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/ 让教学更有效 精品试卷 | 二轮专题复习
专题19焦耳定律
一、基本概念
电流的热效应
电流通过导体时，电能转化为内能，使导体发热的现象。
利用：电热器（电饭锅、电烙铁、电热水器、电炉）
防止电热危害：电脑散热风扇、电视机散热孔、导线加粗散热
焦耳定律定义
定量探究电流通过导体产生热量多少的规律。
二、焦耳定律核心内容
内容
电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
公式（必考）
：电热，单位：焦耳J
：电流，单位：安培A
：电阻，单位：欧姆（）
：通电时间，单位：秒s
适用范围
一切电路（纯电阻电路、非纯电阻电路）都适用，是计算电热的通用公式。
三、纯电阻电路 & 非纯电阻电路（高频考点）
1. 纯电阻电路
特点：电能全部转化为内能
例子：电炉、电饭煲、白炽灯、电阻丝
电热与电能关系：
推导公式（可直接用）：
2. 非纯电阻电路
特点：电能主要转化为其他形式能，少部分转化为内能
例子：电动机、电风扇、洗衣机、充电器
电热与电能关系：
总电能：
产生热量：只能用
输出机械能：
四、探究焦耳定律实验（实验题高频）
1. 实验原理
利用转换法：通过U形管液面高度差/温度计示数变化/煤油升高温度，反映导体产生热量的多少。
2. 实验方法
控制变量法
探究与的关系：控制电流、时间相同，串联不同电阻
探究与的关系：控制电阻、时间相同，改变电流大小
探究与的关系：控制电流、电阻相同，改变通电时间
3. 实验结论
电流、通电时间相同时，电阻越大，产生热量越多；
电阻、通电时间相同时，电流越大，产生热量越多；
电流、电阻相同时，通电时间越长，产生热量越多。
4. 实验选材注意
选用煤油而非水：煤油比热容小，升温明显，实验现象更易观察。
五、公式选用技巧（计算题必背）
求电热，万能公式：（任何电路）
纯电阻求电热：
非纯电阻
总电功：
发热：
机械功：
六、常考生活现象解释
电炉丝很热，导线几乎不热：
电炉丝与导线串联，电流相同，电炉丝电阻大，由，相同时间电阻大产生热量多。
大功率用电器导线更粗：
导线越粗电阻越小，减少电流产生的热量，防止火灾。
电风扇长时间使用外壳发热：
电流通过电机线圈有电阻，电流热效应产生热量。
七、易错点汇总
混淆电功和电热：只有纯电阻电路，电动机不能混用；
时间单位必须换算成秒，不能用分钟、小时；
串联比较热量：电阻越大，发热越多；
并联比较热量：电阻越小，发热越多（）；
焦耳定律实验中，串联控制电流相等，是常考填空考点。
习题巩固
一．选择题（共20小题）
1．甲、乙、丙、丁四个相同容器里装有质量和初温相同的水，每个容器放入加热电阻丝，其电阻大小和连接方式如图所示，若同时通电，经过一段时间后这四个容器中的水温从高到低的顺序是（　　）
A．甲、乙、丙、丁 B．丙、丁、乙、甲
C．甲、乙、丁、丙 D．丙、乙、丁、甲
2．将规格都是“220V，500W”的电动机、电暖器各一个并联在220V的电路中，正常工作相同时间，下列说法正确的是（　　）
A．两个用电器产生的热量一样多
B．两个用电器消耗电能一样快
C．电暖器内部的电流更大
D．电动机消耗的电能更多
3．如图是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验，下列说法正确的是（　　）
A．甲实验中两个电阻串联在同一个电路中只是为了保证流过两个电阻的电流相等
B．乙实验不可以用来研究电流通过导体产生的热量与通电时间的关系
C．将乙图中右侧容器外接电阻换大一些，则右侧U形管高度差变化会更明显
D．乙实验通电一段时间后，左右两侧容器内空气的温度之比约为4：1
4．两根电热丝R1、R2分别串联、并联在同一电源中，保持电源电压不变，且R1＝2R2。在室温下烧开同量的一壶水，不计热量损失，则所需的时间之比为（　　）
A．9：2 B．2：9 C．3：2 D．2：3
5．用“电池+口香糖锡纸”能应急取火：将包裹口香糖的锡纸撕成一条中间窄、两头宽的纸带如图甲，将其涂有锡的一面与电池的正、负极相连，如图乙锡纸很快就冒烟燃烧起来。下列说法正确的是（　　）
A．用普通纸代替铝箔纸也能完成实验
B．锡纸中电子定向移动的方向是从电源负极流向电源正极
C．实验中发现铝箔纸较细的部位先燃烧，是因为该处的电流大
D．实验时使用两节干电池串联的目的是减小铝箔纸两端的电压
6．同学们在学习电功率知识时，调研了一些家用电器。他们发现其中一台电风扇、一台电脑和一只电烙铁的规格都是“220V 120W”，当三个用电器都正常工作时，电烙铁比另外两个用电器发热更明显。这是因为它们正常工作相同时间内，电烙铁（　　）
A．消耗的电能最多 B．消耗的电能最快
C．产生的热量最多 D．两端实际电压最大
7．如图是探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气，下列说法正确的是（　　）
A．甲图通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差比右侧的大
B．乙图实验装置是为了探究电流产生的热量与电阻大小的关系
C．乙图中左右两容器中电阻丝产生的热量之比是4：1
D．将乙图右侧密闭容器中的5Ω电阻换成10Ω，即可探究电流产生的热量与电阻的关系
8．如图甲所示的电路中，电源电压U保持不变，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。闭合开关S，将滑动变阻器滑片P从最右端移动到最左端，其消耗的电功率与电流关系的图像如图乙所示，以下正确的是（　　）
A．滑动变阻器R的最大阻值40Ω
B．电源电压U的大小6V
C．R0的阻值20Ω
D．当滑片P置于中点，在5s内电阻R0上所产生的焦耳热18J
9．如图甲所示，电源电压不变，将小灯泡L和电阻R接入电路中，图乙是小灯泡L和电阻R的I﹣U图像。只闭合开关S1时，小灯泡L的实际功率为1W。下列说法正确的是（　　）
A．电源电压为4V
B．只闭合开关S1时，小灯泡L的电阻为8Ω
C．当S1和S2均闭合时，电路的总功率是1.5W
D．当S1和S2均闭合时，电阻R在2min内产生的热量是48J
10．如图，电源电压保持不变，电阻R1的阻值为20Ω，闭合开关S，电流表A1的示数为0.3A，电流表A2的示数为0.2A，电路通电时间为2min。下列说法中正确的是（　　）
A．电源电压为4V
B．电阻R2的阻值为20Ω
C．电路的总功率为2W
D．这段时间电流通过电阻R2产生的热量为144J
11．如图甲所示，规格相同的烧杯中装了相同质量、相同初温的水，将阻值不同的两根电阻丝R1和R2与电源、开关连接成闭合电路，经过实验得到图乙所示的水温与加热时间的图线。若忽略水的蒸发和热量散失，则下列选项正确的是（　　）
A．R1：R2＝2：3
B．R1：R2＝3：2
C．加热相同时间，两杯水吸收的热量相同
D．升高相同的温度，两杯水吸收的热量不同
12．如图所示，两段长度和材料相同、各自粗细均匀的金属导体a、b，单位体积内的自由电子数相等，横截面积之比Sa：Sb＝2：1，已知流经导体a的电流为0.16A，电子的电荷量e＝1.6×10﹣19C，下列说法正确的是（　　）
A．5s内有5×1018个自由电子通过导体a的横截面
B．a、b的电阻之比Ra：Rb＝1：4
C．自由电子在导体a和b中的定向移动速率之比va：vb＝2：1
D．相同时间内导体a和b产生的焦耳热之比Qa：Qb＝4：1
13．甲、乙两电热丝的电阻之比为4：3，通过的电流之比为1：2，则相同时间内产生的热量之比为（　　）
A．1：3 B．3：1 C．2：3 D．3：2
14．电炉丝坏了，去掉后仍接在原电源上，在相同时间内产生的热量与原来之比为（　　）
A．4：3 B．3：4 C．4：1 D．1：4
15．将规格都是“220V 200W”的电风扇、电视机和电烙铁，分别接入家庭电路中，通电时间相同，下列有关电流通过它们谁产生热量最多的说法中，正确的是（　　）
A．电烙铁 B．电视机 C．电风扇 D．三者一样多
16．下列情况中，属于防止电热危害的是（　　）
A．用电熨斗熨烫衣服 B．用电饭锅煮饭
C．冬天用电暖气取暖 D．电脑机箱内有小风扇
17．爱心团队去养老院送电暖气，电暖气有低、中、高三挡，已知R1＝55Ω，R2＝44Ω，以下说法正确的是（　　）
品牌 型号 HY2215﹣11E
额定电压 220V 挡位 3挡
额定功率 低温880W 中温1100W 高温1980W
A．使用“低温挡”只需要闭合S2
B．使用“高温挡”只需要闭合 S1
C．闭合S1、S2时，通过R1、R2的电流之比为5：4
D．中温挡正常工作1分钟，产生的热量为6.6×104J
18．某型号的电热毯有高温和低温两个挡，其内部电路原理图如图所示。其主要参数如表所示，R1、R2为加热电阻，下列说法中正确的是（　　）
额定电压 220V
高温发热功率 132W
低温发热功率 44W
交流频率 50Hz
A．当开关S、S1都闭合时是低温挡
B．电阻R1的电阻为110Ω
C．该型号电热毯高温挡正常工作1min产生的热量为132J
D．该型号电热毯用高温挡加热，当实际电压为110V时，其实际发热功率为33W
19．加在某电动机上的电压是U，电动机消耗的电功率为P，电动机线圈的电阻为r，则电动机的输出机械功率为（　　）
A．P B．P C． D．
20．如图所示是“脱兔牌”直流电动机提升重物的示意图。已知电动机的线圈电阻为1.5Ω，电动机正常工作时，通过线圈的电流为2A；重物质量为540g，以10m/s匀速上升。不计绳重和一切摩擦，g取10N/kg，试求在重物上升20s的过程中（　　）
A．电流通过线圈产生的热量140J
B．电动机做的有用功为1000J
C．电动机的工作效率为90%
D．电压表的示数为20V
二．填空题（共12小题）
21．如图所示是一款3D打印笔。使用时，在打印笔中装入胶条，接通电源加热，过一会儿会闻到熔胶的气味，这是　 　 现象，继续加热一段时间后即可挤出热熔的胶条，这是利用电流的　 　 效应。胶条被挤出后“粘”在一起，在空气中再迅速冷却变成特定的形态，完成3D打印。
