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物理九年级全册电热器 电流的热效应第2课时复习练习题
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这是一份物理九年级全册电热器 电流的热效应第2课时复习练习题，共39页。试卷主要包含了内容，公式，变形公式等内容，欢迎下载使用。
15.3 电热器 电流的热效应（第2课时）（原卷版）
考点直击
典例分析＋变式训练
考点4 焦耳定律
1、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，这个规律叫焦耳定律；
2、公式：Q=I2Rt，公式中的电流I的单位要用安培（A），电阻R的单位要用欧姆（Ω），通过的时间t的单位要用秒（s）这样，热量Q的单位就是焦耳（J）；
3、变形公式：，Q=UIt。
4、在纯电阻电路中，电能全部转化为热能，电功等于电热，即W=Q；在非纯电阻电路中，电能大部分转化为其他能，已小部分转化为热能，电功大于电热，W=Q+W其他；
【典例4-1】小宇用如图电暖扇取暖时发现：电暖扇热的发烫，而与之串联的导线却不怎么热。通过思考，提出四个问题，其中最有探究价值且易于探究的科学问题是（ ）
A．电流产生的热量多少与哪些因素有关？
B．电流产生的热量多少与电流大小有什么关系？
C．电流产生的热量多少与电阻大小有什么关系？
D．电流产生的热量多少与通电时间有什么关系？
【典例4-2】英国科学家 最先发现了电流的热效应。他发现电流通过导体产生的热量与 成正比，与电阻成正比，与通电时间成正比。
【变式4-1】物理不只有公式和习题，还有方法和趣味。数形结合是学习物理的重要方法，下面所示各图像的说法中，不正确的是（ ）
A．图中为电阻一定时，电流与电压的关系
B．图中为甲、乙两种燃料的热值q的关系是q甲＜q乙
C．图中为一定条件下电流产生的热量与电流之间的关系图像
D．图中为水的比热容与温度的关系
【变式4-2】1kW•h电能可供一盏“220V，25W”字样的白炽灯连续工作 h。如图所示的实验装置可以探究电流通过导体产生的热量与 （选填“电流”、“电阻”或“通电时间”）的关系。
考点5 焦耳定律的应用
焦耳定律在实际中的应用
1、纯电阻电路：
纯电阻电路就是除电源外，只有电阻元件的电路，或有电感和电容元件，但它们对电路的影响可忽略．电压与电流同频且同相位．电阻将从电源获得的能量全部转变成内能，这种电路就叫做纯电阻电路． 基本上，只要电能除了转化为热能以外没有其他能的转化，此电路为纯电阻电路；
2、焦耳定律的推导公式：，Q=UIt，适用范围，纯电阻电路；
3、电热器的“双挡”问题：
（1）“双挡”中的电阻：电热器通常设计有“高温挡”和“低温挡”．根据可知，当U一定时，电阻越大，电功率越小；电阻越小，电功率越大，所以高温挡总电阻最小，低温挡总电阻最大；
（2）“双挡”的控制开关
①短路式
两个电阻串联，把开关与其中一个电阻并联，如下图所示；
当闭合开关时，有一个电阻短路，只有一个电阻工作，此时为高温挡；当断开开关时，两电阻串联，电阻大一些，电热器的功率小一些，此时为低温挡；
②单刀双掷式
主要工作电阻放在干路上，一条支路用导线，一条支路连接在附加电阻上，如下图所示；
当开关掷向附加电阻的支路时，两电阻串联，为低温挡；当开关掷向导线支路时，只有主要工作电阻工作，此时为高温挡。
※注意：电流通过电动机做功消耗的电能，一部分转化为机械能，另一部分是转化为内能，也就是W≠Q．那么，用来计算电功的公式W=UIt不能用来计算电热，电热智能用焦耳定律Q=I2Rt来计算。
【典例5-1】如图甲是定值电阻R0和标有“6V 6W”的灯泡L的I﹣U图像。将它们接入图乙所示的电路，其中电源电压不变，滑动变阻器R最大阻值为8Ω。当只闭合开关S、S1滑片P位于R最右端时，灯泡L的实际功率为1W。则下列说法正确的是（ ）
A．R0＝4Ω B．灯泡正常发光100s，电流通过灯泡产生的热量为900J
C．电源电压为9V D．电路消耗的最大电功率为9.6W
【典例5-2】2022年疫情防控期间，用无人机给隔离人员运送物资，无人机主要部件电动机的额定电压为48V，电流为2A，电动机电阻为1Ω，电动机1min产生的热量是 J。“停课不停学”期间，教师利用电脑或手机在网络平台上开展线上教学，手机屏幕长时间使用会发热是电能转化为 能。
【典例5-3】小华家买了一个家用电吹风，其简化电路如图所示，主要技术参数如表。电吹风在额定电压下工作，请解答如下问题：
（1）电吹风吹冷风时，通过电动机的电流是多大；
（2）电热丝工作时的电阻是多大；
（3）电吹风内电动机的电阻是1Ω，电吹风吹冷风30min产生的热量是多少？
热风温度
50﹣75℃
额定功率
热风时：990W
冷风时：110W
额定电压
220V
质量
0.5kg
【变式5-1】如图是某油量表示意图，滑动变阻器规格为“20Ω 1A”。闭合开关，当浮球最低时滑片P滑到a端，电流表示数为0.3A，当浮球最高时，滑片P滑到b端，电流表示数为0.5A。下列说法正确的是（ ）
A．电阻R1的阻值为20Ω B．电源电压为9V
C．在加满油后，1min内电阻R1产生的热量为450J D．电阻R1最小功率为7.5W
【变式5-2】如图所示是某汽车座椅垫加热部分的电路简图。已知其高温挡功率为36W，低温挡功率为9W，R1和R2为阻值不变的电热丝，电源电压恒为12V，S为挡位切换开关。当座椅垫处于高温挡加热时，通过座椅垫的电流为 A；当座椅垫处于低温挡加热10min产生的热量为 J。
W
【变式5-3】如图所示电路中，电源电压不变，小灯泡L标有“3V 1.2W”的字样，R1、R2为定值电阻，R1＝15Ω，R2＝30Ω。当开关S闭合，S1、S2都断开时，小灯泡L正常发光（不考虑温度对灯丝电阻的影响）。求：
（1）灯丝的电阻是多少Ω？电源电压是多少V？
