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初中物理北师大版九年级全册四 电流的热效应当堂达标检测题
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这是一份初中物理北师大版九年级全册四 电流的热效应当堂达标检测题，共21页。
1．把一个标有“10V3W”的小灯泡和定值电阻R串联后接在电压为12V的电源上（如图所示），小灯泡恰能正常工作。该电路工作10s定值电阻产生的热量是（ ）
A．60JB．36JC．30JD．6J
【答案】D。
【解析】（1）由P＝UI可得，灯泡正常发光时的电流：
IL＝＝＝0.3A；
（2）因串联电路中总电压等于各分电压之和，且小灯泡正常发光，
所以，R两端的电压：
UR＝U﹣UL＝12V﹣10V＝2V，
因串联电路中各处的电流相等，该电路工作10s定值电阻产生的热量：
Q＝W＝URIt＝2V×0.3A×10s＝6J。
2．如图所示，2只烧瓶内装有煤油，瓶塞上各插1根玻璃管，瓶内各装1根阻值不同的电阻丝R甲和R乙．则利用该实验装置难以完成探究的是（ ）
A．电流通过电热丝时产生的热量跟电热丝的阻值大小有关
B．电流通过电热丝时产生的热量跟通过电热丝的电流大小有关
C．电流通过电热丝时产生的热量跟电热丝的通电时间长短有关
D．电流通过导体时产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻、通电时间成正比
【答案】D。
【解析】A、由图可知，该电路为串联电路，电路中的电流是相同的，通电时间也相同，电阻不同，故可以探究电流通过电热丝时产生的热量跟电热丝的阻值大小是否有关，故A能完成；
B、图中有滑动变阻器，移动滑片，可以改变电流的大小，故可以探究电流通过电热丝时产生的热量跟通过电热丝的电流大小是否有关，故B能完成；
C、实验中，可以通过控制开关来控制通电时间的长短，来判定产生热量与通电时间的关系，故C能完成；
D、实验中可以探究电流产生的热量与电阻、通电时间、电流大小的关系，但不能得出具体的数字关系，故D不能完成。
3．如图实验装置可用于探究“电流通过导体产生热量的多少与电阻大小的关系”。实验装置中，两根电阻丝R1（5Ω）、R2（10Ω）串联后分别放入两个相同的封闭空气盒中；两个空气盒各自连接一个相同的U形管，两U形管装有同种液体并封闭等量的空气，且两U形管内的各液面相平。下列说法正确的是（ ）
A．该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反映电阻丝产生热量的多少
B．通电一段时间后，会发现左侧U形管的液面高度差小于右侧U形管
C．两侧空气盒与U形管中装等量的煤油也可以完成探究任务，且更节省时间
D．利用该实验装置无法探究“电流通过导体产生热量的多少与通电时间长短的关系”
【答案】B。
【解析】A、电热丝对空气盒内的空气加热，空气受热膨胀，会推动U型管内的液柱变化，通过液柱的变化可以判定电阻产生热量的多少，故A错误；
B、由Q＝I2Rt可知，在电路和通电时间相同时，右侧电阻较大，产生的热量较多，左侧U形管的液面高度差小于右侧U形管，故B正确；
C、煤油的比热容远远高于空气的比热容，在吸收相同的热量时，温度变化较小，体积变化较小，U型管内的液柱变化不明显，利用煤油更浪费时间，故C错误；
D、实验中可以通过开关来控制加热的时间，能探究电流通过导体产生热量的多少与通电时间长短的关系，故D错误。
4．如图是研究电流产生热量实验装置的一部分，两个透明容器内密封着等质量、同温度的空气，容器内的电热丝阻值不同，在通电时间相同的情况下，观察两个U形管中液面高度的变化。下列判断正确的是（ ）
A．如果甲比乙升高快，则通过甲容器中电阻的电流一定大
B．如果甲比乙升高快，则通过甲容器中的电阻一定大
C．如果甲比乙升高慢，则通过甲容器中电阻两端的电压一定大
D．该装置探究的是“通电导体产生的热量与电流的关系
【答案】B。
【解析】A、如果甲比乙升高快，只能表明甲产生的热量要多于乙产生的热量，由图可知，两个电阻串联在电路中，各处的电流是相同的，故A错误；
B、根据公式Q＝I2Rt可知，在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多，如果甲比乙升高快，则通过甲容器中的电阻一定大，故B正确；
C、如果甲比乙升高慢，根据公式Q＝I2Rt可知，在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多，如果甲比乙升高慢，则通过甲容器中的电阻一定小，根据U＝IR可知，甲的电压小，故C错误；
D、由图可知，两个电阻串联，电流和通电时间相同，电阻不同，故探究的是热量与电阻大小的关系，故D错误。
5．如图所示，两个透明容器中密闭着等量的空气，A，B两U形管内的液面相平，电阻丝的电阻R1＝R2＝R3．小明用图示装置进行实验，探究电流通过导体时产生的热量Q跟什么因素有关，下列说法正确的是（ ）
A．此实验在探究电热Q与电阻R是否有关
B．通过R1的电流和通过R2的电流大小相等
C．电阻R1两端的电压和R2两端的电压相等
D．通电后，A管的液面将会比B管的液面高
【答案】D。
【解析】由题知，电阻丝的电阻R1＝R2＝R3；
A、装置中R2、R3并联后再与R1串联，通过R1的电流I1＝I2+I3，而I2＝I3，所以右边容器中通过R3的电流I3是左侧通过R1电流的一半，即是研究电流产生的热量与电流的关系，故A错误；
B、由图知，通过R1的电流I1＝I2+I3，而I2＝I3，所以通过电阻R1和R2的电流不相等，故B错误；
C、已知R1＝R2＝R3，所以R2、R3并联后的总电阻是R2＝R1，由于串联电路中，用电器两端电压与其阻值成正比，所以电阻R1两端的电压大于R2两端的电压，故C错误；
D、左右两容器中的电阻相同，而通过电阻R1的电流大于R2的电流，通电时间相同，由Q＝I2Rt可知，A容器中电阻R1产生的热量多，则A管的液面将会比B管的液面高，故D正确。
6．如图所示，在接线柱间接入熔丝和铜丝，熔丝电阻大于铜丝。接通电源，闭合开关S，依次闭合各小灯泡支路的开关，可以看到电流表的示数逐渐增大；再闭合电炉丝支路的开关时，会发现熔丝被熔断。下列说法正确的是（ ）
①实验说明电路超负荷运行会引起安全事故
②实验中通过熔丝的电流大于铜丝
③通电相同的时间，熔丝所产生的热量多于铜丝
④随着支路开关依次闭合，熔丝最终熔断说明电流通过导体产生的热量与电流强度有关
A．只有①②B．只有①③④C．只有②③④D．①②③④都正确
【答案】B。
【解析】①由图知，小灯泡和电炉丝是并联的，并联电路干路电流等于各支路电流之和，所以同时工作的用电器越多，干路电流越大，干路导线产生的热量越多，达到一定程度，会引起熔丝熔断，甚至引发安全事故。故①正确；
②串联电路电流处处相等，熔丝和铜丝是串联在干路中的，所以通过熔丝的电流等于通过铜丝的电流。故②错误；
③已知熔丝电阻大于铜丝，通过的电流相同，由焦耳定律Q＝I2Rt知，在相同时间，熔丝产生的热量多。故③正确；
④并联电路中，干路电流等于各支路电流之和，随着支路开关依次闭合，干路电流逐渐增大，熔丝最终熔断，说明电流通过导体产生的热量与电流强度有关。故④正确。
7．如图所示是探究电流产生热量与电阻的大小是否有关的实验装置。烧瓶内装有质量和初温均相同的煤油，且R甲小于R乙．下列分析不合理的是（ ）
A．加热相同的时间，乙装置中温度计的示数上升得更高
B．用温度计便于直观比较两者产生热量的多少
C．在此实验中，去掉电流表也能完成实验
D．烧瓶内的液体选用煤油而不是水，是因为水更容易导电
【答案】D。
【解析】A、加热相同的时间，由于串联电路，电流也相同，电阻越大，产生的热量越多，乙的电阻大，产生的热量多，加热相同的煤油，则乙装置中温度计的示数上升得更高，故A正确；
B、实验中采用了转换法，用温度计便于直观比较两者产生热量的多少，故B正确；
C、在此实验中，去掉电流表后，由于该电路为串联电路，通过甲乙的电流是相同的，故也能完成实验，故C正确；
D、烧瓶内的液体选用煤油而不是水，是因为煤油的比热容较小，在吸收相同热量时，煤油的温度变化大，易于观察，故D错误。
8．如图为探究“焦耳定律”的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，U型管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。将容器中的电阻丝R1、R2串联在电路中，且R1＜R2．下列说法正确的是（ ）
A．该实验装置用于探究“电压和通电时间一定时，电热与电阻的关系”
B．闭合开关后，通过R1的电流大于R2的电流
