm{C}-20°\mathrm{C}=10°\mathrm{C}$，$\Delta t_2=24°\mathrm{C}-20°\mathrm{C}=4°\mathrm{C}$，
则$\frac{Q_1}{Q_2}=\frac{10°\mathrm{C}}{4°\mathrm{C}}=\frac{5}{2}$。
2. 分析①、③组数据：
$R_1=R_3=6\ \Omega$，通电时间相同，电流$I_1=1.0\ \mathrm{A}$，$I_3=1.5\ \mathrm{A}$，煤油升高的温度不同，说明在电阻和通电时间相同时，导体产生的热量与电流有关。
3. 探究热量与电阻的关系：
需控制电流和通电时间相同，改变电阻。①、②组数据中，电流均为$1.0\ \mathrm{A}$，通电时间相同，$R_1≠ R_2$，符合控制变量的要求，故选①与②。
4. 探究热量与通电时间的关系：
根据控制变量法，应控制电阻和电流相同，改变通电时间，比较相同电阻所在锥形瓶中煤油升高的温度，从而判断导体产生热量的多少。
【答案】
$5:2$；电流；①与②；控制电阻和电流相同，改变通电时间，比较相同电阻所在锥形瓶中煤油升高的温度
【知识点】
电流的热效应；控制变量法；焦耳定律
【点评】
本题围绕焦耳定律的探究实验展开，核心是控制变量法的应用，通过煤油升温间接反映电流产生热量的多少（转换法），需要学生熟练掌握控制变量的思路，同时结合吸热公式进行定量计算，加深对电流热效应影响因素的理解。
【难度系数】
0.6
1. 首先求$R_1$、$R_2$所在锥形瓶中煤油吸热之比：煤油质量和比热容相同，根据$Q_{吸}=cm\Delta t$，吸热之比等于升高的温度之比，先计算两者的升温，再求比值。
2. 分析①、③组数据：$R_1=R_3$，电流不同，通电时间相同，煤油升温不同，说明热量与电流有关。
3. 探究热量与电阻的关系：需控制电流和通电时间相同，改变电阻，找满足条件的实验组。
4. 探究热量与通电时间的关系：需控制电阻和电流相同，改变通电时间，通过煤油升温判断热量变化。
【解析】
1. 计算吸热之比：
已知煤油质量$m$相同，比热容$c$相同，根据$Q_{吸}=cm\Delta t$，可得$\frac{Q_1}{Q_2}=\frac{cm\Delta t_1}{cm\Delta t_2}=\frac{\Delta t_1}{\Delta t_2}$。
由表格数据，$\Delta t_1=30°\mathrm{C}-20°\mathrm{C}=10°\mathrm{C}$，$\Delta t_2=24°\mathrm{C}-20°\mathrm{C}=4°\mathrm{C}$，
则$\frac{Q_1}{Q_2}=\frac{10°\mathrm{C}}{4°\mathrm{C}}=\frac{5}{2}$。
2. 分析①、③组数据：
$R_1=R_3=6\ \Omega$，通电时间相同，电流$I_1=1.0\ \mathrm{A}$，$I_3=1.5\ \mathrm{A}$，煤油升高的温度不同，说明在电阻和通电时间相同时，导体产生的热量与电流有关。
3. 探究热量与电阻的关系：
需控制电流和通电时间相同，改变电阻。①、②组数据中，电流均为$1.0\ \mathrm{A}$，通电时间相同，$R_1≠ R_2$，符合控制变量的要求，故选①与②。
4. 探究热量与通电时间的关系：
根据控制变量法，应控制电阻和电流相同，改变通电时间，比较相同电阻所在锥形瓶中煤油升高的温度，从而判断导体产生热量的多少。
【答案】
$5:2$；电流；①与②；控制电阻和电流相同，改变通电时间，比较相同电阻所在锥形瓶中煤油升高的温度
【知识点】
电流的热效应；控制变量法；焦耳定律
【点评】
本题围绕焦耳定律的探究实验展开，核心是控制变量法的应用，通过煤油升温间接反映电流产生热量的多少（转换法），需要学生熟练掌握控制变量的思路，同时结合吸热公式进行定量计算，加深对电流热效应影响因素的理解。
【难度系数】
0.6