（2）当开关S，S1闭合，S2断开时，电流表的示数是多少A？
（3）当开关S，S1、S2都闭合时，整个电路消耗的电功率是多少W？5min电路产生的热量为多少J？
考点6 电功与热量的综合计算
【典例6-1】用两只相同的电加热器，分别给相同体积的水和某种油加热，在开始和加热3min时各记录一次温度，如下表所示．已知ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃），ρ油＝0.8×103kg/m3，加热的效率都为90%，油的末温没有达到它的沸点．下列说法正确的是（ ）
加热时间（min）
0
3
水的温度（℃）
18
28
油的温度（℃）
18
43
A．水和油的质量之比是4：5
B．这种油的比热容为2.1×103 J/（kg•℃）
C．加热3min，油吸收的热量比水吸收的热量多
D．加热效率没有达到100%，是因为电加热器没有把电能全部转化为内能
【典例6-2】如图所示，这是某品牌电热水器的内部简化电路，R1和R2均为电热丝，R1＝4R2＝193.6Ω，其阻值不随温度变化而变化。则当开关S1闭合、开关S2接a时，电热水器处于 （选填“高温”、“中温”或“低温”）挡，此时电热水器正常工作28min，能使水箱中质量为50kg的温度为20℃的水的温度升高到 ℃。[不考虑热量散失，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
【典例6-3】如图是小明家电热水器的铭牌上的部分信息，求：
储水式电热水器
额定电压
220V
额定功率
2200W
额定容量
50L
（1）电热水器在额定电压下工作时的电流多大？
（2）若电热水器在额定电压下工作，产生的热量有87.5%被水吸收用来升温，则需要多长时间能将体积为50L的水从16℃加热到60℃？
【变式6-1】如表是小滨家中两挡位电饭锅铭牌，图甲是其简化电路。R1和R2都是电阻丝，不计温度对电阻的影响，产生的热量全部被水吸收，水的比热容4.2×103J/（kg•℃），通过断开其它用电器，只接通电饭锅且处于加热状态，来测量电饭锅的功率，观察图乙所示的电能表的转盘1min内转了40转，下面说法正确的是（ ）
额定电压
220V
频率
50Hz
额定功率
加热
880W
保温
44W
A．电饭锅在加热状态下正常工作时的总电流0.2A
B．电阻R2的阻值是1100Ω
C．测量时电饭锅的实际加热功率是800W
D．电饭锅在加热状态下正常工作7min，可将2.2kg水的温度升高2℃
【变式6-2】小明家饮水机的工作原理图如图所示，额定电压为220V，R1、R2均为加热电阻丝，R1＝968Ω，饮水机有加热和保温两种状态，额定加热功率为500W；当开关S、S0均闭合时，饮水机处于 状态。该饮水机的保温功率是 W。若电阻丝产生的热量全部被水吸收，正常工作时，将饮水机蓄水箱中质量为1kg的水从75℃加热到95℃需要的时间是 s。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
【变式6-3】如图所示，甲图是小亮家的电热加湿器，其工作电路如图乙，相关参数如下表。电热加湿器的电热丝浸没在加热仓的水中产生热量，使加热仓中的水沸腾变成水蒸气喷出，增加环境湿度；当加热仓中的水减少到一定程度时，自动阀门智能打开，水由储水箱进入加热仓中。气雾调节器的滑片P移动时可调节气雾量。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]求：
工作电压
220V
工作频率
50Hz
最大运行功率
220W
气雾调节器最大电阻
1980Ω
（1）将加热仓中质量为55g的水，从20℃加热到100℃所需要吸收的热量；
（2）若加热仓以最大运行功率工作时效率为80%，要将水加热到100℃，需要的时间；
（3）电热加湿器以最低气雾量工作时，求气雾调节器消耗的电功率。
课堂巩固训练
一、选择题。
1．（2022•株洲）如图是探究“电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关”的实验装置。通电前，两个U形管内的液面相平，通电一定时间后，通过R1、R2的电流分别为I1、I2，则下列说法正确的是（ ）
A．I1＝I2，A管中的液面比B管中的液面低
B．I1＝I2，A管中的液面比B管中的液面高
C．I1＞I2，A管中的液面比B管中的液面低
D．I1＞I2，A管中的液面比B管中的液面高
2．（2022•柳州）在“探究通电导体放出的热量跟哪些因素有关”的实验中发现，电路中的电阻丝温度升高而导线温度没有明显变化，这是因为二者的（ ）
A．电阻不同 B．电流不同 C．密度不同 D．通电时间不同
3．（2022•宝安区校级三模）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，容器内盛有液体，下列说法正确的是（ ）
A．甲、乙、丙三个容器内应盛有质量相同的不同种液体
B．利用甲、丙可以研究电流通过导体产生热量的多少与电流的关系
C．温度计示数的变化反映了电流通过液体内导体时产生热量的多少
D．利用甲、乙可以研究电流通过导体产生热量的多少与导体电阻的关系
4．（2022•岱岳区三模）如图所示电路中，电源电压U＝15V恒定不变，R1＝25Ω，滑动变阻器R2的最大阻值为60Ω，小灯泡L的额定电压为5V，电流表的量程0～3A。只闭合S3，且滑动变阻器连入电路的电阻为40Ω时，电流表的示数为0.3A。闭合S1、S2、S3，为保证电路安全（不考虑温度对灯丝电阻的影响）下列说法中（ ）
①灯丝电阻是10Ω
②滑动变阻器R2的阻值变化范围为0Ω～60Ω
③电流表的示数变化范围为0.85A～3A
④若只闭合S3且使小灯泡L正常发光时，2min内滑动变阻器产生的热量为600J
A．只有①③④正确 B．只有②③④正确
C．只有①②④正确 D．只有①②③④正确