C．闭合开关后，甲管中液面上升比乙慢
D．闭合开关后，要使电流增大，应将滑动变阻器滑片P向左移动
【答案】C。
【解析】A、图中两电阻串联，通过的电流和通电时间相等，而电阻不同，故可研究电流产生的热量与电阻的关系，AB错误；
C、根据Q＝I2Rt，因R1＜R2．故右边容器中电阻丝产生的热量多，由转换法，甲管中液面上升比乙慢，C正确；
D、闭合开关后，要使电流增大，由欧姆定律，要减小电路的电阻，故应将滑动变阻器滑片P向右移动，D错误。
9．如图所示为一种新型电器﹣﹣无叶空气净化暖风器，兼具风扇、制暖和空气净化的功能，其制暖功率为2kW．如果要将一个普通卧室的温度从5℃提升到20℃，请估算该电器至少需要工作多长时间（不计热量损失，已知空气的密度约为1.3kg/m3，比热容约为1.0×103J/（kg•℃）（ ）
A．2minB．7minC．15minD．20min
【答案】B。
【解析】一个普通卧室的空气体积约为V＝6m×3m×3m＝54m3，
空气质量m＝ρ空气V＝1.3kg/m3×54m3＝70.2kg，
温度从5℃提升到20℃，吸收热量Q＝cm△t＝1.0×103J/（kg•℃）×70.2kg×（20℃﹣5℃）＝1.053×106J
不计热量损失，W＝Q＝1.053×106J，
由P＝可得，t＝＝＝526.5s＝8.775min，与B选项接近。
10．小黄家中新购置了一台挂式电热水器，他查看了电热水器说明书后，将电热水器内部电路结构简化成如图所示电路图，该热水器设有高，中，低三档，电热丝R1＝48.4Ω，电热丝R2＝24.2Ω，容积为20L，使水从20℃加热到70℃，下列说法不正确的是[水的比热容为4.2×103J/（kg⋅℃）]（ ）
A．开关S、S1闭合，S2断开，处于低温档
B．水从20℃加热到70℃需要吸收的热量4.2×106J
C．若利用中温档加热需要4200s，则电热转化效率为50%
D．高温档的加热功率2800W
【答案】D。
【解析】A、由电路图可知，开关S、S1闭合，S2断开，电路中电阻最大，由P＝可知，功率最小，热水器处于低温档，故A正确；
B、由ρ＝可得，水的质量m＝ρV＝1.0×103kg/m3×20×10﹣3m3＝20kg，
水从20℃加热到70℃需要吸收的热量Q＝cm△t＝4.2×103J/（kg⋅℃×20kg×（70℃﹣20℃）＝4.2×106J，故B正确；
C、由电路图可知，开关S、S2闭合，S1断开，电热丝R2接入电路，根据P＝可知，为中温挡；
中温档功率P中温＝＝＝2000W，
利用中温档加热4200s，需要消耗电能W＝P中温t＝2000W×4200s＝8.4×106J，
电热转化效率η＝×100%＝×100%＝50%，故C正确；
D、闭合S、S1、S2时，R1与R2并联，电路的总电阻最小，由P＝可知，电路的总功率最大，热水器处于高档，
低温档的加热功率P低温＝＝＝1000W，
高温档的加热功率P高温＝P低温+P中温＝1000W+2000W＝3000W．故D错误。
二．填空题（共5小题）
11．1840年英国物理学家 焦耳 最先确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系，可用公式Q＝I2Rt表示。由公式可知道，当电流和时间一定时，电流通过导体产生的热量与电阻成 正比 （选填“正比”或“反比”）
【答案】焦耳；正比。
【解析】英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系；
焦耳定律的内容为：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，即Q＝I2Rt；
则当电流和时间一定时，电流通过导体产生的热量与电阻成正比。
12．某电动标有“220V、1100W”的电动机，电阻为4Ω，若该电动机正常工作，则1min内产生的热量是 6000 J，10s内该电动机消耗的电能为 11000 J。
【答案】6000；11000。
【解析】电动机上标有“220V、1100W”，则其正常工作时的电流为：I＝＝＝5A；
电动机正常工作，则1min内产生的热量是：Q＝I2Rt＝（5A）2×4Ω×60s＝6000J；
10s内该电动机消耗的电能为：W＝Pt＝1100W×10s＝11000J；
13．如图是探究电流通过导体产生热量跟什么因素有关的实验装置，图甲所示的装置是用来探究电流产生的热量与 电阻 （填“电阻”或“电流”）的关系，该装置中电阻R1、R2两端电压之比为 1：2 ；若通过R1的电流为0.5A，则1min内电流通过R2产生的热量为 150 J；装置乙中电阻R3、R4产生的热量之比为 4：1 。
【答案】电阻；1：2；150； 4：1。
【解析】由图甲可知，两个电阻串联，电流相同，通电时间也相同，电阻不同，故探究的是电流产生的热量与电阻的关系；
电流相同，电阻不同，根据U＝IR可知，电压之比等于电阻之比，故电压之比为1：2；
1min内电流通过R2产生的热量：Q2＝I22R2t＝（0.5A）2×10Ω×60s＝150J；
图乙中，R4与R5并联后，再与R3串联，由于R4与R5的阻值相同，通过的电流相同，则通过R3电流为通过R3电流的2倍，电阻相同，根据Q＝I2Rt可知，电阻R3、R4产生的热量之比为4：1；
14．某家用电热水壶的额定功率是1.68kW，正常工作3min，该电热水壶可将1.5kg初温为20℃的水加热到 68 ℃．[标准大气压下且不计热量损失，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
【答案】68。
【解析】由P＝可得，电热水壶正常工作3min消耗的电能为：
W＝Pt＝1680W×3×60s＝3.024×105J；
不计热量损失，W＝Q＝3.024×105J；
根据Q＝cm（t﹣t0）可得：
t＝+t0＝+20℃＝68℃。
15．某型号电热水器有加热和保温两档，如图所示为其内部电路原理图，当开关S接触点1时，该电热水器处于 加热 （填“保温”或“加热”）状态。若电热水器的加热功率为2100W，要将50kg的水从20℃加热到60℃，需要加热 4×103 s．[不计能量的损失，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
【答案】加热；4×103。
【解析】（1）由甲图可知，开关S接触点1时，只有R1连入电路中，S接触点2时，两电阻串联，
所以，开关接触点1时，电路的电阻较小，电源电压一定，由P＝可知，功率较大，则此时电饭煲处于加热状态；
（2）水吸收的热量Q＝cm△＝4.2×103J/（kg•℃）×50kg×（60℃﹣20℃）＝8.4×106J，
不计能量的损失，W＝Q＝8.4×106J，
由P＝可得，需要加热时间t＝＝＝4×103s，
三．实验探究题（共5小题）
16．小罗和小兰想利用如图所示的装置探究“导体产生的热量与电阻大小的关系”。两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，烧瓶A中的金属丝是铜丝，烧瓶B中的金属丝是镍铬合金丝，温度计显示煤油的温度。
（1）这两个烧瓶中所盛煤油的质量应该 相等 。
（2）实验时，为了保证电流和通电时间相同，应将铜丝和镍铬合金丝 串联 接入电路中。
（3）实验中，小罗发现B烧瓶中温度计的示数升高的快。这表明：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。
（4）小兰设计了一个如图所示的电路图，她打算把R1和R2两根电阻丝分别放入AB两瓶中进行试验，请问，她研究的可能是导体产生的热量与 电流 大小的关系。
【答案】（1）相等；（2）串联；（3）大；（4）电流。
【解析】（1）导体产生的热量被煤油吸收，通过温度计升高的示数反映产生热量的多少，所以煤油的质量应相等。
（2）因为串联电路中电流处处相等，故将铜丝和镍铬合金丝串联接入电路中，可以保证电流和通电时间相等。
（3）烧瓶B中的金属丝是镍铬合金丝，电阻大，在电流和通电时间相等时，产生的热量多，所以B瓶中温度计的示数升高得快，
说明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。
（4）小兰将R2与R3并联；后与R1串联，将R1和R2分别放入两瓶中，两个电阻的阻值相同，通过R1和R2的电流不同，
故她研究的可能是导体产生的热量与电流大小的关系。
17．如图所示，2个烧瓶内装满煤油，瓶塞上各插1根完全相同的玻璃管，瓶内各装1根阻值分别为Ra和Rb（已知Ra＞Rb）的电阻丝，将2根电阻丝串联在电路中，标出2根玻璃管内液面的位置。
（1）要比较2根电阻丝放出热量的多少，只要比较 2根玻璃管内液面上升的高度 。