22．如图所示为“探究电流通过导体产生的热量跟 　 　 的关系”的实验装置。实验过程中用U形管内的 　 　 反映电流通过导体产生热量的多少。通电一段时间后，　 　 （选填“左侧”或“右侧”）容器的液面上升较高。
23．请完成下列实验填空。
（1）如图甲，电阻箱的阻值读数是　 　 Ω。
（2）如图乙，要求顺时针旋动电位器滑片时电阻变大，应该接电位器接线柱　 　 （a、b、c）两个接线柱。
（3）想探究不同物质吸热升温的属性，于是他设计如图丙所示的实验装置：沙子和水吸热的多少是通过　 　 来反映的（选填“温度计示数”或“加热时间”）。
（4）如图丁装置是探究电流通过导体产生的热量与电流的关系，实验过程中右边透明容器中电阻丝阻值应该等于　 　 Ω。
24．如图所示，电源电压保持不变，R1、R2均为定值电阻，其中R1＝10Ω。闭合开关S，电流表的示数为0.20A，通电10s整个电路共产生6J的热量。若将R1、R2串联在同一电路中，R1、R2两端电压之比为 　 　 。
25．玩具电动车工作时主要将电能转化为 　 　 能；该玩具电动车工作时，电动机两端的电压为3V，通过线圈的电流为2A，线圈的电阻为0.5Ω，则通电100s消耗的电能为 　 　 J，线圈产生的热量是 　 　 J。
26．电阻R1、R2的阻值之比为2：1，如图所示，当开关S闭合时，电阻R1与R2两端的电压之比为　 　 ，相同时间内两电阻产生的热量之比　 　
27．如图所示当开关S闭合甲、乙两表均为电压表时，两表示数比U甲：U乙＝3：1，则电阻R1：R2＝　 　 ；当开关S断开，甲、乙两表均为电流表时，两表示数之比I甲：I乙＝　 　 ，相同时间内R1、R2产生的热量之比Q1：Q2＝　 　 。
28．标有“220V 60W”的电风扇和标有“220V 60W”的电热水壶并联在家庭电路中，相同时间内电风扇消耗的电能 　 　 电热水壶消耗的电能；相同时间内电风扇产生的热量 　 　 电热水壶产生的热量。（均选填“大于”、“小于”或“等于”）
29．电暖气、电烙铁、电热毯等主要是 　 　 （选填“利用”或“防止”）电流热效应工作的；计算机内的小风扇主要是 　 　 （选填“利用”或“防止”）电流热效应带来的危害。
30．小丽家有一台具有“低温”“中温”和“高温”三个挡位的电加热器，其简化电路图如图所示，电源电压恒为220V，R1、R2是电热丝，开关S同时接触相邻的两个触点。R1＝242Ω，R2的阻值为R1阻值的一半。转动开关S，使其与“1”“2”两个触点接触时，为 　 　 （选填“低温”“中温”或“高温”）挡，在此挡位通电10min，可使500g牛奶的温度升高48℃，此过程产生的热量是 　 　 J，加热效率为 　 　 。[c牛奶＝2.5×103J/（kg ℃）]
31．某家用电热壶有“加热”和“保温”两个挡位，其简化电路如图所示，R1、R2是电热丝，R1＝1050Ω，R2＝50Ω。开关S接“1”时，电热壶为 　 　 挡位，此时电热壶的功率为 　 　 W。开关S接“2”时，通电1min，电流通过R2产生的热量为 　 　 J。
32．（1）如图所示，电源两端的电压保持不变。闭合开关后，小明发现L1比L2亮，则L1两端的电压 　 　 （选填“大于”“等于”或“小于”）L2两端的电压；若灯泡L1在实验过程中忽然烧坏，则电流表A1示数 　 　 ，L2两端的电压 　 　 ，电流表A2示数 　 　 （后三空均选填“变大”“变小”或“不变”）。
（2）某直流电动机额定电压为220V，其线圈电阻为1Ω，正常工作时通过线圈的电流为20A，若电动机连续正常工作10min，则该过程：电动机的额定功率是 　 　 kW；电动机工作时因发热损失的电能为 　 　 J；电动机的效率为 　 　 %（答案保留一位小数）；电动机获得的机械能是 　 　 J。
三．实验探究题（共4小题）
33．如图甲是某品牌家用电吹风，其电路如图乙所示，R1、R2为电阻丝，M为电动机。通过调节开关，可使电吹风分别处于“停止”“冷风”“暖风”或“热风”四种状态。
（1）要使电吹风正常工作，图甲中的A处应安装 　 　 ，B处应安装 　 　 。（选填“电动机”或“电阻丝”）
（2）如图乙，要使电吹风处于“冷风”状态，应闭合开关 　 　 ，要使电吹风处于“暖风”状态，应闭合开关 　 　 。
（3）已知电吹风处于“暖风”状态时，从出风口吹出的空气温度升高了20℃；处于“热风”状态时，从出风口吹出的空气温度升高了30℃。假设这两种状态下的热效率相同，相同时间内吹出的空气质量相同，则R1：R2＝　 　 。
（4）电吹风用了几年后，由于电阻丝的升华，实际发热功率会 　 　 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。
34．甲、乙两图为“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”实验的部分装置图，两个相同的透明容器中封闭着等质量的空气。
（1）甲、乙实验中，通过观察U形管中液面的　 　 来反映电阻产生热量的多少；
（2）探究“电流通过导体时产生的热量与电流的关系”时，应选择　 　 （选填“甲”或“乙”）图装置进行实验。通过观察实验现象，可以得到的实验结论是：当电阻和通电时间相同时，电流越　 　 （选填“大”或“小”），电流通过导体时产生的热量越多；
（3）通电一段时间后图乙的容器中左、右两个电阻产生热量的比值Q左：Q右＝　 　 ；
（4）图乙中，若接通电路一段时间后，两侧U形管内液面高度差相同，发现是由于电路故障引起的，则故障可能是　 　 ；
A．R2电阻丝断路
B．R3电阻丝断路
C．R3电阻丝短路
（5）生活中电炉子的电炉丝热得发红时，与之连接的导线却不怎么热，此问题可以用　 　 （选填“甲”或“乙”）图的结论来解释；
（6）小南组的实验装置为图丙。该装置烧瓶中用煤油而不用水是因为煤油的比热容较　 　 （选填“大”或“小”），在吸收相同热量时，温度变化较大，实验现象明显。
35．小明知道电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间有关。为了探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系”，实验装置如图所示，三个相同的烧瓶内装有质量相等的煤油。温度计和电阻丝通过胶塞固定在烧瓶中。
（1）组装器材时，将三个烧瓶里的电阻丝串联在电路中，是为了 　 　 。
（2）用煤油做实验而没有用等质量的水做实验，是因为煤油的比热容比水小，吸收相同的热量，煤油的 　 　 变化明显。
（3）三个烧瓶中煤油的初温相同，电阻丝的阻值关系为R甲＜R乙＜R丙。闭合开关，通电一段时间后，发现三个烧瓶中温度计示数分别为t甲、t乙和t丙，且t甲＜t乙＜t丙。则可得出的探究结论是：　 　 。
（4）同班的小强同学用如图丁所示的装置也探究了“电流通过导体产生热量的多少跟什么因素有关”的实验装置，将二段电阻丝a、b分别密封在完全相同的盒子内，盒内封闭一定量的空气，图中5Ω的电阻c在盒外与盒内电阻并联，盒内封闭一定量的空气的优点是 　 　 ，便于实验观察，在实验中电流通过电阻时产生热量的多少是通过观察U形管中液面的高度差来比较的。小强利用图丁探究电流产生的热量与 　 　 的关系中，观察到左侧U形管中液面很快出现高度差，右侧U形管中液面高度差几乎为零，原因可能是电阻丝 　 　 断路。（选填“a”“b”或“c”）
（5）图丁中右侧盒外连接5Ω的电阻，它的作用是 　 　 。（选填“分压”或“分流”）
36．探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”实验装置如图，两个相同的透明容器中密封着等量空气。
（1）实验中，通过观察　 　 来反映电阻产生热量的多少，这种研究方法是　 　 法；
（2）探究电流产生的热量与电流的关系时，应选择　 　 （填“甲”或“乙”）图装置进行实验。乙装置通电一段时间后，　 　 （填“左”或“右”）侧容器U形管液面较高，这表明　 　 。
（3）本实验中，瓶内选择装　 　 （选填“煤油”或“水”），优点是　 　 。
四．计算题（共4小题）
37．如表是某种家用电暖器的铭牌。求这种电暖器：
（1）正常工作时的电流；
（2）正常工作时内部电热丝的电阻；
（3）在额定电压下工作10min产生的热量。
XX牌电暖器
额定电压 220V
额定频率 50Hz
额定功率 1100W
38．具有防雾、除露、化霜功能的汽车智能后视镜能保障行车安全，车主可通过旋钮开关实现功能切换，防雾、除露、化霜所需加热功率依次增大，如图是简化后的后视镜加热电路，四个发热电阻的阻值均为10Ω，当开关旋至“1”挡时，电路中的电流为0.5A。（忽略温度对电阻阻值的影响）求：
（1）电源电压；
（2）后视镜处于除露功能的电功率；
（3）后视镜玻璃的质量约为40g，玻璃的比热容为0.75×103J/（kg ℃），当开启化霜功能时，加热效率为50%，为使后视镜玻璃温度升高10℃，需加热多长时间？
39．如图所示的电路中，电源电压保持不变，定值电阻R1＝30Ω，只闭合开关S1，电流表的示数为0.2A；再闭合开关S2，电流表的示数为0.5A。求：
（1）定值电阻R2的阻值；
（2）当开关S1、S2均闭合时，通电10min定值电阻R2产生的热量。
40．孝顺的小明用2024年春节收到的压岁钱给姥爷买了一款足浴盆，如图所示，这款足浴盆有加热和按摩两种功能。已知电动机M的额定功率为22W，线圈电阻为2Ω，加热电阻正常工作时的电功率为800W，电压220V恒定不变。
（1）在足浴盆中加入质量为4kg、初温20℃的水，只闭合开关S2启动加热功能，使水温升高至40℃，水吸收多少热量？[]
（2）若不计热损失，需要加热多长时间？
（3）断开开关S2，闭合S1启动按摩功能时，按摩10min电动机线圈产生的热量是多少？
专题19焦耳定律
参考答案与试题解析
一．选择题（共20小题）
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
答案 B B C A B C C D D D B
题号 12 13 14 15 16 17 18 19 20
答案 A A A A D D D B C
一．选择题（共20小题）