5．（2021秋•綦江区期末）如图所示的电路中，电源电压恒为4.5V，滑动变阻器的规格为“10Ω；1A”，灯泡上标有“2.5V；1.25W”字样。闭合开关S后调节滑动变阻器的滑片，在保证各元件安全的情况下，下列说法中正确的是（ ）
A．小灯泡L正常发光时的电阻为2Ω
B．小灯泡L正常发光时，电压表V2示数为2.5V
C．向右移动滑片时，电压表V2与电流表A的示数之比不变
D．让小灯泡L正常发光2min，滑动变阻器产生的电热为120J
6．（2022•娄星区二模）将口香糖的锡箔纸包装剥下来，用小刀剪成约5mm宽、10cm长的细条，做成两头宽、中间窄的纺锤形状（如图所示）。再把锡箔纸两头有亮光的一面（锡箔），分别用手摁在干电池的正负极上，3秒钟左右，锡箔纸中间狭窄部分即开始燃烧起来。关于此情景下列说法中正确的是（ ）
A．锡箔燃烧是因为此处电流较大 B．相同长度锡箔较窄处的电阻较小
C．锡箔中电子从电池正极流向负极 D．相同长度锡箔较窄处的电压较大
7．（2021•临邑县校级模拟）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．2min B．7min C．15min D．20min
8．（2022•漳州模拟）如表是小滨家中两挡位电饭锅铭牌，图甲是其简化电路图。R1和R2都是电阻丝，不计温度对电阻的影响，产生的热量全部被水吸收，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），通过断开其他用电器，只接通电饭锅且处于加热状态，来测量电饭锅的功率，观察图乙所示的电能表的转盘1min内转了40转，下面说法正确的是（ ）
额定电压
220V
频率
50Hz
额定功率
加热
880W
保温
44W
A．电饭锅在加热状态下正常工作时的总电流为4A
B．电阻R2的阻值是1100Ω
C．测量时电饭锅的实际加热功率是800W
D．电饭锅在加热状态下正常工作7min，可将2.2kg水的温度升高2℃
9．（2021秋•陵城区校级月考）在家庭线路中，有时导线长度不够，需要把两根连接起来，而连接处往往比别处的温度高，而且更容易老化，甚至引起火灾，这是因为（ ）
A．连接处的电阻大 B．连接处的电流大
C．连接处的电阻小 D．连接处的发热功率小
二、填空题。
10．（2022•西安模拟）按要求完成填空：
（1）如图甲所示，温度计读数为 ℃；
（2）如图乙所示，探究水沸腾时温度变化特点的实验中，图示装置装配的合理顺序是
（选填“自上而下”或“自下而上”）；
（3）如图丙所示，将卡片转过一个角度是为了探究 的两个力能否平衡；
（4）如图丁所示，探究影响电流热效应与 的关系。
11．（2021秋•井研县期末）在如图所示电路中，电源电压为6V，R1＝4Ω，闭合开关S后，电压表示数为2V，则电流表的示数为 A。电阻R2两端电压为 V，电阻R1工作1min产生的热量为 J。
12．（2021秋•大城县期末）小华家6月底电能表的示数如图所示，7月底表盘的示数为 ，由图可知她家7月份用电器消耗的电能为 kW•h。关掉家里其他用电器，将电热水壶装1L水，闭合开关，观察到壶中水温度从20℃到沸腾（当时气压为标准大气压），电能表的转盘转了320r，则水吸收的热量为 J。该次加热电热水壶的效率为 。[水的比热容c水＝4.2×103J/（kg•℃），ρ水＝1.0×103kg/m3]
三、计算题。
13．（2022•杭州模拟）如图所示，如表、图甲分别为某烧水壶的铭牌和简化电路图，R1和R2为发热丝，S1为总开关，S2为温控开关，1、2分别为开关的两个接触点，图乙为某次将满壶水加热、保温过程的总功率与时间的关系图像，已知ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃）。求：
（1）这满壶水从25℃加热至100℃所吸收的热量；
（2）本次工作过程共消耗的电能；
（3）R1和R2的阻值。
型号
SDS﹣15X05
容量
1L
额定电压
220V
额定频率
50Hz
加热功率
1210W
保温功率
40W
四、解答题。
14．（2022•葫芦岛模拟）劣质的墙壁插座会使插头与插座接触不牢，导致插头与插座连接处比别处更容易发热，加速老化，甚至引起火灾事故。请你回答下面的问题：
（1）在火线、零线、地线当中，正常情况下与哪根导线相连的插头没有电流通过？
（2）连接处接触不牢电阻会如何变化？
（3）连接处发热是电流的什么效应？
15.3 电热器 电流的热效应（第2课时）（解析版）
考点直击
典例分析＋变式训练
考点4 焦耳定律
1、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，这个规律叫焦耳定律；
2、公式：Q=I2Rt，公式中的电流I的单位要用安培（A），电阻R的单位要用欧姆（Ω），通过的时间t的单位要用秒（s）这样，热量Q的单位就是焦耳（J）；
3、变形公式：，Q=UIt。
4、在纯电阻电路中，电能全部转化为热能，电功等于电热，即W=Q；在非纯电阻电路中，电能大部分转化为其他能，已小部分转化为热能，电功大于电热，W=Q+W其他；
【典例4-1】小宇用如图电暖扇取暖时发现：电暖扇热的发烫，而与之串联的导线却不怎么热。通过思考，提出四个问题，其中最有探究价值且易于探究的科学问题是（ ）
A．电流产生的热量多少与哪些因素有关？
B．电流产生的热量多少与电流大小有什么关系？
C．电流产生的热量多少与电阻大小有什么关系？
D．电流产生的热量多少与通电时间有什么关系？
【答案】C。
【解答】解：电暖扇热的发烫，而与之串联的导线却不怎么热，说明电流通过电暖扇产生的热量远远大于电流通过导线产生的热量，而电暖扇与导线串联，通过它们的电流相等，通电时间相同，它们产生的热量不同，根据Q＝I2Rt可知，其原因是因为它们的电阻不同，所以针对此现象提出最有探究价值且易于探究的科学问题是“电流产生的热量多少与电阻大小有什么关系？”
故选：C。