（2）闭合开关，记下电流表的读数。经过一段时间后，标出2根玻璃管内液面的位置。可以看到，烧瓶甲中玻璃管内液面上升得较多。由上述实验现象，可得出什么结论？ 当通电时间和电流相等时，电流产生的热量跟电阻有关，电阻越大，热量越多 。
（3）当2根玻璃管中的液面降回到原来的高度后，将滑动变阻器的滑片向左移动一段距离，闭合开关，记下电流表的读数。经过与第一次相同时间的通电后，标出2根玻璃管内液面的位置。发现2根玻璃管内液面上升的高度都比前一次实验中上升的高度要高。由上述实验现象，可得出什么结论？
【答案】（1）2 根玻璃管内液面上升的高度；
（2）当通电时间和电流相等时，电流产生的热量跟电阻有关，电阻越大，热量越多；
（3）当通电时间和电阻相等时，电流产生的热量跟电流大小有关，电流越大，热量越多。
【解析】（1）液体吸收热量后会膨胀，吸收的热量越多，体积越大，电流产生的热量不能用眼睛直接观察，可以通过2 根玻璃管内液面上升的高度来反映，这是转换法；
（2）该电路为串联电路，电流和通电时间是相同的，电阻不同，Ra＞Rb，烧瓶甲中玻璃管内液面上升得较多，表明甲中电阻放出的热量多，故结论为：当通电时间和电流相等时，电流产生的热量跟电阻有关，电阻越大，热量越多；
（3）将滑动变阻器的滑片向左移动一段距离，则滑动变阻器的电阻减小，根据欧姆定律可知，电路中的电流变大，对于甲或乙，电阻不变，电流变大，液面升的高度高，表明电阻放出的热量多，故结论为：当通电时间和电阻相等时，电流产生的热量跟电流大小有关，电流越大，热量越多。
18．某实验小组在“探究影响电流通过电阻丝产生热量多少的因素”时，设计了如图所示的电路，烧瓶中盛有质量、初温均相等的煤油，电阻丝R甲＞R乙．
（1）为了在较短的时间内达到明显的实验效果，选用煤油而不用水，主要是由于 煤油的比热容小，现象更明显 ；实验中煤油吸热的多少是通过 温度计示数的变化 来反映的（选填“温度计示数的变化”或“加热时间”）。
（2）如图所示电路，通电4min后，比较两烧瓶中温度计的示数，发现甲瓶中的温度计示数升高的快，由此得出的实验结论是： 电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多 。
（3）完成实验后，小明还想利用该装置探究“水和煤油的吸热能力”，为了完成实验，还需要添加的测量工具是 天平 ，目的是 称量质量相等的水和煤油 ，为了使相同时间内水和煤油吸收的热量相等，小明设计的电路必须满足的条件是 R甲＝R乙 。
【答案】（1）煤油的比热容小，现象更明显；温度计示数的变化；（2）电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多；（3）天平；称量质量相等的水和煤油； R甲＝R乙 。
【解析】（1）根据△t＝，相同质量的水和煤油吸热相同，因为煤油的比热容小，故现象更明显，故为了在较短的时间内达到明显的实验效果，选用煤油而不用水；根据转换法，实验中煤油吸热的多少是通过温度计示数的变化来反映的；
（2）如图所示电路，两电阻串联，通过的电流相同，通电4min后，发现甲瓶中的温度计示数升高的快，根据转换法，说明甲中电阻丝产生的热量多，因电阻丝R甲＞R乙，由此得出的实验结论是：电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多；
（3）完成实验后，小明还想利用该装置探究“水和煤油的吸热能力”，根据比较不同物质吸热能力的两种方法，要控制不同物质的质量相同，故为了完成实验，还需要添加的测量工具是天平，目的是称量质量相等的水和煤油，为了使相同时间内水和煤油吸收的热量相等，根据Q＝I2Rt，小明设计的电路必须满足的条件是R甲＝R乙。
19．如图所示，在研究“电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”时，将电阻丝R1、R2、R3分别装在甲、乙、丙三个相同的透明容器中，容器中密封着等量的空气，橡胶管将密闭容器和装有红色液体的U形玻璃管相连，容器内电阻丝的电阻R1＝10Ω、R2＝R3＝5Ω；另有一个阻值为5Ω的电阻丝在容器外部，与R3电阻丝并联。
（1）若要探究导体产生的热量的多少与电流大小是否有关，则应选用 乙丙 两容器及其相连的U形管比较，正确结论是：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。
（2）若要探究导体产生的热量的多少与电阻大小是否有关，则应选用 甲乙 两容器及其相连的U形管比较，正确的结论是：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。
（3）通电一段时间后， 甲 容器相连的U形管中两侧的液面高度差变化最大。
【答案】（1）乙丙；电流；（2）甲乙；电阻；（3）甲。
【解析】（1）要探究导体产生的热的多少与电流大小是否有关，应控制电阻和通电时间一定，而电流不同；乙、丙两容器中的电阻相同，但通过的电流不同（电阻丝R3在支路上，其电流小于通过R2的电流），所以应选用乙和丙两容器及其相连的U形管比较；
（2）要探究导体产生的热的多少与电阻大小是否有关，应控制电流和通电时间一定，而电阻不同，由图可知应选用甲和乙两容器及其相连的U形管比较；由Q＝I2Rt可知，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；
（3）电阻丝R1在干路上，通过的电流大，且R1的阻值最大，所以，通电一段时间后，由Q＝I2Rt可知，甲容器相连的U形管中两侧的液面高度差变化最大。
20．如图甲是小奇探究“影响电流热效应因素”的实验装置图。
（1）如图甲所示的装置中小奇通过观察 细玻璃管中红色液柱上升的情况 来反映电流产生热量的多少；通电一段时间后，可知R1电阻产生热产生热量多，由此可以说明： 在电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多 。
（2）实验过程中，小奇发现实验现象并不明显，可能的原因是 装置的气密性不好 （一条即可）。
（3）利用图甲小奇同学想“探究电流热效应与电流的关系”，请写出你需要收集的证据 相同时间、同一电阻、不同的两个电流、对应的红色液柱上升的高度 。
（4）小奇用如图甲所示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流的关系图象，根据焦耳定律可知，图乙中能正确反映h﹣l关系的是 A 。
【答案】（1）细玻璃管中红色液柱上升的情况；在电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多；（2）装置的气密性不好；（3）相同时间、同一电阻、不同的两个电流、对应的红色液柱上升的高度；（4）A。
【解析】（1）电流产生的热量不容易直接测出，实验中，产生的热量用来加热相同的液体，液体的液柱上升的越高，表明该液体的温度越高，吸热越多，故实验中通过观察玻璃管中红色液柱上升的情况来比较吸收热量的多少；
通电时间相同，电路是串联电路，电流也是相同的，可知R1电阻产生热产生热量多，故实验结论为：在电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多；
（2）实验中气球膨胀差别不大，原因很多：可能是装置漏气，还可能是R1、R2的阻值大小相近等；
（3）探究电流热效应与电流的关系时，应控制通电时间、电阻相同，电流的大小不同，产生的热量不同，液柱上升的高度也不同，故需要搜集的证据有：相同时间、同一电阻、不同的两个电流、对应的红色液柱上升的高度；
（4）小红用如图3示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，要控制电阻与通电时间相同，经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流的关系图象，根据转换法，煤油吸热越多，膨胀程度越大，液柱升高的越多，且膨胀程度与吸热多少成正比，
根据焦耳定律可知，Q＝I2Rt﹣﹣﹣﹣﹣①，Rt常数，且Rt＞0，故由数学知识①式为Q关于I的抛物线，且开向上，图中能正确反映h﹣I关系的是A。
四．计算题（共5小题）
21．如图甲是某学校使用的电开水器铭牌，图乙是其电路原理图（R1、R2都是加热电阻），开关S连接a、b处实现加热和保温功能。水箱装满20℃的水后连续正常加热21min，水的温度由20℃升高到50℃．已知ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃）。求：
（1）加热过程中水吸收的热量；
（2）此过程电开水器的热效率；
（小数点后保留一位小数）