1．甲、乙、丙、丁四个相同容器里装有质量和初温相同的水，每个容器放入加热电阻丝，其电阻大小和连接方式如图所示，若同时通电，经过一段时间后这四个容器中的水温从高到低的顺序是（　　）
A．甲、乙、丙、丁 B．丙、丁、乙、甲
C．甲、乙、丁、丙 D．丙、乙、丁、甲
【分析】左图中，R与2R串联在电源电压为U＝10V的电路中，根据串联分压原理可知，在纯电阻电路中Q＝W，分别写出甲乙热量的表达式；
右图中，R与2R并联在电源电压为U＝10V的电路中，根据并联电路特点可知，各支路两端的电压都等于电源电压U，在纯电阻电路中，Q＝W，分别写出丙丁热量的表达式，并比较它们产生热量的大小关系；
因甲、乙、丙、丁四个相同容器里装有质量和初温相同的水，根据Q＝cmΔt确定这四个容器中的水温从高到低的顺序。
【解答】解：左图中，R与2R串联在电源电压为U＝10V的电路中，根据串联分压原理可知，U甲U，U乙U，在纯电阻电路中，Q＝W，
则Q甲tt，
Q乙tt，
所以Q乙＞Q甲﹣﹣﹣﹣①
右图中，R与2R并联在电源电压为U＝10V的电路中，根据并联电路特点可知，各支路两端的电压都等于电源电压U，在纯电阻电路中，Q＝W，
则Q丙t，
Q丁t，
所以
Q丁＜Q丙﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②，即Q甲＜Q乙＜Q丁＜Q丙，不考虑热量散失时，电阻丝产生的电热Q越多，水吸收热量越多，水温升得越高，
因甲、乙、丙、丁四个相同容器里装有质量和初温相同的水，根据Q＝cmΔt可知，这四个容器中的水温从高到低的顺序是即丙、丁、乙、甲。故B符合题意，ACD不符合题意。
故选：B。
2．将规格都是“220V，500W”的电动机、电暖器各一个并联在220V的电路中，正常工作相同时间，下列说法正确的是（　　）
A．两个用电器产生的热量一样多
B．两个用电器消耗电能一样快
C．电暖器内部的电流更大
D．电动机消耗的电能更多
【分析】已知电动机和电暖器的额定电压、额定功率相同，并联在额定电压下，实际功率等于额定功率。利用功率的物理意义判断电能消耗快慢，结合能量转化方向比较热量产生量，用电公式P＝UI比较电流大小，用电公式W＝Pt比较电能消耗。
【解答】解：ABD．两个用电器并联在220V的电路中，它们两端的电压等于额定电压，实际功率都是500W，功率是表示电流做功（消耗电能）快慢的物理里。由于两者实际功率相同，所以消耗电能的快慢相同，由W＝Pt可知，通电时间相同，两个用电器消耗的电能一样多。电动机消耗的电能大部分转化为机械能，少部分转化为内能，而电暖器消耗的电能全部转化为内能，所以电暖器产生的热量较多，故B正确，AD错误；
C．电动机和电暖器实际电压和实际功率都相等，由知，两者内部的电流一样大，故C错误。
故选：B。
3．如图是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验，下列说法正确的是（　　）
A．甲实验中两个电阻串联在同一个电路中只是为了保证流过两个电阻的电流相等
B．乙实验不可以用来研究电流通过导体产生的热量与通电时间的关系
C．将乙图中右侧容器外接电阻换大一些，则右侧U形管高度差变化会更明显
D．乙实验通电一段时间后，左右两侧容器内空气的温度之比约为4：1
【分析】实验装置分析甲图：两个电阻R1、R2串联，电流I和通电时间t相同，电阻R不同，可探究Q与电阻R的关系。
乙图：容器内电阻R相同，右侧容器外并联一个相同电阻，干路电流等于两支路电流之和，因此左侧电流是右侧电流的2倍，可探究Q与电流I的关系；末温之比不一定等于温度变化量之比。
【解答】解：A．甲实验中，两个电阻串联，不仅保证了电流相同，还保证了通电时间相同，从而探究热量与电阻的关系，故A错误；
B．乙实验中，通过开关控制，可以对同一容器内的电阻进行不同时间的通电，通过观察U形管液面的变化，能探究热量与通电时间的关系，故B错误；
C．乙图中，右侧容器内的5Ω电阻与外接电阻5Ω并联，再与左侧5Ω电阻串联。当右侧容器外接电阻换大一些，根据并联电阻的规律，并联部分的总电阻变大，由分压原理，并联部分两端的电压变大，则通过右侧容器内电阻的电流会变大，根据焦耳定律Q＝I2Rt，在电阻R和时间t不变的情况下，电流I增大，产生的热量Q增多，空气膨胀更明显，U 形管高度差变化更明显，故C正确；
D．乙实验中，左侧电阻R左＝5Ω，电流为 I；右侧容器内电阻R右＝5Ω，电流为（因为与另一个 5Ω 电阻并联），根据Q＝I2Rt，在 R 和 t 相同的情况下，Q和I2成正比。所以
空气吸收的热量Q吸＝cmΔt，在 c、m 相同的情况下，Δt与Q成正比。因此，温度变化量之比为4：1，但初始温度相同，末温之比不一定等于温度变化量之比，故D错误。
故选：C。
4．两根电热丝R1、R2分别串联、并联在同一电源中，保持电源电压不变，且R1＝2R2。在室温下烧开同量的一壶水，不计热量损失，则所需的时间之比为（　　）
A．9：2 B．2：9 C．3：2 D．2：3
【分析】（1）在室温下烧开同量的一壶水，水吸收的热量相同，不计热量损失，水吸收的热量等于消耗的电能；
（2）设两根电热丝串联、并联时烧开一壶水需要的时间分别为t1、t2，根据串并联电路的特点，结合焦耳定律分别列出串联和并联时产生热量的等式，找到所需时间的关系，求出所需的时间之比。
【解答】解：在室温下烧开同量的一壶水，产生的热量相同，水吸收的热量相同，不计热量损失，水吸收的热量等于消耗的电能，Q＝W＝Pt；
设两根电热丝串联、并联时烧开一壶水需要的时间分别为t1、t2，电源电压为U，且R1＝2R2；
两根电热丝R1、R2串联时，水吸收的热量为：①
两根电热丝R1、R2并联时，水吸收的热量为：②
由①②可得，即；
所以在室温下烧开同量的一壶水，不计热量损失，所需的时间之比为9：2，故A正确，BCD错误。
故选：A。
5．用“电池+口香糖锡纸”能应急取火：将包裹口香糖的锡纸撕成一条中间窄、两头宽的纸带如图甲，将其涂有锡的一面与电池的正、负极相连，如图乙锡纸很快就冒烟燃烧起来。下列说法正确的是（　　）
A．用普通纸代替铝箔纸也能完成实验
B．锡纸中电子定向移动的方向是从电源负极流向电源正极
C．实验中发现铝箔纸较细的部位先燃烧，是因为该处的电流大
D．实验时使用两节干电池串联的目的是减小铝箔纸两端的电压
【分析】A、普通纸是绝缘体，不导电。B、电子定向移动方向与电流方向相反。C、串联电路电流处处相等，根据焦耳定律可知，细的地方先烧是因为电阻大、发热多。D、两节干电池串联是为了增大电压。
【解答】解：A、普通纸不导电，不能形成短路发热，点不着，故A错误。
B、电流从电源正极→锡纸→负极，电子定向移动方向与电流方向相反，即从负极→正极，故B正确。
C、串联电路电流处处相等，细的地方先烧是因为电阻大、发热多（Q＝I2Rt），故C错误。
D、两节干电池串联是为了增大电压，从而增大电流、提高发热，故D错误。
故选：B。
6．同学们在学习电功率知识时，调研了一些家用电器。他们发现其中一台电风扇、一台电脑和一只电烙铁的规格都是“220V 120W”，当三个用电器都正常工作时，电烙铁比另外两个用电器发热更明显。这是因为它们正常工作相同时间内，电烙铁（　　）
A．消耗的电能最多 B．消耗的电能最快
C．产生的热量最多 D．两端实际电压最大
【分析】（1）电风扇、电脑、电烙铁这三个用电器的规格相同，当三个用电器都正常工作时，实际电压等于额定电压，实际功率等于额定功率，根据W＝Pt可知，当它们正常工作相同时间时，这三个用电器消耗的电能相同；
（2）电烙铁利用电流的热效应工作，工作时将电能主要转化为内能；而电风扇、电脑工作时，电能主要转化为其它形式的能，仅有少量转化为内能，由此进行分析；
（3）电功率是表示消耗电能快慢的物理量，三个用电器额定功率相同，正常工作时消耗电能快慢相同。
【解答】解：电风扇、电脑、电烙铁这三个用电器的规格相同，均为“220V 120W”，当三个用电器都正常工作时，实际电压等于额定电压，均为220V；实际功率等于额定功率，均为120W，根据W＝Pt可知，当它们正常工作相同时间时，这三个用电器消耗的电能相同；
电烙铁利用电流的热效应工作，工作时将电能主要转化为内能；而电风扇工作时，电能主要转化为机械能，仅有少量转化为内能；电脑工作时，电能主要转化为光能和声能，仅有少量转化为内能。因此在消耗相同电能的情况下，电烙铁产生的热量最多，故C正确，ABD错误。
故选：C。
7．如图是探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气，下列说法正确的是（　　）
A．甲图通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差比右侧的大
B．乙图实验装置是为了探究电流产生的热量与电阻大小的关系
C．乙图中左右两容器中电阻丝产生的热量之比是4：1
D．将乙图右侧密闭容器中的5Ω电阻换成10Ω，即可探究电流产生的热量与电阻的关系
【分析】A.串联电路中电流处处相同，电阻丝产生的热量Q＝I2Rt，由此判断；
B.探究电流产生的热量与电阻大小关系，要控制电流相同；
C.图乙中，右侧的两个5Ω的电阻并联之后与左侧5Ω电阻串联，电阻丝产生Q＝I2Rt，由此判断；
D.探究电流产生的热量与电阻，要控制通过电阻的电流相同。
【解答】解：A.串联电路中电流处处相同，电阻丝产生的热量Q＝I2Rt，所以通电一段时间后，右侧的电阻大，右侧电阻丝产生的热量多，容器中气体的温度高，右侧U形管中液面的高度差比左侧的大，故A错误；
B.探究电流产生的热量与电阻大小关系，要控制电流相同，改变电阻的大小，图乙中通过左右容器中电阻丝的电流不相同，电阻相同，故B错误；
C.图乙中，右侧的两个5Ω的电阻并联之后与左侧5Ω电阻串联，所以右侧两个支路中的电流相同，它们电流之和等于左侧电阻丝通过的电流，设通过左侧电阻丝的电流为2I，则通过右侧容器中电阻丝的电流为I，所以4；1，故C正确；
D.探究电流产生的热量与电阻，要控制通过电阻的电流相同，将乙图右侧密闭容器中的5Ω电阻换成10Ω，左右容器中电阻丝通过的电流不相同，故D错误；
故选：C。