【典例4-2】英国科学家 焦耳 最先发现了电流的热效应。他发现电流通过导体产生的热量与 电流的二次方 成正比，与电阻成正比，与通电时间成正比。
【答案】焦耳；电流的二次方。
【解答】解：电流的热效应最先是由英国科学家焦耳通过实验总结发现的。
英国物理学家焦耳通过大量实验研究发现：电流通过导体产生的热量与电流的二次方成正比，与导体的电阻成正比，与通电的时间成正比。这个规律叫作焦耳定律。
故答案为：焦耳；电流的二次方。
【变式4-1】物理不只有公式和习题，还有方法和趣味。数形结合是学习物理的重要方法，下面所示各图像的说法中，不正确的是（ ）
A．图中为电阻一定时，电流与电压的关系
B．图中为甲、乙两种燃料的热值q的关系是q甲＜q乙
C．图中为一定条件下电流产生的热量与电流之间的关系图像
D．图中为水的比热容与温度的关系
【答案】D。
【解答】解：
A、由图象可知，电阻一定时，电流与电压成正比，故A正确；
B、在质量相同时，乙燃料燃烧放出的热量多，说明乙的热值大，即q甲＜q乙，故B正确；
C、由焦耳定律Q＝I2Rt可知，一定条件下电流产生的热量与电流是二次函数关系，故C正确；
D、比热容是物质本身的一种性质，与质量和温度无关，则水的质量或温度变化时其比热容不变，故D错误。
故选：D。
【变式4-2】1kW•h电能可供一盏“220V，25W”字样的白炽灯连续工作 40 h。如图所示的实验装置可以探究电流通过导体产生的热量与 电流 （选填“电流”、“电阻”或“通电时间”）的关系。
【答案】40；电流。
【解答】解：
由P＝可得，这些电能可供一盏40W白炽灯连续工作的时间：
t＝＝＝40h；
装置中一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，即I右＝I左，两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知I右＝I1+I2，两电阻阻值相等，则支路中电流相等，I1＝I2，所以右边容器中的通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，即是研究电流产生的热量与电流的关系；
电阻丝产生的热量为：Q＝I2Rt＝（0.5A）2×2.5Ω×60s＝37.5J。
故答案为：40；电流。
考点5 焦耳定律的应用
焦耳定律在实际中的应用
1、纯电阻电路：
纯电阻电路就是除电源外，只有电阻元件的电路，或有电感和电容元件，但它们对电路的影响可忽略．电压与电流同频且同相位．电阻将从电源获得的能量全部转变成内能，这种电路就叫做纯电阻电路． 基本上，只要电能除了转化为热能以外没有其他能的转化，此电路为纯电阻电路；
2、焦耳定律的推导公式：，Q=UIt，适用范围，纯电阻电路；
3、电热器的“双挡”问题：
（1）“双挡”中的电阻：电热器通常设计有“高温挡”和“低温挡”．根据可知，当U一定时，电阻越大，电功率越小；电阻越小，电功率越大，所以高温挡总电阻最小，低温挡总电阻最大；
（2）“双挡”的控制开关
①短路式
两个电阻串联，把开关与其中一个电阻并联，如下图所示；
当闭合开关时，有一个电阻短路，只有一个电阻工作，此时为高温挡；当断开开关时，两电阻串联，电阻大一些，电热器的功率小一些，此时为低温挡；
②单刀双掷式
主要工作电阻放在干路上，一条支路用导线，一条支路连接在附加电阻上，如下图所示；
当开关掷向附加电阻的支路时，两电阻串联，为低温挡；当开关掷向导线支路时，只有主要工作电阻工作，此时为高温挡。
※注意：电流通过电动机做功消耗的电能，一部分转化为机械能，另一部分是转化为内能，也就是W≠Q．那么，用来计算电功的公式W=UIt不能用来计算电热，电热智能用焦耳定律Q=I2Rt来计算。
【典例5-1】如图甲是定值电阻R0和标有“6V 6W”的灯泡L的I﹣U图像。将它们接入图乙所示的电路，其中电源电压不变，滑动变阻器R最大阻值为8Ω。当只闭合开关S、S1滑片P位于R最右端时，灯泡L的实际功率为1W。则下列说法正确的是（ ）
A．R0＝4Ω B．灯泡正常发光100s，电流通过灯泡产生的热量为900J
C．电源电压为9V D．电路消耗的最大电功率为9.6W
【答案】D。
【解答】解：（1）灯泡正常发光100s，电流通过灯泡产生的热量：QL＝WL＝PLt＝6W×100s＝600J，故B错误；
（2）当只闭合开关S、S1，滑片P位于R最右端时，灯泡L与R最大值串联，灯泡L的实际功率为1W，
由图甲可得，灯泡两端的电压UL＝2V，通过的电流IL＝0.5A时符合，
因串联电路中各处的电流相等，所以，滑动变阻器两端的电压：UR＝IRR＝ILR＝0.5A×8Ω＝4V，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以电源的电压：U＝UL+UR＝2V+4V＝6V，故C错误；
（3）当S、S1、S2闭合且滑片位于左端时，R0与L并联，电路的总电阻最小，电路的总功率最大，
由图甲可知，U0＝2V时，通过的电流I0＝0.2A，由欧姆定律可得R0的阻值：R0＝＝＝10Ω，故A错误；
因并联电路中各支路两端的电压相等，且额定电压下灯泡正常发光，
所以，电路消耗的最大电功率：P＝PL+P0＝PL+＝6W+＝9.6W，故D正确。
故选：D。
【典例5-2】2022年疫情防控期间，用无人机给隔离人员运送物资，无人机主要部件电动机的额定电压为48V，电流为2A，电动机电阻为1Ω，电动机1min产生的热量是 240 J。“停课不停学”期间，教师利用电脑或手机在网络平台上开展线上教学，手机屏幕长时间使用会发热是电能转化为 内 能。
【答案】240；内。
【解答】解：（1）电动机1min产生的热量：Q＝I2Rt＝（2A）2×1Ω×1×60s＝240J；
（2）手机屏幕长时间使用会发热是电能转化为内能。
故答案为：240；内。
【典例5-3】小华家买了一个家用电吹风，其简化电路如图所示，主要技术参数如表。电吹风在额定电压下工作，请解答如下问题：