（3）R1和R2的阻值。
【答案】见解析
【解析】（1）由ρ＝，水的质量：
m水＝ρ水V＝1.0×103kg/m3×50×10﹣3m3＝50kg，
水的温度由20℃升高到50℃，水吸收的热量：
Q吸＝c水m水（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×50kg×（50℃﹣20℃）＝6.3×106J。
（2）电开水器消耗的电能：
W＝P1t1＝5500W×21×60s＝6.93×106J，
则电开水器的热效率：
η＝×100%＝×100%≈90.9%。
（3）开关S接a时，只有电热丝R1接入电路，开关S接b时，电热丝R1和R2串联接入电路，
因串联电路电阻大于其中任一电阻，根据P＝可知，开关S接a时为加热状态，开关S接b时为保温状态，
由P＝得，R1的阻值：
R1＝＝＝8.8Ω。
串联电路总电阻：
R＝＝＝48.4Ω；
根据串联电路电阻特点可知，R2的阻值：
R2＝R﹣R1＝48.4Ω﹣8.8Ω＝39.6Ω。
答：（1）加热过程中水吸收的热量为6.3×106J；
（2）此过程电开水器的热效率为90.9%；
（3）R1和R2的阻值分别为8.8Ω和39.6Ω。
22．洗碗机是自动清洗餐具的机器，某型号家用洗碗机工作程序为首先给水箱注水，当水注满时，停止注水并自动加热，水温上升到50℃即停止加热，洗涤程序启动，热水从喷管喷出对餐具清洗、喷淋，直到洗涤过程结束，排水泵启动，将水箱中的废水排出，图甲为该洗碗机的等效加热电路图，R为发热电阻，其中位于水箱上部的两个导电块A、B组成一个开关，具有注满水自动加热功能（通常水是导体），图乙为该洗碗机某次正常工作时的P﹣t图象，设水箱中的水温为20℃，加热效率为80%。
（1）不计水的电阻，求发热电阻R的阻值
（2）该洗碗机正常洗一次碗消耗的电能是多少？
（3）已知人工洗一次碗用18kg的水，则改用洗碗机洗碗，一次可以节约多少kg的水？
【答案】见解析
【解析】（1）由图乙可知，洗碗机加热时的功率P加热＝1000W，
由P＝UI＝可得，发热电阻的阻值：
R＝＝＝48.4Ω；
（2）洗碗机注水时不消耗电能，
由图乙可知，洗碗机加热时的功率为1000W，工作的时间为21min，洗碗机加热时消耗的电能：
W加热＝P加热t加热＝1000W×21×60s＝1.26×106J，
洗碗机清洗喷淋时的功率为120W，工作时间为60min，洗碗机清洗喷淋时消耗的电能：
W清喷＝P清喷t清喷＝120W×60×60s＝4.32×105J，
洗碗机排水的功率为60W，工作的时间为1min，
由P＝可得，洗碗机排水时消耗的电能：
W排＝P排t排＝60W×60s＝3.6×103J，
该洗碗机正常洗一次碗消耗的电能：
W＝W加热+W清喷+W排＝1.26×106J+4.32×105J+3.6×103J＝1.6956×106J；
（3）由η＝×100%可得，加热过程中水吸收的热量：
Q吸＝W加热η＝1.26×106J×80%＝1.008×106J，
由Q吸＝cm（t﹣t0）可得，水箱注满水时水的质量：
m水＝＝＝8kg，
人工洗一次碗用18kg的水，则改用该洗碗机洗碗，一次可以节约水的质量：
△m＝m水′﹣m水＝18kg﹣8kg＝10kg。
答：（1）发热电阻为48.4Ω；
（2）该洗碗机正常洗一次碗消耗的电能是1.6956×106J；
（3）已知人工洗一次碗用18kg的水，则改用洗碗机洗碗，一次可以节约10kg的水。
23．如图是安装在武汉某地铁站内的一种即热式节能饮水机的原理图。烧开的水很烫不能立即饮用，即热式节能饮水机中的热交换套管很好地解决了这一问题，它的奥秘在于将进水管与出水管贴在一起，利用进水管中的冷水给出水管中的开水降温，同时，进水管中的冷水被预热后送到加热腔中用电加热器烧开。如图所示，当节能饮水机的出水流量为1.8L/min时20℃的自来水经热交换套管后被预热成80℃的热水流进加热腔，同时有相同质量的100℃的开水从加热腔流进热交换套管变成可供直接饮用的温开水流出。
（1）可供直接饮用的温开水的温度是多少℃？（不计热交换套管中的热损失）
（2）若电加热器的效率为90%，则电加热器每分钟释放的热量为多少J？
【答案】见解析
【解析】（1）由题意，20℃的自来水经热交换套管后被预热成80℃，同时相同质量的100℃的开水从加热腔流进热交换套管后变为温开水流出，
所以，不计热损失时，根据热平衡方程，冷水吸收的热量和热水放出的热量相等，
由Q＝cm△t可得：cm（80℃﹣20℃）＝cm（100℃﹣t），
解得：t＝40℃；
（2）由饮水机的出水流量为1.8L/min可知，每分钟加热水的体积：
V＝1.8L＝1.8×10﹣3m3，
由ρ＝可得，水的质量：
m′＝ρV＝1.0×103kg/m3×1.8×10﹣3m3＝1.8kg，
水吸收的热量：
Q吸＝cm′（t2﹣t1）
＝4.2×103J/（kg•℃）×1.8kg×（100℃﹣80℃）
＝1.512×105J，
由η＝×100%可得，电加热器每分钟释放的热量为：
Q放＝＝＝1.68×105J。
答：（1）可供直接饮用的温开水的温度是40℃；
（2）若电加热器的效率为90%，则电加热器每分钟释放的热量为1.68×105J。
24．如图是小芳设计的可调式电热水器的工作原理图，电路由电热管R和可调电阻器R0组成。电热水器的工作电压为220V，电热管R的最大加热功率为1100W．电热管R的阻值不变。可调电阻器R0的阻值范围是0～132Ω．求：
（1）电热管的阻值R为多少？
（2）最大加热功率下，电热转化效率是90%的电热水器，工作10min，水吸收的热量是多少？
（3）电热水器的最小加热功率是多大？
【答案】见解析
【解析】（1）如图，R0滑片移到最左端时，电路中只有电热管R工作，电路中电阻最小，由P＝可知此时电热管的加热功率最大，
由P＝可得电热管的阻值：
R＝＝＝44Ω；
（2）最大加热功率下，由P＝可得，工作10min，消耗的电能：
W＝P最大t＝1100W×10×60s＝6.6×105J，
由η＝可得，水吸收的热量：
Q吸＝ηW＝90%×6.6×105J＝5.94×105J，
（3）R0的滑片移到最右端时，R0全连入，此时电路中电阻最大，电流最小，电热管的加热功率最小，
总电阻：R总＝R+R0最大＝44Ω+132Ω＝176Ω，
此时电路中电流：I＝＝＝1.25A，
则电热水器的最小加热功率：
P最小＝I2R＝（1.25A）2×44Ω＝68.75W。
答：（1）电热管的阻值R为44Ω；
（2）水吸收的热量是5.94×105J，
（3）电热水器的最小加热功率是68.75W。
25．某品牌电热水器有高温、中温和低温三挡，简化电路如图所示R1、R2均为加热电阻（温度对电阻的影响忽略不计），热水器中温档功率为1000W，低温档功率500W．若电热水器中已装满质量为40kg、温度为25℃的水，它能够把水加热到的最高温度为75℃，已知水的比热容c＝4.2×103J/（kg•℃），电源电压为220V．求：
（1）用该电热水器把40kg、25℃的水加热到最高温度需要吸收的热量。
（2）R1、R2的电阻值。
（3）高温档的电功率。
（4）若加热电阻产的热量有84%被水吸收，用该电热水器把40kg、25℃的水加热到最高温度，用高温档需加热多长时间？
【答案】见解析
【解析】（1）水加热到最高温度时需要吸收的热量：
Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×40kg×（75℃﹣25℃）＝8.4×106J；
（2）由电路图可知，当S1断开，S2接b时，R1、R2串联，电路总电阻最大，
电源电压U一定，由P＝UI＝可知，此时总功率最小，电热水器处于低温档；
同理可知，当S1闭合，S2接a时，R1、R2并联，总电阻最小，总功率最大，电热水器处于高温档，
所以，当S1闭合，S2接b时，只有R1连入电路，此时电热水器处于中温档，
则电热丝Rl的阻值：
R1＝＝＝48.4Ω，
低温档时电路的总电阻：
R＝＝＝96.8Ω，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以，R2的电阻值：
R2＝R﹣R1＝96.8Ω﹣48.4Ω＝48.4Ω；
（3）当S1闭合，S2接a时，R1、R2并联，电热水器处于高温档，
因并联电路中各支路两端的电压相等，
所以，高温档的电功率：
P高＝+＝+＝2＝2P中＝2×1000W＝2000W；
（4）由η＝×100%可得，加热水消耗的电能：
W＝＝＝1×107J，
由P＝可得，用高温档需要的加热时间：
t′＝＝＝5000s。
答：（1）用该电热水器把40kg、25℃的水加热到最高温度需要吸收的热量为8.4×106J；
（2）R1、R2的电阻值均为48.4Ω；
（3）高温档的电功率为2000W；