8．如图甲所示的电路中，电源电压U保持不变，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。闭合开关S，将滑动变阻器滑片P从最右端移动到最左端，其消耗的电功率与电流关系的图像如图乙所示，以下正确的是（　　）
A．滑动变阻器R的最大阻值40Ω
B．电源电压U的大小6V
C．R0的阻值20Ω
D．当滑片P置于中点，在5s内电阻R0上所产生的焦耳热18J
【分析】（1）当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，R的最大阻值和R0串联，电流表测电路中的电流，此时电路中的电流最小，根据图乙读出电路中的最小电流和滑动变阻器的功率，根据P＝I2R求出滑动变阻器的最大阻值；
（2）由图乙可知，当电路中的电流为0.6A时滑动变阻器的功率，根据P＝I2R求出滑动变阻器的阻值，根据电阻的串联和欧姆定律表示出电源的电压，联立两式可解得R0的阻值和电源电压；
（3）当滑片P片P置于中点时，R0与滑动变阻器R串联，根据串联电路的特点求出电路的总电阻，根据欧姆定律求出电路中的电流，根据Q＝I2Rt计算在5s内电阻R0上所产生的电热。
【解答】解：A、由图甲可知，R的最大阻值和R0串联，电流表测电路中的电流，电压表测量滑动变阻器R两端的电压；
当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，电路中的总电阻最大，根据欧姆定律可知，电路中的电流最小，由图乙可知，电路中的最小电流I小＝0.4A，滑动变阻器的功率P1＝3.2W，
由P＝I2R可得，滑动变阻器的最大阻值：R大20Ω，故A错误；
BC、由串联电路中电阻规律和欧姆定律可得，电源电压：U＝I小（R大+R0）＝0.4A×（20Ω+R0）……①
由图乙可知，当电路中的电流I＝0.6A时，滑动变阻器的功率P1′＝3.6W，
则滑动变阻器接入电路中的电阻：R′10Ω，
根据串联电路的特点和欧姆定律可知，电源电压：U＝I（R′+R0）＝0.6A×（10Ω+R0）……②
联立①②两式可解得：U＝12V；R0＝10Ω，故BC错误；
D、当滑片P片P置于中点时，R0与滑动变阻器R串联，根据串联电路的特点可知，此时电路的总电阻：R总＝R″+R020Ω+10Ω＝20Ω，
此时电路的电流：I′0.6A，
在5s内电阻R0上所产生的电热：Q＝I′2R0t＝（0.6A）2×10Ω×5s＝18J，故D正确。
故选：D。
9．如图甲所示，电源电压不变，将小灯泡L和电阻R接入电路中，图乙是小灯泡L和电阻R的I﹣U图像。只闭合开关S1时，小灯泡L的实际功率为1W。下列说法正确的是（　　）
A．电源电压为4V
B．只闭合开关S1时，小灯泡L的电阻为8Ω
C．当S1和S2均闭合时，电路的总功率是1.5W
D．当S1和S2均闭合时，电阻R在2min内产生的热量是48J
【分析】（1）只闭合开关S1时，电路为小灯泡L的简单电路，此时小灯泡L的实际功率为1W，根据图像读出符合要求的电压和电流，据此得出电源的电压；根据欧姆定律求出小灯泡L的电阻；
（2）当S1和S2均闭合时，R与L并联，电流表测干路电流，它们两端的电压相等，根据图像读出通过R的电流，根据并联电路的电流特点求出干路电流，利用P＝UI求出电路总功率；根据Q＝W＝UIt求出在2min内电阻R产生的热量。
【解答】解：AB．只闭合开关S1时，电路为小灯泡L的简单电路，此时小灯泡L的实际功率为1W，由图像可知，当UL＝2V时，IL＝0.5A，其实际功率为：
PL＝ULIL＝2V×0.5A＝1W；
电源电压U＝UL＝2V，小灯泡L的电阻：
，故AB错误；
CD．当S1和S2均闭合时，R与L并联，电流表测干路电流，因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，R两端的电压也为2V，由图像可知，此时通过R的电流为0.2A，干路电流为：
I＝IR+IL＝0.2A+0.5A＝0.7A，
电路总功率为：P＝UI＝2V×0.7A＝1.4W，故C错误；
电阻R在2min内产生的热量为：
QR＝WR＝UIRt＝2V×0.2A×2×60s＝48J，故D正确。
故选：D。
10．如图，电源电压保持不变，电阻R1的阻值为20Ω，闭合开关S，电流表A1的示数为0.3A，电流表A2的示数为0.2A，电路通电时间为2min。下列说法中正确的是（　　）
A．电源电压为4V
B．电阻R2的阻值为20Ω
C．电路的总功率为2W
D．这段时间电流通过电阻R2产生的热量为144J
【分析】由图可知，R1、R2并联，电流表A1测量通过R1的电流，电流表A2测量通过R2的电流；
（1）根据欧姆定律求出R1两端的电压，根据并联电路的特点可知电源电压；
（2）根据欧姆定律求出R2的阻值；
（3）根据并联电路的电流特点求出干路的总电流，根据P＝UI求出电路的总功率；
（4）根据焦耳定律Q＝I2Rt求出这段时间电流通过电阻R2产生的热量。
【解答】解：由图可知，R1、R2并联，电流表A1测量通过R1的电流，电流表A2测量通过R2的电流；
A、由I可知，R1两端的电压：U1＝I1R1＝0.3A×20Ω＝6V，
根据并联电路的电压特点可知，电源电压：U＝U2＝U1＝6V，故A错误；
B、由I可知，R2的阻值：R230Ω，故B错误；
C、根据并联电路的电流特点可知，干路的总电流：I＝I1+I2＝0.3A+0.2A＝0.5A，
电路的总功率：P＝UI＝6V×0.5A＝3W，故C错误；
D、这段时间电流通过电阻R2产生的热量：QR2t＝（0.2A）2×30Ω×2×60s＝144J，故D正确。
故选：D。
11．如图甲所示，规格相同的烧杯中装了相同质量、相同初温的水，将阻值不同的两根电阻丝R1和R2与电源、开关连接成闭合电路，经过实验得到图乙所示的水温与加热时间的图线。若忽略水的蒸发和热量散失，则下列选项正确的是（　　）
A．R1：R2＝2：3
B．R1：R2＝3：2
C．加热相同时间，两杯水吸收的热量相同
D．升高相同的温度，两杯水吸收的热量不同
【分析】AB.根据图象乙，找出甲、乙升高相同温度用的时间，因为没有热量损失，二者升高相同温度吸收的热量相同，电阻丝产生的电热也相同，根据Q＝I2Rt知，Q、I相同时R与t成反比；
C.实验中，用不同加热器加热，相同时间内，加热器放出的热量不同，所以相同时间内两杯水吸收的热量不同，根据图象知两杯水升高的温度不相同；
D.两杯水的质量相同，根据Q吸＝cmΔt可知，升高的温度相同，它们吸收的热量相同。
【解答】解：AB.根据图象乙知，甲的温度从20℃升高到40℃，用时间t甲＝2min，乙升高相同温度，用时间t乙＝3min，
因为没有热量损失，二者升高相同温度吸收的热量相同，电阻丝产生的电热也相同，
两电阻串联，通过它们的电流相等，根据Q＝I2Rt知，I2R1t甲＝I2R2t乙，可得，故A错误，B正确。
C.实验中，用不同加热器加热，相同时间内，加热器放出的热量不同，所以相同时间内两杯水吸收的热量不同，根据图象知两杯水升高的温度不相同，故C错误；
D.两杯水的质量相同，根据Q吸＝cmΔt可知，升高的温度相同，它们吸收的热量相同，故D错误。
故选：B。
12．如图所示，两段长度和材料相同、各自粗细均匀的金属导体a、b，单位体积内的自由电子数相等，横截面积之比Sa：Sb＝2：1，已知流经导体a的电流为0.16A，电子的电荷量e＝1.6×10﹣19C，下列说法正确的是（　　）
A．5s内有5×1018个自由电子通过导体a的横截面
B．a、b的电阻之比Ra：Rb＝1：4
C．自由电子在导体a和b中的定向移动速率之比va：vb＝2：1
D．相同时间内导体a和b产生的焦耳热之比Qa：Qb＝4：1
【分析】（1）由Q＝It得到5s内通过导体a的电荷量，由电子的电荷量得到通过导体a的自由电子数；
（2）电阻的大小由材料、长度、横截面积和温度决定，长度越长、横截面积越小，电阻越大；
（3）串联电路电流相同，由Q＝It得到通过两导体的横截面的电荷量相同，由于两导体材料相同，它们单位体积内自由电子数相等，故可知自由电子定向移动的速率与横截面积成反比；
（4）由焦耳定律判断两电阻产生的热量之比。
【解答】解：A、5s内通过导体a的电荷量为Q＝It＝0.16A×5s＝0.8C，通过导体a的横截面的自由电子数n5×1018个，故A正确；
B、在材料和长度相同时，导体的电阻与其横截面积成反比，已知a、b的横截面积之比为2：1，则它们的电阻之比为1：2，故B错误；
C、a、b串联，通过它们的电流相同，由Q＝It可知单位时间内通过两导体横截面的电荷量相同，由单位体积内的自由电子数相等，可知自由电子定向移动速率与横截面成反比，已知横截面积之比为2：1，则自由电子在导体a和b中的定向移动速率之比为1：2，故C错误；
D、由B选项知a、b的电阻之比为1：2，两电阻串联，通过它们的电流之比为1：1，由焦耳定律Q＝I2Rt可知，在相同时间a和b产生的热量之比为1：2，故D错误。
故选：A。
13．甲、乙两电热丝的电阻之比为4：3，通过的电流之比为1：2，则相同时间内产生的热量之比为（　　）
A．1：3 B．3：1 C．2：3 D．3：2
【分析】知道甲、乙两电热丝的电阻之比和通过的电流之比，利用Q＝I2Rt可知相同时间内产生的热量之比。
【解答】解：根据题意可知，甲、乙两电热丝电阻之比R甲：R乙＝4：3，通过的电流之比I甲：I乙＝1：2，
则相同时间内产生的热量之比：，故A正确。
故选：A。
14．电炉丝坏了，去掉后仍接在原电源上，在相同时间内产生的热量与原来之比为（　　）
A．4：3 B．3：4 C．4：1 D．1：4
【分析】电炉丝断了，去掉后，电阻变为原来的，知道仍然接在原来的电源两端，所加电压不变、通电时间不变，利用Q＝W分析判断。
【解答】解：电炉丝坏了，去掉了，
则现在电炉丝和原来电炉丝的电阻之比：
R现在：R原来R：R＝3：4，
因为电流通过电炉丝做功时消耗的电能全部转化为内能，
所以，Q＝Wt，
由于仍然接在原来的电源两端，所加电压相等，
所以，在相同时间内产生的热量与原来产生的热量之比：
Q现在：Q原来t：t＝R原来：R现在＝4：3。
故选：A。
15．将规格都是“220V 200W”的电风扇、电视机和电烙铁，分别接入家庭电路中，通电时间相同，下列有关电流通过它们谁产生热量最多的说法中，正确的是（　　）
A．电烙铁 B．电视机