（1）电吹风吹冷风时，通过电动机的电流是多大；
（2）电热丝工作时的电阻是多大；
（3）电吹风内电动机的电阻是1Ω，电吹风吹冷风30min产生的热量是多少？
热风温度
50﹣75℃
额定功率
热风时：990W
冷风时：110W
额定电压
220V
质量
0.5kg
【解答】解：（1）当开关置于BC时，只有电动机工作，电吹风吹冷风，
此时通过电动机的电流：I冷＝＝＝0.5A；
（2）当开关置于AB时，电动机与电热丝并联，电动机和电热丝同时工作，电吹风吹热风，此时电热丝的电功率为：P热＝P热风﹣P冷＝990W﹣110W＝880W，
电热丝的电阻为：R热＝＝＝55Ω；
（3）电吹风吹冷风30min产生的热量为：Q＝I冷2RMt＝（0.5A）2×1Ω×30×60s＝450J。
答：（1）电吹风吹冷风时，通过电动机的电流是0.5A；
（2）电热丝工作时的电阻是55Ω；
（3）电吹风吹冷风30min产生的热量是450J。
【变式5-1】如图是某油量表示意图，滑动变阻器规格为“20Ω 1A”。闭合开关，当浮球最低时滑片P滑到a端，电流表示数为0.3A，当浮球最高时，滑片P滑到b端，电流表示数为0.5A。下列说法正确的是（ ）
A．电阻R1的阻值为20Ω B．电源电压为9V
C．在加满油后，1min内电阻R1产生的热量为450J D．电阻R1最小功率为7.5W
【答案】C。
【解答】解：由电路图可知，R1与R2串联，电流表测电路中的电流。
AB、滑动变阻器规格为“20Ω 1A”，可知变阻器的最大电阻为20Ω；
当滑片位于a端时，滑动变阻器接入电路中的电阻最大，
因为串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以，由I＝可得，电源的电压：U＝Ia（R1+R2）＝0.3A×（R1+20Ω）……①，
当滑片位于b端时，电路为R1的简单电路，由欧姆定律，电源的电压：U＝IbR1＝0.5A×R1……②，
因电源的电压不变，由①②可得：0.3A×（R1+20Ω）＝0.5A×R1，
解得：R1＝30Ω，故A错误；
电源的电压：U＝IbR1＝0.5A×30Ω＝15V，故B错误；
C、在加满油后，由题意知，滑片P滑到b端，电流表示数为0.5A，
则1min内电阻R1产生的热量：Q＝Ib2R1t＝（0.5A）2×30Ω×1×60s＝450J，故C正确；
D、当滑片位于a端时，变阻器连入电路的电阻最大，由欧姆定律，电路的电流最小，根据P＝I2R，电阻R1的功率最小，
电阻R1最小功率为：P＝Ia2R＝（0.3A）2×30Ω＝2.7W，故D错误；
故选：C。
【变式5-2】如图所示是某汽车座椅垫加热部分的电路简图。已知其高温挡功率为36W，低温挡功率为9W，R1和R2为阻值不变的电热丝，电源电压恒为12V，S为挡位切换开关。当座椅垫处于高温挡加热时，通过座椅垫的电流为 1.5 A；当座椅垫处于低温挡加热10min产生的热量为 5400 J。
W
【答案】1.5；5400。
【解答】解：（1）由P＝UI可得处于“高温”挡加热时通过座椅垫的电流为：
I＝＝＝1.5A；
（2）座椅垫处于“低温”挡加热10min产生的热量：
Q＝W＝P低温t＝9W×10×60s＝5400J。
故答案为：1.5；5400。
【变式5-3】如图所示电路中，电源电压不变，小灯泡L标有“3V 1.2W”的字样，R1、R2为定值电阻，R1＝15Ω，R2＝30Ω。当开关S闭合，S1、S2都断开时，小灯泡L正常发光（不考虑温度对灯丝电阻的影响）。求：
（1）灯丝的电阻是多少Ω？电源电压是多少V？
（2）当开关S，S1闭合，S2断开时，电流表的示数是多少A？
（3）当开关S，S1、S2都闭合时，整个电路消耗的电功率是多少W？5min电路产生的热量为多少J？
【解答】解：（1）当开关S闭合，S1、S2都断开时，灯泡L与电阻R1串联，电压表测R1两端的电压，
因串联电路中各处的电流相等，且小灯泡L正常发光，
所以，由P＝UI可得，电路中的电流：I＝IL＝＝＝0.4A，
灯丝的电阻：RL＝＝＝7.5Ω；
由欧姆定律可得电压表的示数：U1＝IR1＝0.4A×15Ω＝6V；
因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，电源电压：U＝UL+U1＝3V+6V＝9V；
（2）当开关S、S1闭合，S2断开时，电路为R1的简单电路，电流表测电路中电流，
则此时电流表的示数：I1＝＝＝0.6A；
（3）当开关S、S1、S2都闭合时，R1与R2并联，
因并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和，所以，电路的总电阻：R＝＝＝10Ω，
整个电路消耗的电功率：P＝＝＝8.1W，
5min电路产生的热量：Q＝W＝Pt＝8.1W×5×60s＝2430J。
答：（1）灯丝的电阻是7.5Ω；电源电压是9V；
（2）当开关S、S1闭合，S2断开时，电流表的示数为0.6A；
（3）当开关S、S1、S2都闭合时，整个电路消耗的电功率为8.1W，5min电路产生的热量为2430J。
考点6 电功与热量的综合计算
【典例6-1】用两只相同的电加热器，分别给相同体积的水和某种油加热，在开始和加热3min时各记录一次温度，如下表所示．已知ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃），ρ油＝0.8×103kg/m3，加热的效率都为90%，油的末温没有达到它的沸点．下列说法正确的是（ ）
加热时间（min）
0
3
水的温度（℃）
18
28
油的温度（℃）
18
43
A．水和油的质量之比是4：5
B．这种油的比热容为2.1×103 J/（kg•℃）
C．加热3min，油吸收的热量比水吸收的热量多
D．加热效率没有达到100%，是因为电加热器没有把电能全部转化为内能
【答案】B。