（4）若加热电阻产的热量有84%被水吸收，用该电热水器把40kg、25℃的水加热到最高温度，用高温档需加热5000s。
1．把一个标有“10V3W”的小灯泡和定值电阻R串联后接在电压为12V的电源上（如图所示），小灯泡恰能正常工作。该电路工作10s定值电阻产生的热量是（ ）
A．60JB．36JC．30JD．6J
【答案】D。
【解析】（1）由P＝UI可得，灯泡正常发光时的电流：
IL＝＝＝0.3A；
（2）因串联电路中总电压等于各分电压之和，且小灯泡正常发光，
所以，R两端的电压：
UR＝U﹣UL＝12V﹣10V＝2V，
因串联电路中各处的电流相等，该电路工作10s定值电阻产生的热量：
Q＝W＝URIt＝2V×0.3A×10s＝6J。
2．如图所示，2只烧瓶内装有煤油，瓶塞上各插1根玻璃管，瓶内各装1根阻值不同的电阻丝R甲和R乙．则利用该实验装置难以完成探究的是（ ）
A．电流通过电热丝时产生的热量跟电热丝的阻值大小有关
B．电流通过电热丝时产生的热量跟通过电热丝的电流大小有关
C．电流通过电热丝时产生的热量跟电热丝的通电时间长短有关
D．电流通过导体时产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻、通电时间成正比
【答案】D。
【解析】A、由图可知，该电路为串联电路，电路中的电流是相同的，通电时间也相同，电阻不同，故可以探究电流通过电热丝时产生的热量跟电热丝的阻值大小是否有关，故A能完成；
B、图中有滑动变阻器，移动滑片，可以改变电流的大小，故可以探究电流通过电热丝时产生的热量跟通过电热丝的电流大小是否有关，故B能完成；
C、实验中，可以通过控制开关来控制通电时间的长短，来判定产生热量与通电时间的关系，故C能完成；
D、实验中可以探究电流产生的热量与电阻、通电时间、电流大小的关系，但不能得出具体的数字关系，故D不能完成。
3．如图实验装置可用于探究“电流通过导体产生热量的多少与电阻大小的关系”。实验装置中，两根电阻丝R1（5Ω）、R2（10Ω）串联后分别放入两个相同的封闭空气盒中；两个空气盒各自连接一个相同的U形管，两U形管装有同种液体并封闭等量的空气，且两U形管内的各液面相平。下列说法正确的是（ ）
A．该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反映电阻丝产生热量的多少
B．通电一段时间后，会发现左侧U形管的液面高度差小于右侧U形管
C．两侧空气盒与U形管中装等量的煤油也可以完成探究任务，且更节省时间
D．利用该实验装置无法探究“电流通过导体产生热量的多少与通电时间长短的关系”
【答案】B。
【解析】A、电热丝对空气盒内的空气加热，空气受热膨胀，会推动U型管内的液柱变化，通过液柱的变化可以判定电阻产生热量的多少，故A错误；
B、由Q＝I2Rt可知，在电路和通电时间相同时，右侧电阻较大，产生的热量较多，左侧U形管的液面高度差小于右侧U形管，故B正确；
C、煤油的比热容远远高于空气的比热容，在吸收相同的热量时，温度变化较小，体积变化较小，U型管内的液柱变化不明显，利用煤油更浪费时间，故C错误；
D、实验中可以通过开关来控制加热的时间，能探究电流通过导体产生热量的多少与通电时间长短的关系，故D错误。
4．如图是研究电流产生热量实验装置的一部分，两个透明容器内密封着等质量、同温度的空气，容器内的电热丝阻值不同，在通电时间相同的情况下，观察两个U形管中液面高度的变化。下列判断正确的是（ ）
A．如果甲比乙升高快，则通过甲容器中电阻的电流一定大
B．如果甲比乙升高快，则通过甲容器中的电阻一定大
C．如果甲比乙升高慢，则通过甲容器中电阻两端的电压一定大
D．该装置探究的是“通电导体产生的热量与电流的关系
【答案】B。
【解析】A、如果甲比乙升高快，只能表明甲产生的热量要多于乙产生的热量，由图可知，两个电阻串联在电路中，各处的电流是相同的，故A错误；
B、根据公式Q＝I2Rt可知，在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多，如果甲比乙升高快，则通过甲容器中的电阻一定大，故B正确；
C、如果甲比乙升高慢，根据公式Q＝I2Rt可知，在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多，如果甲比乙升高慢，则通过甲容器中的电阻一定小，根据U＝IR可知，甲的电压小，故C错误；
D、由图可知，两个电阻串联，电流和通电时间相同，电阻不同，故探究的是热量与电阻大小的关系，故D错误。
5．如图所示，两个透明容器中密闭着等量的空气，A，B两U形管内的液面相平，电阻丝的电阻R1＝R2＝R3．小明用图示装置进行实验，探究电流通过导体时产生的热量Q跟什么因素有关，下列说法正确的是（ ）
A．此实验在探究电热Q与电阻R是否有关
B．通过R1的电流和通过R2的电流大小相等
C．电阻R1两端的电压和R2两端的电压相等
D．通电后，A管的液面将会比B管的液面高
【答案】D。
【解析】由题知，电阻丝的电阻R1＝R2＝R3；
A、装置中R2、R3并联后再与R1串联，通过R1的电流I1＝I2+I3，而I2＝I3，所以右边容器中通过R3的电流I3是左侧通过R1电流的一半，即是研究电流产生的热量与电流的关系，故A错误；
B、由图知，通过R1的电流I1＝I2+I3，而I2＝I3，所以通过电阻R1和R2的电流不相等，故B错误；
C、已知R1＝R2＝R3，所以R2、R3并联后的总电阻是R2＝R1，由于串联电路中，用电器两端电压与其阻值成正比，所以电阻R1两端的电压大于R2两端的电压，故C错误；
D、左右两容器中的电阻相同，而通过电阻R1的电流大于R2的电流，通电时间相同，由Q＝I2Rt可知，A容器中电阻R1产生的热量多，则A管的液面将会比B管的液面高，故D正确。
6．如图所示，在接线柱间接入熔丝和铜丝，熔丝电阻大于铜丝。接通电源，闭合开关S，依次闭合各小灯泡支路的开关，可以看到电流表的示数逐渐增大；再闭合电炉丝支路的开关时，会发现熔丝被熔断。下列说法正确的是（ ）
①实验说明电路超负荷运行会引起安全事故
②实验中通过熔丝的电流大于铜丝
③通电相同的时间，熔丝所产生的热量多于铜丝
④随着支路开关依次闭合，熔丝最终熔断说明电流通过导体产生的热量与电流强度有关
A．只有①②B．只有①③④C．只有②③④D．①②③④都正确
【答案】B。
【解析】①由图知，小灯泡和电炉丝是并联的，并联电路干路电流等于各支路电流之和，所以同时工作的用电器越多，干路电流越大，干路导线产生的热量越多，达到一定程度，会引起熔丝熔断，甚至引发安全事故。故①正确；
②串联电路电流处处相等，熔丝和铜丝是串联在干路中的，所以通过熔丝的电流等于通过铜丝的电流。故②错误；
③已知熔丝电阻大于铜丝，通过的电流相同，由焦耳定律Q＝I2Rt知，在相同时间，熔丝产生的热量多。故③正确；
④并联电路中，干路电流等于各支路电流之和，随着支路开关依次闭合，干路电流逐渐增大，熔丝最终熔断，说明电流通过导体产生的热量与电流强度有关。故④正确。
7．如图所示是探究电流产生热量与电阻的大小是否有关的实验装置。烧瓶内装有质量和初温均相同的煤油，且R甲小于R乙．下列分析不合理的是（ ）
A．加热相同的时间，乙装置中温度计的示数上升得更高
B．用温度计便于直观比较两者产生热量的多少
C．在此实验中，去掉电流表也能完成实验
D．烧瓶内的液体选用煤油而不是水，是因为水更容易导电
【答案】D。
【解析】A、加热相同的时间，由于串联电路，电流也相同，电阻越大，产生的热量越多，乙的电阻大，产生的热量多，加热相同的煤油，则乙装置中温度计的示数上升得更高，故A正确；
B、实验中采用了转换法，用温度计便于直观比较两者产生热量的多少，故B正确；
C、在此实验中，去掉电流表后，由于该电路为串联电路，通过甲乙的电流是相同的，故也能完成实验，故C正确；
D、烧瓶内的液体选用煤油而不是水，是因为煤油的比热容较小，在吸收相同热量时，煤油的温度变化大，易于观察，故D错误。
8．如图为探究“焦耳定律”的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，U型管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。将容器中的电阻丝R1、R2串联在电路中，且R1＜R2．下列说法正确的是（ ）
A．该实验装置用于探究“电压和通电时间一定时，电热与电阻的关系”
B．闭合开关后，通过R1的电流大于R2的电流
C．闭合开关后，甲管中液面上升比乙慢
D．闭合开关后，要使电流增大，应将滑动变阻器滑片P向左移动
【答案】C。
【解析】A、图中两电阻串联，通过的电流和通电时间相等，而电阻不同，故可研究电流产生的热量与电阻的关系，AB错误；