C．电风扇 D．三者一样多
【分析】分别接入家庭电路中，三个用电器都正常工作，实际功率相同（等于额定功率）、通电时间相同，根据W＝Pt可知消耗的电能相同；通过分析三种用电器工作时的能量转化情况，找出产生热量最多的用电器。
【解答】解：因为三种用电器规格相同，接在家庭电路中，U＝220V，
所以三种用电器的实际功率：
P＝P额＝200W；
又因为通电时间相同，由W＝Pt可知，三种用电器消耗的电能相同；
又因为电视机消耗的电能有一部分转化为光能，电风扇中的电动机将电能大部分转化机械能，电烙铁将电能全部转化为内能，
所以产生热量最多的是电烙铁。
故选：A。
16．下列情况中，属于防止电热危害的是（　　）
A．用电熨斗熨烫衣服 B．用电饭锅煮饭
C．冬天用电暖气取暖 D．电脑机箱内有小风扇
【分析】逐一分析每个选项，找出防止电热给我们带来危害的选项。
【解答】解：A、用电熨斗熨烫衣服是利用电热来工作的，属于电热利用，故A不合题意；
B、用电饭锅煮饭是利用电能转化为内能来给食物加热，属于电热利用，故B不合题意；
C、冬天用电暖气取暖是利用电能转化为内能的，属于电热利用，故C不合题意；
D、电脑机箱内有小风扇是为了及时将电脑产生的热散掉，属于防止电热危害，故D符合题意。
故选：D。
17．爱心团队去养老院送电暖气，电暖气有低、中、高三挡，已知R1＝55Ω，R2＝44Ω，以下说法正确的是（　　）
品牌 型号 HY2215﹣11E
额定电压 220V 挡位 3挡
额定功率 低温880W 中温1100W 高温1980W
A．使用“低温挡”只需要闭合S2
B．使用“高温挡”只需要闭合 S1
C．闭合S1、S2时，通过R1、R2的电流之比为5：4
D．中温挡正常工作1分钟，产生的热量为6.6×104J
【分析】（1）由图可知，当S1、S2都闭合时，R1与R2并联，电路总电阻最小，只闭合S1时，只有R1接入电路，只闭合S2时，只有R2接入电路，又因为R1＞R2，在电源电压一定时，由P可知电路的状态；
（2）当S1、S2都闭合时，R1与R2并联，根据并联分流可知通过R1、R2的电流之比；
（3）根据Q＝I2Rtt可求出中温挡正常工作1分钟产生的热量。
【解答】解：AB、由图可知，当S1、S2都闭合时，R1与R2并联，电路总电阻最小，只闭合S1时，只有R1接入电路，只闭合S2时，只有R2接入电路，又因为R1＞R2，在电源电压一定时，由P可知，当S1、S2都闭合时，电路为“高温挡”，只闭合S1时，电路为“低温挡”，只闭合S2时，电路为“中温挡”，故A错误，B错误；
C、当S1、S2都闭合时，R1与R2并联，由并联分流可知通过R1、R2的电流之比为：，故C错误；
D、中温挡正常工作1分钟产生的热量为：Q＝I2R2tt60s＝6.6×104J，故D正确。
故选：D。
18．某型号的电热毯有高温和低温两个挡，其内部电路原理图如图所示。其主要参数如表所示，R1、R2为加热电阻，下列说法中正确的是（　　）
额定电压 220V
高温发热功率 132W
低温发热功率 44W
交流频率 50Hz
A．当开关S、S1都闭合时是低温挡
B．电阻R1的电阻为110Ω
C．该型号电热毯高温挡正常工作1min产生的热量为132J
D．该型号电热毯用高温挡加热，当实际电压为110V时，其实际发热功率为33W
【分析】（1）由图可知，开关S、S1闭合时，R1、R2并联，当开关S闭合、S1断开时，只有R1工作；根据并联电路的电阻特点和P可知电热毯高温挡和低温挡的电路连接；
（2）根据低温挡的功率和P可求出R1的阻值；
（3）根据Q＝W＝Pt求出该型号电热毯高温挡正常工作1min产生的热量；
（4）根据P可求出高温挡正常工作时电路中的总电阻，根据P求出当实际电压为110V时，其实际发热功率。
【解答】解：A、由图可知，开关S、S1闭合时，R1、R2并联，根据并联电路的电阻特点可知，此时电路中的总电阻最小，由P可知，电路中的总功率最大，电热毯处于高温挡；
当开关S闭合、S1断开时，只有R1工作，电路中的总电阻最大，总功率最小，电热毯处于低温挡，故A错误；
B、由表格数据可知，电热毯低温挡的电功率为44W，由P可知，R1的阻值：R11100Ω，故B错误；
C、该型号电热毯高温挡正常工作1min产生的热量：Q＝W＝P高温t＝132W×1×60s＝7920J，故C错误；
D、由P可知，高温挡正常工作时电路中的总电阻：RΩ，
则当实际电压为110V时，其实际发热功率：P实33W，故D正确。
故选：D。
19．加在某电动机上的电压是U，电动机消耗的电功率为P，电动机线圈的电阻为r，则电动机的输出机械功率为（　　）
A．P B．P C． D．
【分析】电动机消耗的电功率为P＝UI，发热功率P热＝I2r，输出功率P出＝P﹣P热．根据功率关系求出电动机线圈上消耗的机械功率。
【解答】解：
电动机消耗的电功率为P，加在电动机上的电压是U，
由P＝UI可知，通过电动机的电流：
I，
电动机线圈电阻的发热功率：
P热＝I2r，
根据能量守恒定律可知，电动机的机械功率为：
P出＝P﹣P热＝P。
故选：B。
20．如图所示是“脱兔牌”直流电动机提升重物的示意图。已知电动机的线圈电阻为1.5Ω，电动机正常工作时，通过线圈的电流为2A；重物质量为540g，以10m/s匀速上升。不计绳重和一切摩擦，g取10N/kg，试求在重物上升20s的过程中（　　）
A．电流通过线圈产生的热量140J
B．电动机做的有用功为1000J
C．电动机的工作效率为90%
D．电压表的示数为20V
【分析】（1）根据焦耳定律计算热量；
（2）根据速度计算高度，结合W有＝Gh计算；
（3）根据克服物体重力做功是有用的，结合热量与做功计算消耗的电能，结合效率η计算解答；
（4）根据电能结合W＝UIt计算电压。
【解答】解：A．根据焦耳定律知，电流通过线圈产生的热量为Q＝I2Rt＝（2A）2×1.5Ω×20s＝120J，故A错误；
B．重物上升的距离为h＝s＝vt＝10m/s×20s＝200m；
重物的重力为G＝mg＝540×10﹣3kg×10N/kg＝5.4N；
电动机做的有用功为W有＝Gh＝5.4N×200m＝1080J，故B错误；
C．电动机的工作消耗的电能为W＝W有+Q＝1080J+120J＝1200J；
电动机的工作效率为，故C正确；
D．根据W＝UIt知，电压表的示数为；故D错误。
故选：C。
二．填空题（共12小题）
21．如图所示是一款3D打印笔。使用时，在打印笔中装入胶条，接通电源加热，过一会儿会闻到熔胶的气味，这是　扩散　 现象，继续加热一段时间后即可挤出热熔的胶条，这是利用电流的　热　 效应。胶条被挤出后“粘”在一起，在空气中再迅速冷却变成特定的形态，完成3D打印。
【分析】（1）不同物质相互接触时彼此进入对方的现象叫扩散；
（2）电流流过导体时，导体要发热，这种现象是电流的热效应。
【解答】解：由于一切物质的分子在永不停息地做无规则运动，所以，加热时会闻到熔胶的气味，这是熔胶的气味分子做无规则运动的结果，属于扩散现象；
继续加热一段时间后即可挤出热熔的胶条，这是利用电流的热效应。
故答案为：扩散；热。
22．如图所示为“探究电流通过导体产生的热量跟 　电阻　 的关系”的实验装置。实验过程中用U形管内的 　液面高度差　 反映电流通过导体产生热量的多少。通电一段时间后，　右侧　 （选填“左侧”或“右侧”）容器的液面上升较高。
【分析】由电路图可知两电阻串联，根据串联电路的电流特点可知通过它们的电流关系，根据Q＝I2Rt比较两电阻产生的热量关系，密闭空气吸收热量后，体积不变，压强变大，U形管内两液面的差值变大，据此进行解答。
【解答】解：由图可知，两电阻串联连接，电流大小相等，阻值分别为5Ω和10Ω，电阻大小不同，故探究电流通过导体产生的热量跟电阻的关系。
通电后，盒中空气受热膨胀，使U形管中液面产生高度差，故通过液面高度差反映导体产生热量的多少。
由图可知，电流相同，右侧电阻较大，故由Q＝I2Rt知，右侧产生热量多。
故答案为：电阻；液面高度差；右侧。
23．请完成下列实验填空。
（1）如图甲，电阻箱的阻值读数是　2096　 Ω。
（2）如图乙，要求顺时针旋动电位器滑片时电阻变大，应该接电位器接线柱　a、b　 （a、b、c）两个接线柱。
（3）想探究不同物质吸热升温的属性，于是他设计如图丙所示的实验装置：沙子和水吸热的多少是通过　加热时间　 来反映的（选填“温度计示数”或“加热时间”）。
（4）如图丁装置是探究电流通过导体产生的热量与电流的关系，实验过程中右边透明容器中电阻丝阻值应该等于　5　 Ω。
【分析】（1）电阻箱读数方法：每个旋钮数字×对应倍率，相加。
（2）滑动变阻器原理：接入的电阻丝越长，电阻越大。
（3）探究不同物质吸热升温运用转换法。
（4）焦耳定律：探究热量与电流的关系，控制变量是电阻相同、时间相同，只改变电流。
【解答】解：（1）电阻箱读数方法：每个旋钮数字×对应倍率，相加；即图中电阻箱的读数为：R＝2×1000Ω+0×100Ω+9×10Ω+6×1Ω＝2096Ω。
（2）滑动变阻器原理：接入的电阻丝越长，电阻越大；要求顺时针滑片，电阻变大，则接法为接a、b。
（3）探究不同物质吸热升温（转换法）：相同酒精灯相同时间放热相同，吸热多少，用加热时间反映。
（4）焦耳定律：探究热量与电流的关系，控制变量是电阻相同、时间相同，只改变电流，左边容器电阻是5Ω，右边必须相等为5Ω。
故答案为：（1）2096；（2）a、b；（3）加热时间；（4）5。
24．如图所示，电源电压保持不变，R1、R2均为定值电阻，其中R1＝10Ω。闭合开关S，电流表的示数为0.20A，通电10s整个电路共产生6J的热量。若将R1、R2串联在同一电路中，R1、R2两端电压之比为 　1：2　 。
【分析】（1）由图可知，电阻R1与R2并联，电流表测R1支路的电流，根据并联电路电压规律，电源电压与各支路用电器的电压相等，根据U＝U1＝I1R1可计算电源电压；根据Q1R1t可计算通电10sR1产生的热量，整个电路产生的热量减去通电10sR1产生的热量，就得到R2产生的热量；
（2）已知电源电压、通电时间、电阻R2产生的热量，根据R可计算出R2的电阻；若将R1、R2串联在同一电路中，根据串联电路分压原理可得R1、R2两端电压之比等于电阻之比。