【解答】解：A、由题意可知，水和油的体积相等，根据ρ＝可知，水和油的质量与密度成正比，即m水：m油＝ρ水：ρ油＝1.0×103kg/m3：0.8×103kg/m3＝5：4，故A错误；
BC、取两种液体都加热了3分钟为研究对象，因为是用的两个相同的电加热器，且加热效率都为90%，
所以Q水＝Q油，
设它们的体积为V，则水的质量：m水＝ρ水V，油的质量：m油＝ρ油V，
因为Q水＝c水m水（t水﹣t0），Q油＝c油m油（t油﹣t0）
所以c水ρ水V（t水﹣t0）＝c油ρ油V（t油﹣t0），
4.2×103J/（kg•℃）×1.0×103kg/m3×（28℃﹣18℃）＝c油×0.8×103kg/m3×（43℃﹣18℃）
解得：c油＝2.1×103J/（kg•℃），故B正确、C错误；
D、加热效率没有达到100%，主要是因为电加热器产生的热量没有全部被液体吸收，而不是因为电加热器没有把电能全部转化为内能，故D错误。
故选：B。
【典例6-2】如图所示，这是某品牌电热水器的内部简化电路，R1和R2均为电热丝，R1＝4R2＝193.6Ω，其阻值不随温度变化而变化。则当开关S1闭合、开关S2接a时，电热水器处于 高温 （选填“高温”、“中温”或“低温”）挡，此时电热水器正常工作28min，能使水箱中质量为50kg的温度为20℃的水的温度升高到 30 ℃。[不考虑热量散失，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
【答案】高温；30。
【解答】解：（1）当开关S1闭合，开关S2接a时，两电热丝并联，电路的总电阻最小，电源电压不变，根据P＝UI＝可知此时电路总功率最大，电热水器处于高温挡。
（2）此时电热水器两电热丝并联后总电阻为R并＝＝＝＝38.72Ω
电热水器正常工作28min，提供的电能为W＝P高t＝t＝×28×60s＝2.1×106J
此时电热水器正常工作28min，能使水箱中质量为50kg的温度为20℃的水的升高的温度
Δt＝＝＝＝10℃
水升高到的温度为t＝t0+Δt＝20℃+10℃＝30℃
故答案为：高温；30。
【典例6-3】如图是小明家电热水器的铭牌上的部分信息，求：
储水式电热水器
额定电压
220V
额定功率
2200W
额定容量
50L
（1）电热水器在额定电压下工作时的电流多大？
（2）若电热水器在额定电压下工作，产生的热量有87.5%被水吸收用来升温，则需要多长时间能将体积为50L的水从16℃加热到60℃？
【解答】接：（1）由电热水器的铭牌可知，电热水器的额定功率P＝2200W，
由P＝UI可知，电热水器在额定电压下工作时的电流：I＝＝＝10A；
（2）水的体积V＝50L＝50dm3＝0.05m3，
由ρ＝可知，水的质量：m＝ρV＝1.0×103kg/m3×0.05m3＝50kg，
水吸收热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×50kg×（60℃﹣16℃）＝9.24×106J，
根据题意可知，Q吸＝85%W，
则电热水器消耗的电能：W＝＝＝1.056×107J，
由P＝可知，电热水器需要加热的时间：t′＝＝＝4800s。
答：（1）电热水器在额定电压下工作时的电流为10A；
（2）若电热水器在额定电压下工作，产生的热量有87.5%被水吸收用来升温，则需要4800s能将体积为50L的水从16℃加热到60℃。
【变式6-1】如表是小滨家中两挡位电饭锅铭牌，图甲是其简化电路。R1和R2都是电阻丝，不计温度对电阻的影响，产生的热量全部被水吸收，水的比热容4.2×103J/（kg•℃），通过断开其它用电器，只接通电饭锅且处于加热状态，来测量电饭锅的功率，观察图乙所示的电能表的转盘1min内转了40转，下面说法正确的是（ ）
额定电压
220V
频率
50Hz
额定功率
加热
880W
保温
44W
A．电饭锅在加热状态下正常工作时的总电流0.2A
B．电阻R2的阻值是1100Ω
C．测量时电饭锅的实际加热功率是800W
D．电饭锅在加热状态下正常工作7min，可将2.2kg水的温度升高2℃
【答案】C。
【解答】解：A、当开关S1、S2同时闭合时，R1和R2并联，此时为加热状态，由表格可知，加热功率P加＝880W，根据P＝UI可知，电饭锅在加热状态下正常工作时的总电流：I总＝＝＝4A，故A错误；
B、当只闭合开关S1时，只有R1工作，此时为保温状态，保温功率为44W，则R2的功率为：P2＝P加﹣P保＝880W﹣44W＝836W；
由P＝可知，R2＝＝≈57.9Ω，故B错误；
C、由图乙可知，电能表的转盘转过3000转，电路中的用电器消耗的电能是1kW•h，则电能表的转盘转了40转，电饭锅消耗的电能：W＝＝kW•h＝4.8×104J；
电饭锅的实际功率：P＝＝＝800W，故C正确；
D、电饭锅在加热状态下正常工作7min消耗的电能：W′＝P加t′＝880W×7×60s＝3.696×105J；
产生的热量全部被水吸收，则Q吸＝W′＝3.696×105J；
由Q吸＝cmΔt可知，可将2.2kg水升高的温度：Δt＝＝＝40℃，故D错误。
故选：C。
【变式6-2】小明家饮水机的工作原理图如图所示，额定电压为220V，R1、R2均为加热电阻丝，R1＝968Ω，饮水机有加热和保温两种状态，额定加热功率为500W；当开关S、S0均闭合时，饮水机处于 加热 状态。该饮水机的保温功率是 450 W。若电阻丝产生的热量全部被水吸收，正常工作时，将饮水机蓄水箱中质量为1kg的水从75℃加热到95℃需要的时间是 168 s。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
【答案】加热；450；168。
【解答】解：（1）当开关S、S0均闭合时，电阻丝R1、R2并联，当开关S闭合、S0断开时，只有R2工作；
由并联电路的电阻特点可知，并联的总电阻小于任一分电阻，