C、根据Q＝I2Rt，因R1＜R2．故右边容器中电阻丝产生的热量多，由转换法，甲管中液面上升比乙慢，C正确；
D、闭合开关后，要使电流增大，由欧姆定律，要减小电路的电阻，故应将滑动变阻器滑片P向右移动，D错误。
9．如图所示为一种新型电器﹣﹣无叶空气净化暖风器，兼具风扇、制暖和空气净化的功能，其制暖功率为2kW．如果要将一个普通卧室的温度从5℃提升到20℃，请估算该电器至少需要工作多长时间（不计热量损失，已知空气的密度约为1.3kg/m3，比热容约为1.0×103J/（kg•℃）（ ）
A．2minB．7minC．15minD．20min
【答案】B。
【解析】一个普通卧室的空气体积约为V＝6m×3m×3m＝54m3，
空气质量m＝ρ空气V＝1.3kg/m3×54m3＝70.2kg，
温度从5℃提升到20℃，吸收热量Q＝cm△t＝1.0×103J/（kg•℃）×70.2kg×（20℃﹣5℃）＝1.053×106J
不计热量损失，W＝Q＝1.053×106J，
由P＝可得，t＝＝＝526.5s＝8.775min，与B选项接近。
10．小黄家中新购置了一台挂式电热水器，他查看了电热水器说明书后，将电热水器内部电路结构简化成如图所示电路图，该热水器设有高，中，低三档，电热丝R1＝48.4Ω，电热丝R2＝24.2Ω，容积为20L，使水从20℃加热到70℃，下列说法不正确的是[水的比热容为4.2×103J/（kg⋅℃）]（ ）
A．开关S、S1闭合，S2断开，处于低温档
B．水从20℃加热到70℃需要吸收的热量4.2×106J
C．若利用中温档加热需要4200s，则电热转化效率为50%
D．高温档的加热功率2800W
【答案】D。
【解析】A、由电路图可知，开关S、S1闭合，S2断开，电路中电阻最大，由P＝可知，功率最小，热水器处于低温档，故A正确；
B、由ρ＝可得，水的质量m＝ρV＝1.0×103kg/m3×20×10﹣3m3＝20kg，
水从20℃加热到70℃需要吸收的热量Q＝cm△t＝4.2×103J/（kg⋅℃×20kg×（70℃﹣20℃）＝4.2×106J，故B正确；
C、由电路图可知，开关S、S2闭合，S1断开，电热丝R2接入电路，根据P＝可知，为中温挡；
中温档功率P中温＝＝＝2000W，
利用中温档加热4200s，需要消耗电能W＝P中温t＝2000W×4200s＝8.4×106J，
电热转化效率η＝×100%＝×100%＝50%，故C正确；
D、闭合S、S1、S2时，R1与R2并联，电路的总电阻最小，由P＝可知，电路的总功率最大，热水器处于高档，
低温档的加热功率P低温＝＝＝1000W，
高温档的加热功率P高温＝P低温+P中温＝1000W+2000W＝3000W．故D错误。
二．填空题（共5小题）
11．1840年英国物理学家 焦耳 最先确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系，可用公式Q＝I2Rt表示。由公式可知道，当电流和时间一定时，电流通过导体产生的热量与电阻成 正比 （选填“正比”或“反比”）
【答案】焦耳；正比。
【解析】英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系；
焦耳定律的内容为：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，即Q＝I2Rt；
则当电流和时间一定时，电流通过导体产生的热量与电阻成正比。
12．某电动标有“220V、1100W”的电动机，电阻为4Ω，若该电动机正常工作，则1min内产生的热量是 6000 J，10s内该电动机消耗的电能为 11000 J。
【答案】6000；11000。
【解析】电动机上标有“220V、1100W”，则其正常工作时的电流为：I＝＝＝5A；
电动机正常工作，则1min内产生的热量是：Q＝I2Rt＝（5A）2×4Ω×60s＝6000J；
10s内该电动机消耗的电能为：W＝Pt＝1100W×10s＝11000J；
13．如图是探究电流通过导体产生热量跟什么因素有关的实验装置，图甲所示的装置是用来探究电流产生的热量与 电阻 （填“电阻”或“电流”）的关系，该装置中电阻R1、R2两端电压之比为 1：2 ；若通过R1的电流为0.5A，则1min内电流通过R2产生的热量为 150 J；装置乙中电阻R3、R4产生的热量之比为 4：1 。
【答案】电阻；1：2；150； 4：1。
【解析】由图甲可知，两个电阻串联，电流相同，通电时间也相同，电阻不同，故探究的是电流产生的热量与电阻的关系；
电流相同，电阻不同，根据U＝IR可知，电压之比等于电阻之比，故电压之比为1：2；
1min内电流通过R2产生的热量：Q2＝I22R2t＝（0.5A）2×10Ω×60s＝150J；
图乙中，R4与R5并联后，再与R3串联，由于R4与R5的阻值相同，通过的电流相同，则通过R3电流为通过R3电流的2倍，电阻相同，根据Q＝I2Rt可知，电阻R3、R4产生的热量之比为4：1；
14．某家用电热水壶的额定功率是1.68kW，正常工作3min，该电热水壶可将1.5kg初温为20℃的水加热到 68 ℃．[标准大气压下且不计热量损失，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
【答案】68。
【解析】由P＝可得，电热水壶正常工作3min消耗的电能为：
W＝Pt＝1680W×3×60s＝3.024×105J；
不计热量损失，W＝Q＝3.024×105J；
根据Q＝cm（t﹣t0）可得：
t＝+t0＝+20℃＝68℃。
15．某型号电热水器有加热和保温两档，如图所示为其内部电路原理图，当开关S接触点1时，该电热水器处于 加热 （填“保温”或“加热”）状态。若电热水器的加热功率为2100W，要将50kg的水从20℃加热到60℃，需要加热 4×103 s．[不计能量的损失，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
【答案】加热；4×103。
【解析】（1）由甲图可知，开关S接触点1时，只有R1连入电路中，S接触点2时，两电阻串联，
所以，开关接触点1时，电路的电阻较小，电源电压一定，由P＝可知，功率较大，则此时电饭煲处于加热状态；
（2）水吸收的热量Q＝cm△＝4.2×103J/（kg•℃）×50kg×（60℃﹣20℃）＝8.4×106J，
不计能量的损失，W＝Q＝8.4×106J，
由P＝可得，需要加热时间t＝＝＝4×103s，
三．实验探究题（共5小题）
16．小罗和小兰想利用如图所示的装置探究“导体产生的热量与电阻大小的关系”。两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，烧瓶A中的金属丝是铜丝，烧瓶B中的金属丝是镍铬合金丝，温度计显示煤油的温度。
（1）这两个烧瓶中所盛煤油的质量应该 相等 。
（2）实验时，为了保证电流和通电时间相同，应将铜丝和镍铬合金丝 串联 接入电路中。
（3）实验中，小罗发现B烧瓶中温度计的示数升高的快。这表明：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。
（4）小兰设计了一个如图所示的电路图，她打算把R1和R2两根电阻丝分别放入AB两瓶中进行试验，请问，她研究的可能是导体产生的热量与 电流 大小的关系。
【答案】（1）相等；（2）串联；（3）大；（4）电流。
【解析】（1）导体产生的热量被煤油吸收，通过温度计升高的示数反映产生热量的多少，所以煤油的质量应相等。
（2）因为串联电路中电流处处相等，故将铜丝和镍铬合金丝串联接入电路中，可以保证电流和通电时间相等。
（3）烧瓶B中的金属丝是镍铬合金丝，电阻大，在电流和通电时间相等时，产生的热量多，所以B瓶中温度计的示数升高得快，
说明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。
（4）小兰将R2与R3并联；后与R1串联，将R1和R2分别放入两瓶中，两个电阻的阻值相同，通过R1和R2的电流不同，
故她研究的可能是导体产生的热量与电流大小的关系。
17．如图所示，2个烧瓶内装满煤油，瓶塞上各插1根完全相同的玻璃管，瓶内各装1根阻值分别为Ra和Rb（已知Ra＞Rb）的电阻丝，将2根电阻丝串联在电路中，标出2根玻璃管内液面的位置。
（1）要比较2根电阻丝放出热量的多少，只要比较 2根玻璃管内液面上升的高度 。
（2）闭合开关，记下电流表的读数。经过一段时间后，标出2根玻璃管内液面的位置。可以看到，烧瓶甲中玻璃管内液面上升得较多。由上述实验现象，可得出什么结论？ 当通电时间和电流相等时，电流产生的热量跟电阻有关，电阻越大，热量越多 。