【解答】解：由图可知，电阻R1与R2并联，电流表测R1支路的电流，I1＝0.20A；
根据并联电路电压规律，电源电压与各支路用电器的电压相等，则电源电压为：U＝U1＝I1R1＝0.20A×10Ω＝2V；
通电10sR1产生的热量为：Q1R1t＝（0.20A）2×10Ω×10s＝4J；
则R2产生的热量为：Q2＝Q﹣Q1＝6J﹣4J＝2J；
由可得，R2的电阻为：；
若将R1、R2串联在同一电路中，根据串联电路分压原理可得，R1、R2两端电压之比为：
。
故答案为：1：2。
25．玩具电动车工作时主要将电能转化为 　机械　 能；该玩具电动车工作时，电动机两端的电压为3V，通过线圈的电流为2A，线圈的电阻为0.5Ω，则通电100s消耗的电能为 　600　 J，线圈产生的热量是 　200　 J。
【分析】（1）电动机工作时把电能转化为机械能和内能，主要是机械能；
（2）根据W＝UIt算出通电100s消耗的电能；
（3）根据Q＝I2Rt计算线圈产生的热量。
【解答】解：（1）玩具电动车工作时主要将电能转化为机械能；
（2）通电100s消耗的电能为：
W＝UIt＝3V×2A×100s＝600J；
（3）通电100s线圈产生的热量是：
Q＝I2Rt＝（2A）2×0.5Ω×100s＝200J。
故答案为：机械；600；200。
26．电阻R1、R2的阻值之比为2：1，如图所示，当开关S闭合时，电阻R1与R2两端的电压之比为　1：1　 ，相同时间内两电阻产生的热量之比　1：2　
【分析】（1）由图知，开关S闭合，两电阻并联接入电路，并联电路各支路两端电压相等。
（2）由可知，电压、时间相同时，两电阻产生的热量与电阻成反比。
【解答】解：（1）由图知，当开关S闭合时，两电阻并联接入电路，因为并联电路各支路两端电压相等，所以电阻R1与R2两端的电压之比为1：1。
（2）根据焦耳定律可知，电压、时间相同时，两电阻产生的热量之比等于电阻的反比，则Q1：Q2＝R2：R1＝1：2。
故答案为：1：1；1：2。
27．如图所示当开关S闭合甲、乙两表均为电压表时，两表示数比U甲：U乙＝3：1，则电阻R1：R2＝　2：1　 ；当开关S断开，甲、乙两表均为电流表时，两表示数之比I甲：I乙＝　2：3　 ，相同时间内R1、R2产生的热量之比Q1：Q2＝　1：2　 。
【分析】当开关S闭合，甲、乙两表为电压表时，两电阻串联，甲测电源的电压，乙测R2两端的电压；根据串联电路的电流特点和欧姆定律得出两电阻的阻值之比；
当开关S断开，甲、乙两表为电流表时，两电阻并联，甲测通过R2的电流，乙测干路电流；根据并联电路的电压特点求出通过两支路的电流之比，根据并联电路的电流特点求出两电流表示数的比值；根据并联电路的电压特点和Q＝W＝UIt求出R1、R2产生的热量之比。
【解答】解：当开关S闭合，甲、乙两表为电压表时，两电阻串联，甲测电源的电压，乙测R2两端的电压，可得U甲：U乙＝U：U2＝3：1，由串联电路的电压规律和分压原理可得；
当开关S断开，甲、乙两表为电流表时，两电阻并联，甲测通过R2的电流，乙测干路电流，由并联电路的电流规律和分流原理可得I1：I2＝R2：R1＝1：2
所以；
并联电路的电压规律知U1＝U2＝U，上一问已知I1：I2＝1：2，由Q＝W＝UIt可得，相同时间内R1、R2产生的热量之比Q1：Q2＝1：2。
故答案为：2：1；2：3；1：2。
28．标有“220V 60W”的电风扇和标有“220V 60W”的电热水壶并联在家庭电路中，相同时间内电风扇消耗的电能 　等于　 电热水壶消耗的电能；相同时间内电风扇产生的热量 　小于　 电热水壶产生的热量。（均选填“大于”、“小于”或“等于”）
【分析】根据W＝Pt判断消耗电能的多少，根据用电器工作时电能的转化情况判断产生热量的多少关系。
【解答】解：（1）电风扇、电热器的额定电压都是220V，额定功率都是60W，把它们并联在家庭电路中，它们都能正常工作，由W＝Pt可知，在相同时间内电风扇消耗的电能等于电热水壶消耗的电能；
（2）电风扇工作时，主要把电能转化为机械能，产生很少的热量；电热水壶工作时，把电能全部转化为热量；由此可知，相同时间内电风扇产生的热量比电热水壶少。
故答案为：等于；小于。
29．电暖气、电烙铁、电热毯等主要是 　利用　 （选填“利用”或“防止”）电流热效应工作的；计算机内的小风扇主要是 　防止　 （选填“利用”或“防止”）电流热效应带来的危害。
【分析】（1）电流通过导体要发热，这叫做电流的热效应；
（2）电器在工作时由于电流的热效应而产生大量的热量，需要采取散热措施。
【解答】解：（1）电暖气、电烙铁、电热毯等用电器工作时，消耗电能全部转化为内能，都是利用电流的热效应工作的；
（2）计算机工作中，由于电流的热效应会产生大量的热量，这些热量会导致内部器件受到损伤，计算机内的小风扇可给电脑主机降温，是为了防止电流的热效应带来的危害。
故答案为：利用；防止。
30．小丽家有一台具有“低温”“中温”和“高温”三个挡位的电加热器，其简化电路图如图所示，电源电压恒为220V，R1、R2是电热丝，开关S同时接触相邻的两个触点。R1＝242Ω，R2的阻值为R1阻值的一半。转动开关S，使其与“1”“2”两个触点接触时，为 　低温　 （选填“低温”“中温”或“高温”）挡，在此挡位通电10min，可使500g牛奶的温度升高48℃，此过程产生的热量是 　6×104 J，加热效率为 　50%　 。[c牛奶＝2.5×103J/（kg ℃）]
【分析】（1）由图可知，当开关S与触点“1”“2”接触时，只有R1工作，当开关S与触点“2”“3”接触时，R1、R2并联，当开关S与触点“3”“4”接触时，只有R2工作，根据R1、R2的阻值关系、并联电路的特点和P可知电加热器高温挡、中温挡和低温挡的电路连接；
（2）根据Wt求出电加热器消耗的电能，根据Q吸＝cmΔt求出牛奶吸收的热量，根据效率公式求出电加热器的加热效率。
【解答】解：由图可知，当开关S与触点“2”“3”接触时，R1、R2并联，根据并联电路的特点可知，此时电路的总电阻最小，由P可知，电路的总功率最大，电加热器处于高温挡；
根据题意可知，R1＞R2，则当开关S与触点“1”“2”接触时，只有R1工作，电路的总电阻最大，总功率最小，电加热器处于低温挡；
当开关S与触点“3”“4”接触时，只有R2工作，电路的总电阻较小，总功率较大，电加热器处于中温挡；
电加热器消耗的电能在低温挡工作10min消耗的电能：Wt10×60s＝1.2×105J，
牛奶吸收的热量：Q吸＝c牛奶mΔt＝2.5×103J/（kg ℃）×500×10﹣3kg×48℃＝6×104J；
电加热器的加热效率：η100%100%＝50%。
故答案为：低温；6×104；50%。
31．某家用电热壶有“加热”和“保温”两个挡位，其简化电路如图所示，R1、R2是电热丝，R1＝1050Ω，R2＝50Ω。开关S接“1”时，电热壶为 　加热　 挡位，此时电热壶的功率为 　968　 W。开关S接“2”时，通电1min，电流通过R2产生的热量为 　120　 J。
【分析】（1）由电路图可知，开关S接“1”时电路为R2的简单电路，开关S接“2”时R1与R2串联，根据P可知电源电压一定时，电路中的总电阻越小、功率越大，电热水壶处于加热挡，反之处于保温挡；
（2）开关S接“1”时电路为R2的简单电路，由P可得电功率；开关S接“2”时，R1与R2串联，由串联电路电阻的规律求出总电阻，根据欧姆定律求出电路中的电流，利用Q＝I2Rt求出通电1min电流通过R2产生的热量。
【解答】解：根据可知，电压一定时，电阻越大，功率越小；电阻越小，功率越大。
由电路图可知，开关S接1时，只有R2接入电路，开关S接2时，R1、R2串联，由于串联时电阻大于任何一个分电阻，所以开关S接1时，电路中电阻最小，总功率最大，此时是加热挡，则开关S接2时，是保温挡。
电热壶加热挡时，只有R2工作，此时的功率为：；
开关S接“2”时，R1、R2串联，电路中的电流为：，
通电1min，电流通过R2产生的热量为：；
故答案为：加热；968；120。
32．（1）如图所示，电源两端的电压保持不变。闭合开关后，小明发现L1比L2亮，则L1两端的电压 　等于　 （选填“大于”“等于”或“小于”）L2两端的电压；若灯泡L1在实验过程中忽然烧坏，则电流表A1示数 　变小　 ，L2两端的电压 　不变　 ，电流表A2示数 　不变　 （后三空均选填“变大”“变小”或“不变”）。
（2）某直流电动机额定电压为220V，其线圈电阻为1Ω，正常工作时通过线圈的电流为20A，若电动机连续正常工作10min，则该过程：电动机的额定功率是 　4.4　 kW；电动机工作时因发热损失的电能为 　2.4×105 J；电动机的效率为 　90.9　 %（答案保留一位小数）；电动机获得的机械能是 　2.4×106 J。
【分析】（1）首先判断两个灯泡连接方式，根据并联电路的电压特点判断L1两端的电压与L2两端的电压关系；然后判断电流表各测量谁的电流，根据并联电路干路电流等于各支路电流之和，判断各灯电流变化。
（2）根据P＝UI计算电动机的额定功率；
根据W热＝Q＝I2Rt计算电动机工作时发热损失的电能；
根据W总＝UIt计算电动机消耗的电能，根据W机械＝W总﹣W热得出电动机获得机械能，根据η100%得出电动机的效率。
【解答】解：（1）如图所示，L1、L2并联，并联电路各支路两端的电压相等，虽然L1比L2亮，但L1两端的电压等于L2两端的电压；
由图可知，电流表A1原来测量干路的电流，电流表A2是测量L2支路的电流，若灯泡L1在实验过程中忽然烧坏，则电流表A1只测量L2支路的电流，电流表A1示数变小；并联电路各支路两端的电压相等，各支路之间互不影响，故L2两端的电压不变，电流表A2示数不变。
（2）电动机的额定功率P＝UI＝220V×20A＝4400W＝4.4kW；
电动机工作时发热损失的电能为W热＝Q＝I2Rt＝（20A）2×1Ω×10×60s＝2.4×105J；
电动机消耗的电能W总＝UIt＝220V×20A×10×60s＝2.64×106J，
电动机获得机械能W机械＝W总﹣W热＝2.64×106J﹣2.4×105J＝2.4×106J，
电动机的效率η100%100%≈90.9%。
故答案为：（1）等于；变小；不变；不变；（2）4.4；2.4×105；90.9；2.4×106。