所以，当开关S、S0均闭合时，电阻丝R1、R2并联，此时电路中的电阻最小，电源电压不变，根据P＝可知，电路中的电功率最大，为加热状态；
当开关S闭合、S0断开时，只有R2工作，此时电路中的电阻最大，电功率最小，为保温状态；
（2）R1的发热功率P1＝＝＝50W，
根据并联电路特点可知，R2发热功率P2＝P加热﹣P1＝500W﹣50W＝450W，
只有R2工作时，饮水机处于保温状态，此时的保温功率P保温＝P2＝450W；
（3）水吸收的热量Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（95℃﹣75℃）＝8.4×104J，
电阻丝产生的热量全部被水吸收，则消耗的电能W＝Q吸＝8.4×104J，
由P＝可知，需要加热的时间t′＝＝＝168s。
故答案为：加热；450；168。
【变式6-3】如图所示，甲图是小亮家的电热加湿器，其工作电路如图乙，相关参数如下表。电热加湿器的电热丝浸没在加热仓的水中产生热量，使加热仓中的水沸腾变成水蒸气喷出，增加环境湿度；当加热仓中的水减少到一定程度时，自动阀门智能打开，水由储水箱进入加热仓中。气雾调节器的滑片P移动时可调节气雾量。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]求：
工作电压
220V
工作频率
50Hz
最大运行功率
220W
气雾调节器最大电阻
1980Ω
（1）将加热仓中质量为55g的水，从20℃加热到100℃所需要吸收的热量；
（2）若加热仓以最大运行功率工作时效率为80%，要将水加热到100℃，需要的时间；
（3）电热加湿器以最低气雾量工作时，求气雾调节器消耗的电功率。
【解答】解：（1）水需要吸收的热量：Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×55×10﹣3kg×（100℃﹣20℃）＝1.848×104J；
（2）由η＝可知，电热加湿器消耗的电能：W＝＝＝2.31×104J，
由表格数据可知，加湿器的最大运行功率P大＝220W，
由P＝可知，需要加热的时间：t＝＝＝105s；
（3）当气雾调节器R2的滑片移到最左边时，接入电路中的电阻为零，电路为R1的简单电路，加湿器以最大运行功率工作；
由P＝UI＝可得，电热丝R1的阻值：R1＝＝＝220Ω；
当滑片移到最右端时，接入电路中的电阻最大，此时R1与R2串联，加湿器以最低气雾量工作，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，电路中的电流：I＝＝＝0.1A，
此时气雾调节器R2消耗的电功率：P2＝I2R2＝（0.1A）2×1980Ω＝19.8W。
答：（1）将加热仓中质量为55g的水，从20℃加热到100℃所需要吸收的热量为1.848×104J；
（2）若加热仓以最大运行功率工作时效率为80%，要将水加热到100℃，需要的时间为105s；
（3）电热加湿器以最低气雾量工作时，气雾调节器消耗的电功率为19.8W。
课堂巩固训练
一、选择题。
1．（2022•株洲）如图是探究“电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关”的实验装置。通电前，两个U形管内的液面相平，通电一定时间后，通过R1、R2的电流分别为I1、I2，则下列说法正确的是（ ）
A．I1＝I2，A管中的液面比B管中的液面低
B．I1＝I2，A管中的液面比B管中的液面高
C．I1＞I2，A管中的液面比B管中的液面低
D．I1＞I2，A管中的液面比B管中的液面高
【答案】D。
【解答】解：
由图可知，右侧两电阻丝并联后与左侧电阻丝串联，并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以I1＞I2；
由Q＝I2Rt可知，通电时间相同时，I1＞I2，R1＝R2＝5Ω，所以左侧电阻产生的热量较多；
密闭空气吸收热量后，体积不变，压强变大，左侧容器内气体的压强与大气压的差值较大，A玻璃管液面较高。
故选：D。
2．（2022•柳州）在“探究通电导体放出的热量跟哪些因素有关”的实验中发现，电路中的电阻丝温度升高而导线温度没有明显变化，这是因为二者的（ ）
A．电阻不同 B．电流不同 C．密度不同 D．通电时间不同
【答案】A。
【解答】解：电路中的电阻丝和导线串联连接，而串联电路处处电流相等，因此通过电阻丝和导线的电流和通电时间都相等，由于电阻丝的阻值远远大于导线的阻值，由Q＝I2Rt可知，电阻丝产生的热量比导线多。A符合题意。
故选：A。
3．（2022•宝安区校级三模）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，容器内盛有液体，下列说法正确的是（ ）
A．甲、乙、丙三个容器内应盛有质量相同的不同种液体
B．利用甲、丙可以研究电流通过导体产生热量的多少与电流的关系
C．温度计示数的变化反映了电流通过液体内导体时产生热量的多少
D．利用甲、乙可以研究电流通过导体产生热量的多少与导体电阻的关系
【答案】C。
【解答】解：A、探究“电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”的实验时，采用的是控制变量法，需要加热质量相同的同种液体，故甲、乙、丙三个容器内应盛有质量相同的同种液体，故A错误；
B、在甲、丙装置中，容器中的两个电阻丝串联，通过它们的电流I与通电时间t相同，左边容器中的电阻小于右边容器中的电阻，探究的是电流产生的热量与电阻大小的关系，故B错误；
C、电阻丝产生的热量不易直接观察，实验中可给等质量的液体加热，液体吸热越多，温度越高，温度计示数越大，采用了转换法，故C正确；
D、甲、乙装置甲中，一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，容器内两电阻大小相同，通过时间也相同，根据串联电路的电流特点可知，通过左侧容器电阻的电流大于通过右侧容器内电阻丝的电流，根据控制变量法，可研究电流产生的热量与电流的关系，故D错误。