（3）当2根玻璃管中的液面降回到原来的高度后，将滑动变阻器的滑片向左移动一段距离，闭合开关，记下电流表的读数。经过与第一次相同时间的通电后，标出2根玻璃管内液面的位置。发现2根玻璃管内液面上升的高度都比前一次实验中上升的高度要高。由上述实验现象，可得出什么结论？
【答案】（1）2 根玻璃管内液面上升的高度；
（2）当通电时间和电流相等时，电流产生的热量跟电阻有关，电阻越大，热量越多；
（3）当通电时间和电阻相等时，电流产生的热量跟电流大小有关，电流越大，热量越多。
【解析】（1）液体吸收热量后会膨胀，吸收的热量越多，体积越大，电流产生的热量不能用眼睛直接观察，可以通过2 根玻璃管内液面上升的高度来反映，这是转换法；
（2）该电路为串联电路，电流和通电时间是相同的，电阻不同，Ra＞Rb，烧瓶甲中玻璃管内液面上升得较多，表明甲中电阻放出的热量多，故结论为：当通电时间和电流相等时，电流产生的热量跟电阻有关，电阻越大，热量越多；
（3）将滑动变阻器的滑片向左移动一段距离，则滑动变阻器的电阻减小，根据欧姆定律可知，电路中的电流变大，对于甲或乙，电阻不变，电流变大，液面升的高度高，表明电阻放出的热量多，故结论为：当通电时间和电阻相等时，电流产生的热量跟电流大小有关，电流越大，热量越多。
18．某实验小组在“探究影响电流通过电阻丝产生热量多少的因素”时，设计了如图所示的电路，烧瓶中盛有质量、初温均相等的煤油，电阻丝R甲＞R乙．
（1）为了在较短的时间内达到明显的实验效果，选用煤油而不用水，主要是由于 煤油的比热容小，现象更明显 ；实验中煤油吸热的多少是通过 温度计示数的变化 来反映的（选填“温度计示数的变化”或“加热时间”）。
（2）如图所示电路，通电4min后，比较两烧瓶中温度计的示数，发现甲瓶中的温度计示数升高的快，由此得出的实验结论是： 电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多 。
（3）完成实验后，小明还想利用该装置探究“水和煤油的吸热能力”，为了完成实验，还需要添加的测量工具是 天平 ，目的是 称量质量相等的水和煤油 ，为了使相同时间内水和煤油吸收的热量相等，小明设计的电路必须满足的条件是 R甲＝R乙 。
【答案】（1）煤油的比热容小，现象更明显；温度计示数的变化；（2）电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多；（3）天平；称量质量相等的水和煤油； R甲＝R乙 。
【解析】（1）根据△t＝，相同质量的水和煤油吸热相同，因为煤油的比热容小，故现象更明显，故为了在较短的时间内达到明显的实验效果，选用煤油而不用水；根据转换法，实验中煤油吸热的多少是通过温度计示数的变化来反映的；
（2）如图所示电路，两电阻串联，通过的电流相同，通电4min后，发现甲瓶中的温度计示数升高的快，根据转换法，说明甲中电阻丝产生的热量多，因电阻丝R甲＞R乙，由此得出的实验结论是：电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多；
（3）完成实验后，小明还想利用该装置探究“水和煤油的吸热能力”，根据比较不同物质吸热能力的两种方法，要控制不同物质的质量相同，故为了完成实验，还需要添加的测量工具是天平，目的是称量质量相等的水和煤油，为了使相同时间内水和煤油吸收的热量相等，根据Q＝I2Rt，小明设计的电路必须满足的条件是R甲＝R乙。
19．如图所示，在研究“电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”时，将电阻丝R1、R2、R3分别装在甲、乙、丙三个相同的透明容器中，容器中密封着等量的空气，橡胶管将密闭容器和装有红色液体的U形玻璃管相连，容器内电阻丝的电阻R1＝10Ω、R2＝R3＝5Ω；另有一个阻值为5Ω的电阻丝在容器外部，与R3电阻丝并联。
（1）若要探究导体产生的热量的多少与电流大小是否有关，则应选用 乙丙 两容器及其相连的U形管比较，正确结论是：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。
（2）若要探究导体产生的热量的多少与电阻大小是否有关，则应选用 甲乙 两容器及其相连的U形管比较，正确的结论是：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。
（3）通电一段时间后， 甲 容器相连的U形管中两侧的液面高度差变化最大。
【答案】（1）乙丙；电流；（2）甲乙；电阻；（3）甲。
【解析】（1）要探究导体产生的热的多少与电流大小是否有关，应控制电阻和通电时间一定，而电流不同；乙、丙两容器中的电阻相同，但通过的电流不同（电阻丝R3在支路上，其电流小于通过R2的电流），所以应选用乙和丙两容器及其相连的U形管比较；
（2）要探究导体产生的热的多少与电阻大小是否有关，应控制电流和通电时间一定，而电阻不同，由图可知应选用甲和乙两容器及其相连的U形管比较；由Q＝I2Rt可知，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；
（3）电阻丝R1在干路上，通过的电流大，且R1的阻值最大，所以，通电一段时间后，由Q＝I2Rt可知，甲容器相连的U形管中两侧的液面高度差变化最大。
20．如图甲是小奇探究“影响电流热效应因素”的实验装置图。
（1）如图甲所示的装置中小奇通过观察 细玻璃管中红色液柱上升的情况 来反映电流产生热量的多少；通电一段时间后，可知R1电阻产生热产生热量多，由此可以说明： 在电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多 。
（2）实验过程中，小奇发现实验现象并不明显，可能的原因是 装置的气密性不好 （一条即可）。
（3）利用图甲小奇同学想“探究电流热效应与电流的关系”，请写出你需要收集的证据 相同时间、同一电阻、不同的两个电流、对应的红色液柱上升的高度 。
（4）小奇用如图甲所示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流的关系图象，根据焦耳定律可知，图乙中能正确反映h﹣l关系的是 A 。
【答案】（1）细玻璃管中红色液柱上升的情况；在电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多；（2）装置的气密性不好；（3）相同时间、同一电阻、不同的两个电流、对应的红色液柱上升的高度；（4）A。
【解析】（1）电流产生的热量不容易直接测出，实验中，产生的热量用来加热相同的液体，液体的液柱上升的越高，表明该液体的温度越高，吸热越多，故实验中通过观察玻璃管中红色液柱上升的情况来比较吸收热量的多少；
通电时间相同，电路是串联电路，电流也是相同的，可知R1电阻产生热产生热量多，故实验结论为：在电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多；
（2）实验中气球膨胀差别不大，原因很多：可能是装置漏气，还可能是R1、R2的阻值大小相近等；
（3）探究电流热效应与电流的关系时，应控制通电时间、电阻相同，电流的大小不同，产生的热量不同，液柱上升的高度也不同，故需要搜集的证据有：相同时间、同一电阻、不同的两个电流、对应的红色液柱上升的高度；
（4）小红用如图3示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，要控制电阻与通电时间相同，经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流的关系图象，根据转换法，煤油吸热越多，膨胀程度越大，液柱升高的越多，且膨胀程度与吸热多少成正比，
根据焦耳定律可知，Q＝I2Rt﹣﹣﹣﹣﹣①，Rt常数，且Rt＞0，故由数学知识①式为Q关于I的抛物线，且开向上，图中能正确反映h﹣I关系的是A。
四．计算题（共5小题）
21．如图甲是某学校使用的电开水器铭牌，图乙是其电路原理图（R1、R2都是加热电阻），开关S连接a、b处实现加热和保温功能。水箱装满20℃的水后连续正常加热21min，水的温度由20℃升高到50℃．已知ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃）。求：
（1）加热过程中水吸收的热量；
（2）此过程电开水器的热效率；
（小数点后保留一位小数）
（3）R1和R2的阻值。
【答案】见解析
【解析】（1）由ρ＝，水的质量：
m水＝ρ水V＝1.0×103kg/m3×50×10﹣3m3＝50kg，
水的温度由20℃升高到50℃，水吸收的热量：