三．实验探究题（共4小题）
33．如图甲是某品牌家用电吹风，其电路如图乙所示，R1、R2为电阻丝，M为电动机。通过调节开关，可使电吹风分别处于“停止”“冷风”“暖风”或“热风”四种状态。
（1）要使电吹风正常工作，图甲中的A处应安装 　电阻丝　 ，B处应安装 　电动机　 。（选填“电动机”或“电阻丝”）
（2）如图乙，要使电吹风处于“冷风”状态，应闭合开关 　S　 ，要使电吹风处于“暖风”状态，应闭合开关 　S、S1 。
（3）已知电吹风处于“暖风”状态时，从出风口吹出的空气温度升高了20℃；处于“热风”状态时，从出风口吹出的空气温度升高了30℃。假设这两种状态下的热效率相同，相同时间内吹出的空气质量相同，则R1：R2＝　1：2　 。
（4）电吹风用了几年后，由于电阻丝的升华，实际发热功率会 　变小　 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。
【分析】（1）电吹风是利用电动机将被加热电阻附近的空气吹出而产生热风；
（2）要使电吹风处于“冷风”状态，则内部加热电阻不能接入电路，即只闭合开关S，不闭合其他开关。要使电吹风处于“加热”状态，需要将加热电阻接入电路；
（3）通过计算“暖风”和“冷风”状态时的电功率结合吸热公式可求得电阻之比；
（4）影响电阻大小因素有材料、长度、横截面积。
【解答】解：（1）电吹风是利用电动机将被加热电阻附近的空气吹出而产生热风的，所以A处应为电阻丝，B处应为电动机；
（2）要使电吹风处于“冷风”状态，则内部加热电阻不能接入电路，即只闭合开关S，不闭合其他开关。
要使电吹风处于“加热”状态，需要将加热电阻接入电路，分析图像可知，当S、S1闭合后仅电阻丝R1工作，此时是暖风状态；当S、S1、S2闭合后电阻丝R1与R2并联工作，此时是热风状态；
（3）设电阻丝R1的功率为P1，电阻丝R2的功率为P2，热风挡电阻丝R1与R2总功率为P1+P2，暖风挡电阻丝总功率为P1，
加热t时间后暖风挡消耗电能W1＝P1t，空气吸收热量Q1＝cmΔt1，
热风挡消耗电能W2＝（P1+P2）t，空气吸收热量Q2＝cmΔt2，
若加热效率相同，则η，即（），即，整理可得P1＝2P2，
由电功率公式可知P1，P2，将其代入P1＝2P2可得，即R1：R2＝1：2。
（4）由于电阻丝的升华，会导致电阻丝变细，由影响电阻大小因素可知电阻横截面积越小，电阻越大，结合电功率公式P可知此时电功率减小。
故答案为：（1）电阻丝；电动机；（2）S；S、S1；（3）1：2；（4）变小。
34．甲、乙两图为“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”实验的部分装置图，两个相同的透明容器中封闭着等质量的空气。
（1）甲、乙实验中，通过观察U形管中液面的　高度差　 来反映电阻产生热量的多少；
（2）探究“电流通过导体时产生的热量与电流的关系”时，应选择　乙　 （选填“甲”或“乙”）图装置进行实验。通过观察实验现象，可以得到的实验结论是：当电阻和通电时间相同时，电流越　大　 （选填“大”或“小”），电流通过导体时产生的热量越多；
（3）通电一段时间后图乙的容器中左、右两个电阻产生热量的比值Q左：Q右＝　4：1　 ；
（4）图乙中，若接通电路一段时间后，两侧U形管内液面高度差相同，发现是由于电路故障引起的，则故障可能是　B　 ；
A．R2电阻丝断路
B．R3电阻丝断路
C．R3电阻丝短路
（5）生活中电炉子的电炉丝热得发红时，与之连接的导线却不怎么热，此问题可以用　甲　 （选填“甲”或“乙”）图的结论来解释；
（6）小南组的实验装置为图丙。该装置烧瓶中用煤油而不用水是因为煤油的比热容较　小　 （选填“大”或“小”），在吸收相同热量时，温度变化较大，实验现象明显。
【分析】（1）由于电流产生的热量不易直接测量，通过加热气体膨胀显示，因此运用了转换法。
（2）探究“电流通过导体时产生的热量与电流的关系”时，需要控制导体的阻值相同，电流不同。
当电阻和通电时间相同时，电流越大，电流通过导体时产生的热量越多。
（3）乙图中电路为右侧两个相同的电阻丝并联，再与左侧电阻丝串联，且三个电阻丝的阻值相同，则左侧电阻丝的电流是右侧容器内电阻丝电流的2倍，即I1＝2I2，根据Q＝I2Rt可得，则左、右容器内两个电阻产生热量的比值。
（4）过一段时间发现两侧U形管中液面高度差相同，根据转换法，说明两容器内电阻丝产生的热量相同，因两电阻丝的阻值和通电时间相同，由Q＝I2Rt可知，通过两电阻丝的电流也相同，由此可判断可能的电路故障。
（5）容器内电阻丝热得发红时，而与之连接的导线却不怎么热，它们通过的电流相同，电阻越大产生的热量越多。
（6）由可知，用煤油而不用水是因为煤油的比热容较小，在吸热相同的条件下，根据煤油和水的温度变化分析作答。
【解答】解：（1）由于电流产生的热量不易直接测量，通过加热气体膨胀显示，再通过观察U形管中液面的高度差来显示容器内空气温度的变化，因此运用了转换法。
（2）根据控制变量法思想，探究“电流通过导体时产生的热量与电流的关系”时，需要控制导体的阻值相同，电流不同，因此应选择乙图装置进行实验。
由图乙，R2与R3并联后与R1串联，R2和R3在各自支路上，通过R2的电流为I2，通过R3的电流为I3，R1在干路上，由并联电路电流规律，则通过R1的电流I1＝I2+I3，则I1＞I2，通过观察实验现象可知，电阻丝的电流越大，U形管液面的高度差越大，产生的电热越多，因此可得结论为：当电阻和通电时间相同时，电流越大，电流通过导体时产生的热量越多。
（3）根据控制变量法思想，乙图中电路为右侧两个相同的电阻丝并联，再与左侧电阻丝串联，且三个电阻丝的阻值相同，即R1＝R2＝R3＝5Ω，
则左侧电阻丝的电流是右侧容器内电阻丝电流的2倍，即I1＝2I2，
根据Q＝I2Rt可得，则左、右容器内两个电阻产生热量的比值
即Q左：Q右＝4：1。
（4）根据转换法，过一段时间发现两侧U形管中液面高度差相同，说明两容器内电阻丝产生的热量相同，因两电阻丝的阻值和通电时间相同，由Q＝I2Rt可知，通过两电阻丝的电流也相同，故原因可能是电阻丝R3断路，故B符合题意，AC不符合题意。
故选B。
（5）由转换法可知，甲图中，两电阻串联，通过的电流和通电时间相同，而右侧电阻阻值较大，右侧U形管液面高度差大，右侧容器内电阻产生的热量多，左侧容器内电阻产生的热量少，研究的是电流产生的热量与电阻的关系；乙图中，两电阻阻值相同，通电时间相同，而左侧电阻通过的电流较大，左侧U形管液面高度差大，左侧容器内电阻产生的热量多，右侧容器内电阻产生的热量少，研究的是电流产生的热量与电流的关系。容器内电阻丝热得发红时，而与之连接的导线却不怎么热，它们通过的电流相同，电阻越大产生的热量越多，因此这个问题可以用甲图的结论来解释。
（6）由可知，用煤油而不用水是因为煤油的比热容较小，在吸热相同的条件下，煤油温度变化较大，实验现象明显。
故答案为：（1）高度差；（2）乙；大；（3）4：1；（4）B；（5）甲；（6）小。
35．小明知道电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间有关。为了探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系”，实验装置如图所示，三个相同的烧瓶内装有质量相等的煤油。温度计和电阻丝通过胶塞固定在烧瓶中。
（1）组装器材时，将三个烧瓶里的电阻丝串联在电路中，是为了 　控制各电阻丝中的电流和通电时间相同　 。
（2）用煤油做实验而没有用等质量的水做实验，是因为煤油的比热容比水小，吸收相同的热量，煤油的 　温度　 变化明显。
（3）三个烧瓶中煤油的初温相同，电阻丝的阻值关系为R甲＜R乙＜R丙。闭合开关，通电一段时间后，发现三个烧瓶中温度计示数分别为t甲、t乙和t丙，且t甲＜t乙＜t丙。则可得出的探究结论是：　电流和通电时间一定时，导体的电阻越大，电流通过导体产生的热量越多　 。
（4）同班的小强同学用如图丁所示的装置也探究了“电流通过导体产生热量的多少跟什么因素有关”的实验装置，将二段电阻丝a、b分别密封在完全相同的盒子内，盒内封闭一定量的空气，图中5Ω的电阻c在盒外与盒内电阻并联，盒内封闭一定量的空气的优点是 　空气受热容易膨胀　 ，便于实验观察，在实验中电流通过电阻时产生热量的多少是通过观察U形管中液面的高度差来比较的。小强利用图丁探究电流产生的热量与 　电流　 的关系中，观察到左侧U形管中液面很快出现高度差，右侧U形管中液面高度差几乎为零，原因可能是电阻丝 　b　 断路。（选填“a”“b”或“c”）
（5）图丁中右侧盒外连接5Ω的电阻，它的作用是 　分流　 。（选填“分压”或“分流”）
【分析】（1）串联电路各处的电流都相等；
（2）煤油的比热容比水小，根据Δt＝分析；
（3）电流通过导体产生的热量与通过的电流、导体的电阻和通电时间有关，研究与其中一个因素的关系时，要控制另外两个因素不变；电阻丝产生的热量不易直接观察，由转换法，可使等质量初温相同的液体吸收热量，根据，由温度变化确定产生的热量多少；
（4）电流通过导体产生热量的多少不易直接观察，甲、乙两个透明容器中密封着等量的空气，电阻丝产生热量越多，气体膨胀程度越大，故可通过U形管液面的高度差来反映电阻丝产生的热量多少，采用了转换法；分析丁装置中电路的连接，根据并联和串联电路电流的规律结合控制变量法分析；
观察到左侧U形管中液面很快出现高度差，右侧U形管中液面高度差几乎为零，说明电路为通路，左侧容器中的电阻能够产生热量，右侧容器中的电阻丝没有产生热量，据此分析；
（5）根据并联可以分流回答。
【解答】解：（1）串联电路各处的电流都相等，组装器材时，将三个烧瓶里的电阻丝串联在电路中，是为了控制各电阻丝中的电流和通电时间相同。
（2）用煤油做实验而没有用等质量的水做实验，是因为煤油的比热容比水小，吸收相同的热量，根据Δt可知煤油的温度变化明显。
（3）各电阻丝中的电流和通电时间相同，而三个电阻不同，三个烧瓶中煤油的初温相同，电阻丝的阻值关系为R甲＜R乙＜R丙。闭合开关，通电一段时间后，发现三个烧瓶中温度计示数分别为 t甲、t乙和t丙，且t甲＜t乙＜t丙，根据转换法丙中电阻丝产生的热量最多，甲中电阻丝产生的热量最小，则可得出的探究结论是：电流和通电时间一定时，导体的电阻越大，电流通过导体产生的热量越多。