Q吸＝c水m水（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×50kg×（50℃﹣20℃）＝6.3×106J。
（2）电开水器消耗的电能：
W＝P1t1＝5500W×21×60s＝6.93×106J，
则电开水器的热效率：
η＝×100%＝×100%≈90.9%。
（3）开关S接a时，只有电热丝R1接入电路，开关S接b时，电热丝R1和R2串联接入电路，
因串联电路电阻大于其中任一电阻，根据P＝可知，开关S接a时为加热状态，开关S接b时为保温状态，
由P＝得，R1的阻值：
R1＝＝＝8.8Ω。
串联电路总电阻：
R＝＝＝48.4Ω；
根据串联电路电阻特点可知，R2的阻值：
R2＝R﹣R1＝48.4Ω﹣8.8Ω＝39.6Ω。
答：（1）加热过程中水吸收的热量为6.3×106J；
（2）此过程电开水器的热效率为90.9%；
（3）R1和R2的阻值分别为8.8Ω和39.6Ω。
22．洗碗机是自动清洗餐具的机器，某型号家用洗碗机工作程序为首先给水箱注水，当水注满时，停止注水并自动加热，水温上升到50℃即停止加热，洗涤程序启动，热水从喷管喷出对餐具清洗、喷淋，直到洗涤过程结束，排水泵启动，将水箱中的废水排出，图甲为该洗碗机的等效加热电路图，R为发热电阻，其中位于水箱上部的两个导电块A、B组成一个开关，具有注满水自动加热功能（通常水是导体），图乙为该洗碗机某次正常工作时的P﹣t图象，设水箱中的水温为20℃，加热效率为80%。
（1）不计水的电阻，求发热电阻R的阻值
（2）该洗碗机正常洗一次碗消耗的电能是多少？
（3）已知人工洗一次碗用18kg的水，则改用洗碗机洗碗，一次可以节约多少kg的水？
【答案】见解析
【解析】（1）由图乙可知，洗碗机加热时的功率P加热＝1000W，
由P＝UI＝可得，发热电阻的阻值：
R＝＝＝48.4Ω；
（2）洗碗机注水时不消耗电能，
由图乙可知，洗碗机加热时的功率为1000W，工作的时间为21min，洗碗机加热时消耗的电能：
W加热＝P加热t加热＝1000W×21×60s＝1.26×106J，
洗碗机清洗喷淋时的功率为120W，工作时间为60min，洗碗机清洗喷淋时消耗的电能：
W清喷＝P清喷t清喷＝120W×60×60s＝4.32×105J，
洗碗机排水的功率为60W，工作的时间为1min，
由P＝可得，洗碗机排水时消耗的电能：
W排＝P排t排＝60W×60s＝3.6×103J，
该洗碗机正常洗一次碗消耗的电能：
W＝W加热+W清喷+W排＝1.26×106J+4.32×105J+3.6×103J＝1.6956×106J；
（3）由η＝×100%可得，加热过程中水吸收的热量：
Q吸＝W加热η＝1.26×106J×80%＝1.008×106J，
由Q吸＝cm（t﹣t0）可得，水箱注满水时水的质量：
m水＝＝＝8kg，
人工洗一次碗用18kg的水，则改用该洗碗机洗碗，一次可以节约水的质量：
△m＝m水′﹣m水＝18kg﹣8kg＝10kg。
答：（1）发热电阻为48.4Ω；
（2）该洗碗机正常洗一次碗消耗的电能是1.6956×106J；
（3）已知人工洗一次碗用18kg的水，则改用洗碗机洗碗，一次可以节约10kg的水。
23．如图是安装在武汉某地铁站内的一种即热式节能饮水机的原理图。烧开的水很烫不能立即饮用，即热式节能饮水机中的热交换套管很好地解决了这一问题，它的奥秘在于将进水管与出水管贴在一起，利用进水管中的冷水给出水管中的开水降温，同时，进水管中的冷水被预热后送到加热腔中用电加热器烧开。如图所示，当节能饮水机的出水流量为1.8L/min时20℃的自来水经热交换套管后被预热成80℃的热水流进加热腔，同时有相同质量的100℃的开水从加热腔流进热交换套管变成可供直接饮用的温开水流出。
（1）可供直接饮用的温开水的温度是多少℃？（不计热交换套管中的热损失）
（2）若电加热器的效率为90%，则电加热器每分钟释放的热量为多少J？
【答案】见解析
【解析】（1）由题意，20℃的自来水经热交换套管后被预热成80℃，同时相同质量的100℃的开水从加热腔流进热交换套管后变为温开水流出，
所以，不计热损失时，根据热平衡方程，冷水吸收的热量和热水放出的热量相等，
由Q＝cm△t可得：cm（80℃﹣20℃）＝cm（100℃﹣t），
解得：t＝40℃；
（2）由饮水机的出水流量为1.8L/min可知，每分钟加热水的体积：
V＝1.8L＝1.8×10﹣3m3，
由ρ＝可得，水的质量：
m′＝ρV＝1.0×103kg/m3×1.8×10﹣3m3＝1.8kg，
水吸收的热量：
Q吸＝cm′（t2﹣t1）
＝4.2×103J/（kg•℃）×1.8kg×（100℃﹣80℃）
＝1.512×105J，
由η＝×100%可得，电加热器每分钟释放的热量为：
Q放＝＝＝1.68×105J。
答：（1）可供直接饮用的温开水的温度是40℃；
（2）若电加热器的效率为90%，则电加热器每分钟释放的热量为1.68×105J。
24．如图是小芳设计的可调式电热水器的工作原理图，电路由电热管R和可调电阻器R0组成。电热水器的工作电压为220V，电热管R的最大加热功率为1100W．电热管R的阻值不变。可调电阻器R0的阻值范围是0～132Ω．求：
（1）电热管的阻值R为多少？
（2）最大加热功率下，电热转化效率是90%的电热水器，工作10min，水吸收的热量是多少？
（3）电热水器的最小加热功率是多大？
【答案】见解析
【解析】（1）如图，R0滑片移到最左端时，电路中只有电热管R工作，电路中电阻最小，由P＝可知此时电热管的加热功率最大，
由P＝可得电热管的阻值：
R＝＝＝44Ω；
（2）最大加热功率下，由P＝可得，工作10min，消耗的电能：
W＝P最大t＝1100W×10×60s＝6.6×105J，
由η＝可得，水吸收的热量：
Q吸＝ηW＝90%×6.6×105J＝5.94×105J，
（3）R0的滑片移到最右端时，R0全连入，此时电路中电阻最大，电流最小，电热管的加热功率最小，
总电阻：R总＝R+R0最大＝44Ω+132Ω＝176Ω，
此时电路中电流：I＝＝＝1.25A，
则电热水器的最小加热功率：
P最小＝I2R＝（1.25A）2×44Ω＝68.75W。
答：（1）电热管的阻值R为44Ω；
（2）水吸收的热量是5.94×105J，
（3）电热水器的最小加热功率是68.75W。
25．某品牌电热水器有高温、中温和低温三挡，简化电路如图所示R1、R2均为加热电阻（温度对电阻的影响忽略不计），热水器中温档功率为1000W，低温档功率500W．若电热水器中已装满质量为40kg、温度为25℃的水，它能够把水加热到的最高温度为75℃，已知水的比热容c＝4.2×103J/（kg•℃），电源电压为220V．求：
（1）用该电热水器把40kg、25℃的水加热到最高温度需要吸收的热量。
（2）R1、R2的电阻值。
（3）高温档的电功率。
（4）若加热电阻产的热量有84%被水吸收，用该电热水器把40kg、25℃的水加热到最高温度，用高温档需加热多长时间？
【答案】见解析
【解析】（1）水加热到最高温度时需要吸收的热量：
Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×40kg×（75℃﹣25℃）＝8.4×106J；
（2）由电路图可知，当S1断开，S2接b时，R1、R2串联，电路总电阻最大，
电源电压U一定，由P＝UI＝可知，此时总功率最小，电热水器处于低温档；
同理可知，当S1闭合，S2接a时，R1、R2并联，总电阻最小，总功率最大，电热水器处于高温档，
所以，当S1闭合，S2接b时，只有R1连入电路，此时电热水器处于中温档，
则电热丝Rl的阻值：
R1＝＝＝48.4Ω，
低温档时电路的总电阻：
R＝＝＝96.8Ω，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以，R2的电阻值：
R2＝R﹣R1＝96.8Ω﹣48.4Ω＝48.4Ω；
（3）当S1闭合，S2接a时，R1、R2并联，电热水器处于高温档，
因并联电路中各支路两端的电压相等，
所以，高温档的电功率：
P高＝+＝+＝2＝2P中＝2×1000W＝2000W；
（4）由η＝×100%可得，加热水消耗的电能：
W＝＝＝1×107J，
由P＝可得，用高温档需要的加热时间：
t′＝＝＝5000s。
答：（1）用该电热水器把40kg、25℃的水加热到最高温度需要吸收的热量为8.4×106J；
（2）R1、R2的电阻值均为48.4Ω；
（3）高温档的电功率为2000W；
（4）若加热电阻产的热量有84%被水吸收，用该电热水器把40kg、25℃的水加热到最高温度，用高温档需加热5000s。
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