（4）同班的小强同学用如图丁所示的装置也探究了“电流通过导体产生热量的多少跟什么因素有关”的实验装置，将二段电阻丝a、b分别密封在完全相同的盒子内，盒内封闭一定量的空气，空气受热容易膨胀，图中5Ω的电阻c在盒外与盒内电阻并联。根据转换法，实验中通过观察U形管液面高度差来反映电阻产生热量的多少：
丁装置中，右侧两电阻并联后再与左侧电阻串联，容器内两电阻大小相等，根据并联和串联电路电流的规律，通过左侧容器中电阻的电流大于通过右侧容器中电阻的电流，而通电时间相同，故实验可以研究电流产生的热量与电流的关系，观察到左侧U形管中液面很快出现高度差，右侧U形管中液面高度差几乎为零，说明电路为通路，左侧容器中的电阻能够产生热量，右侧容器中的电阻丝没有产生热量，原因可能是电阻丝b断路。
（5）根据（4）可知，图丁中右侧盒外连接5Ω的电阻，它的作用是分流。
故答案为：（1）控制各电阻丝中的电流和通电时间相同；（2）温度；（3）电流和通电时间一定时，导体的电阻越大，电流通过导体产生的热量越多；（4）U形管液面高度差；电流；b； （5）分流。
36．探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”实验装置如图，两个相同的透明容器中密封着等量空气。
（1）实验中，通过观察　U形管两侧液面高度差　 来反映电阻产生热量的多少，这种研究方法是　转换　 法；
（2）探究电流产生的热量与电流的关系时，应选择　乙　 （填“甲”或“乙”）图装置进行实验。乙装置通电一段时间后，　左　 （填“左”或“右”）侧容器U形管液面较高，这表明　电阻、通电时间相同时，电流越大，电流通过导体产生的热量越多　 。
（3）本实验中，瓶内选择装　煤油　 （选填“煤油”或“水”），优点是　煤油的比热容小，相同质量的煤油和水吸收相同的热量，煤油温度升高得快，实验现象更明显。　 。
【分析】（1）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但液体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映，这是转换法，而在实验中通过加热容器中的空气，使空气受热膨胀改变U形玻璃管中液面高度差；
（2）根据控制变量法分析；
（3）煤油的比热容小于水的比热容，当质量相同时，吸收相同的热量后，煤油升高的温度大于水升高的温度。
【解答】解：（1）本实验中由于电阻丝产生的热量无法直接测量，通过比较U形管两侧液面高度差来反映电阻丝产生的热量的多少，电阻丝产生的热量越多，U形管两侧液面高度差越大。将不易观察的热量多少，转换为易观察的液面高度差，这种方法叫做转换法。
（2）探究电流产生的热量与电流的关系时，应该控制电阻、通电时间相同。图乙的装置在实验中，右侧容器的外部，将一个完全相同的电阻和这个容器内的电阻并联，再接入原电路，使通过左边容器中电阻的电流与通过右边容器中电阻的电流不同，可以探究电流产生的热量与通过导体的电流大小的关系。
乙装置通过左侧容器内电阻的电流等于右侧容器内、外两电阻的电流之和，所以通过左侧容器内电阻的电流大于通过右侧容器内电阻的电流。通电一段时间后，左侧容器U形管液面较高，这表明：当电阻、通电时间相同时，电流越大，电流通过导体产生的热量越多。
（3）本实验中，瓶内选择装煤油，优点是：煤油的比热容小于水的比热容，当质量相同时，吸收相同的热量后，煤油升高的温度大于水升高的温度，便于观察。
故答案为：（1）U形管两侧液面高度差；转换；（2）乙；左；电阻、通电时间相同时，电流越大，电流通过导体产生的热量越多；（3）煤油；煤油的比热容小，相同质量的煤油和水吸收相同的热量，煤油温度升高得快，实验现象更明显。
四．计算题（共4小题）
37．如表是某种家用电暖器的铭牌。求这种电暖器：
（1）正常工作时的电流；
（2）正常工作时内部电热丝的电阻；
（3）在额定电压下工作10min产生的热量。
XX牌电暖器
额定电压 220V
额定频率 50Hz
额定功率 1100W
【分析】（1）已知额定电压和额定功率，根据P＝UI求正常工作时的电流；
（2）根据P求正常工作时内部电热丝的电阻；
（3）根据Q＝W＝Pt求在额定电压下工作10min产生的热量。
【解答】解：（1）正常工作时的电流：
I5A；
（2）正常工作时内部电热丝的电阻：
R44Ω；
（3）在额定电压下工作10min产生的热量：
Q＝W＝Pt＝1100W×10×60J＝6.6×105J。
答：（1）正常工作时的电流为5A。
（2）正常工作时内部电热丝的电阻为44Ω。
（3）在额定电压下工作10min产生的热量为6.6×105J。
38．具有防雾、除露、化霜功能的汽车智能后视镜能保障行车安全，车主可通过旋钮开关实现功能切换，防雾、除露、化霜所需加热功率依次增大，如图是简化后的后视镜加热电路，四个发热电阻的阻值均为10Ω，当开关旋至“1”挡时，电路中的电流为0.5A。（忽略温度对电阻阻值的影响）求：
（1）电源电压；
（2）后视镜处于除露功能的电功率；
（3）后视镜玻璃的质量约为40g，玻璃的比热容为0.75×103J/（kg ℃），当开启化霜功能时，加热效率为50%，为使后视镜玻璃温度升高10℃，需加热多长时间？
【分析】（1）当开关旋至“1”挡时，R3、R4串联，根据串联电路特点可知电路的总电阻，根据欧姆定律求出电源电压；
（2）当开关旋至“2”挡时，只有R3工作，当开关旋至“3”挡时，R1、R2并联，根据串并联电路的特点和P可知汽车智能后视镜防雾、除露、化霜功能的电路连接；再根据P求出除露、化霜功能的电功率；
（3）知道后视镜玻璃的质量、玻璃的比热容和升高的温度，利用Q吸＝cmΔt求出玻璃吸收的热量；根据效率公式求出后视镜消耗的电能；根据P求出加热的时间。
【解答】解：（1）当开关旋至“1”挡时，R3、R4串联，
根据串联电路的电阻特点可知，串联的总电阻：R＝R3+R4＝10Ω+10Ω＝20Ω，
由I可知，电源电压：U＝IR＝0.5A×20Ω＝10V；
（2）当开关旋至“2”挡时，只有R3工作，当开关旋至“3”挡时，R1、R2并联；
根据串并联电路的电阻特点可知，串联电路的总电阻大于任一分电阻，并联电路的总电阻小于任一分电阻，
则当开关旋至“1”挡时，R3、R4串联，电路中的总电阻最大，P可知，此时的电功率最小，后视镜处于防雾功能；
当开关旋至“3”挡时，R1、R2并联，电路中的电阻最小，电功率最大，后视镜处于除霜功能；
当开关旋至“2”挡时，只有R3工作，后视镜处于除露功能；
后视镜处于除露功能时的电功率：P除露10W；
（3）当开启化霜功能时，后视镜的电功率：P化霜20W；
玻璃吸收的热量：Q吸＝cmΔt＝0.75×103J/（kg ℃）×40×10﹣3kg×10℃＝300J，
根据η可知，后视镜消耗的电能：W600J，
由P可知，需要加热的时间：t30s。
答：（1）电源电压为10V；
（2）后视镜处于除露功能的电功率为10W；
（3）当开启化霜功能时，加热效率为50%，为使后视镜玻璃温度升高10℃，需加热的时间为30s。
39．如图所示的电路中，电源电压保持不变，定值电阻R1＝30Ω，只闭合开关S1，电流表的示数为0.2A；再闭合开关S2，电流表的示数为0.5A。求：
（1）定值电阻R2的阻值；
（2）当开关S1、S2均闭合时，通电10min定值电阻R2产生的热量。
【分析】（1）只闭合开关S1，电路只有电阻R1工作，电流表测量电路的电流，根据U＝I1R1算出电源电压；
再闭合开关S2，两电阻并联，电流表测量干路的电流，利用并联电路的电流关系求得通过定值电阻R2的电流，根据欧姆定律算出定值电阻R2的阻值；
（2）当开关S1、S2均闭合时，根据Q＝W＝UI2t算出通电10min定值电阻R2产生的热量。
【解答】解：（1）当只闭合开关S1时，电路为R1的简单电路，电流表测量通过R1的电流；
根据欧姆定律，电源电压为U＝I1R1＝0.2A×30Ω＝6V；
当再闭合开关S2时，电阻R1与R2并联，电流表测量干路电流；
由于并联电路中各支路互不影响，通过R1的电流仍为I1＝0.2A，
根据并联电路的电流特点，通过R2的电流为：
I2＝I﹣I1＝0.5A﹣0.2A＝0.3A，
由于并联电路中各支路两端的电压相等，所以R2两端的电压等于电源电压，即U2＝U＝6V，根据欧姆定律，定值电阻R2的阻值为；
（2）当开关S1、S2均闭合时，通电时间t＝10min＝600s。
定值电阻R2产生的热量为：
。
答：（1）定值电阻R2的阻值为20Ω；
（2）当开关S1、S2均闭合时，通电10min定值电阻R2产生的热量为1080J。
40．孝顺的小明用2024年春节收到的压岁钱给姥爷买了一款足浴盆，如图所示，这款足浴盆有加热和按摩两种功能。已知电动机M的额定功率为22W，线圈电阻为2Ω，加热电阻正常工作时的电功率为800W，电压220V恒定不变。
（1）在足浴盆中加入质量为4kg、初温20℃的水，只闭合开关S2启动加热功能，使水温升高至40℃，水吸收多少热量？[]
（2）若不计热损失，需要加热多长时间？
（3）断开开关S2，闭合S1启动按摩功能时，按摩10min电动机线圈产生的热量是多少？
【分析】（1）根据Q吸＝cmΔt求出水吸收的热量；
（2）不计热量损失，足浴盆消耗的电能等于水吸收的热量，根据P求出足浴盆加热的时间；
（3）根据P＝UI求出启动按摩功能时通过电动机的电流，根据焦耳定律求出按摩10min电动机线圈产生的热量。
【解答】解：（1）水吸收的热量：Q吸＝c水mΔt＝4.2×103J/（kg ℃）×4kg×（40℃﹣20℃）＝3.36×105J；
（2）不计热损失，则
，而Q放＝W＝Pt，则浴盆加热的时间：
；
（3）断开开关S2，闭合S1启动按摩功能时，通过电动机线圈的电流
；
按摩10min电动机线圈产生的热量
。
答：（1）水吸收的热量为3.36×105J；
（2）若不计热损失，正常工作时需要加热的时间为420s；
（3）断开开关S2，闭合S1启动按摩功能时，按摩10min电动机线圈产生的热量是12J。

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