故选：C。
4．（2022•岱岳区三模）如图所示电路中，电源电压U＝15V恒定不变，R1＝25Ω，滑动变阻器R2的最大阻值为60Ω，小灯泡L的额定电压为5V，电流表的量程0～3A。只闭合S3，且滑动变阻器连入电路的电阻为40Ω时，电流表的示数为0.3A。闭合S1、S2、S3，为保证电路安全（不考虑温度对灯丝电阻的影响）下列说法中（ ）
①灯丝电阻是10Ω
②滑动变阻器R2的阻值变化范围为0Ω～60Ω
③电流表的示数变化范围为0.85A～3A
④若只闭合S3且使小灯泡L正常发光时，2min内滑动变阻器产生的热量为600J
A．只有①③④正确 B．只有②③④正确
C．只有①②④正确 D．只有①②③④正确
【答案】A。
【解答】解：①由电路图知，只闭合S3时，灯泡L与滑动变阻器R2串联，电流表测电路中电流，
由I＝可得，电路的总电阻：R＝＝＝50Ω，
由串联电路的电阻特点可得，灯丝电阻：
RL＝R﹣R滑＝50Ω﹣40Ω＝10Ω，故①正确；
②由电路图知，闭合S1、S2、S3时，R1与R2并联，电流表测干路电流，
为保证电路安全，干路电流最大为3A，此时变阻器连入电路的阻值最小，
由并联电路特点和欧姆定律可得，通过R1的电流：I1＝＝＝0.6A，
I2最大＝I最大﹣I1＝3A﹣0.6A＝2.4A，
所以R2最小＝＝＝6.25Ω，
R2的阻值变化范围为6.25Ω～60Ω，故②错误；
③当R2连入电路的阻值最大时，电路中电流最小，
I最小＝I1+I2最小＝I1+＝0.6A+＝0.85A，
电流表的示数变化范围为0.85A～3A，故③正确；
④只闭合S3且使小灯泡L正常发光，
滑动变阻器两端电压U2＝U﹣U额＝15V﹣5V＝10V，
通过滑动变阻器的电流：I2＝IL＝＝＝0.5A，
2min内滑动变阻器产生的热量：Q2＝W2＝U2I2t＝10V×0.5A×2×60s＝600J，故④正确。
故选：A。
5．（2021秋•綦江区期末）如图所示的电路中，电源电压恒为4.5V，滑动变阻器的规格为“10Ω；1A”，灯泡上标有“2.5V；1.25W”字样。闭合开关S后调节滑动变阻器的滑片，在保证各元件安全的情况下，下列说法中正确的是（ ）
A．小灯泡L正常发光时的电阻为2Ω
B．小灯泡L正常发光时，电压表V2示数为2.5V
C．向右移动滑片时，电压表V2与电流表A的示数之比不变
D．让小灯泡L正常发光2min，滑动变阻器产生的电热为120J
【答案】D。
【解答】解：由图示知，灯泡和滑动变阻器串联在电路中，电压表V1测小灯泡两端的电压，V2测变阻器两端的电压，电流表测电路中的电流。
A、由题意知，小灯泡的额定电压为2.5V，额定功率为1.25W，当小灯泡正常发光时其两端电压为额定电压，其功率为额定功率，根据P＝可得，灯泡正常发光时的电阻RL＝＝＝5Ω，故A错误；
B、小灯泡正常发光时，两端电压为2.5V，则滑动变阻器两端的电压，
即电压表V2的示数U2＝U﹣U额＝4.5V﹣2.5V＝2V，故B错误；
C、由图可知，电压表V2测量滑动变阻器两端电压，电流表A测量串联电路电流，根据欧姆定律可知，电压表V2与电流表A的示数之比即为滑动变阻器的阻值，向右移动滑片，滑动变阻器阻值减小，故电压表V2与电流表A的示数之比将变小，故C错误；
D、小灯泡正常发光时，电路中的电流I＝＝＝0.5A，
此时，滑动变阻器产生的电热Q＝U2It＝2V×0.5A×2×60s＝120J，故D正确。
故选：D。
6．（2022•娄星区二模）将口香糖的锡箔纸包装剥下来，用小刀剪成约5mm宽、10cm长的细条，做成两头宽、中间窄的纺锤形状（如图所示）。再把锡箔纸两头有亮光的一面（锡箔），分别用手摁在干电池的正负极上，3秒钟左右，锡箔纸中间狭窄部分即开始燃烧起来。关于此情景下列说法中正确的是（ ）
A．锡箔燃烧是因为此处电流较大 B．相同长度锡箔较窄处的电阻较小
C．锡箔中电子从电池正极流向负极 D．相同长度锡箔较窄处的电压较大
【答案】D。
【解答】解：
A、由图可知，锡箔纸中间燃烧部分与两头是串联的，由串联电路的电流特点可知燃烧部分与两头的电流相等，故A错误；
B、长度和材料相同时，较窄处横截面积较小，其电阻较大，故B错误；
C、在电源外部，电流从电源正极流出经锡箔纸回到电源负极；而电子定向移动的方向与电流方向相反，所以电子从负极经锡箔纸流向正极，故C错误；
D、由B选项知，较窄处电阻较大，电流相等，由U＝IR可知，较窄处的电压较大，故D正确。
故选：D。
7．（2021•临邑县校级模拟）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．2min B．7min C．15min D．20min
【答案】B。
【解答】解：普通卧室的空气体积V＝Sh＝15m2×3m＝45m3，
普通卧室内空气的质量m＝ρV＝1.3kg/m3×45m3＝58.5kg，
普通卧室内空气从5℃提升到20℃时，空气吸收的热量Q吸＝cmΔt＝1.0×103J/（kg•℃）×58.5kg×（20℃﹣5℃）＝8.775×105J，
该新型电器消耗的电能W＝Q吸＝8.775×105J，
该新型电器工作的时间t＝＝＝438.75s≈7.3min。
故选：B。
8．（2022•漳州模拟）如表是小滨家中两挡位电饭锅铭牌，图甲是其简化电路图。R1和R2都是电阻丝，不计温度对电阻的影响，产生的热量全部被水吸收，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），通过断开其他用电器，只接通电饭锅且处于加热状态，来测量电饭锅的功率，观察图乙所示的电能表的转盘1min内转了40转，下面说法正确的是（ ）
额定电压
220V
频率
50Hz
额定功率
加热
880W
保温
44W
A．电饭锅在加热状态下正常工作时的总电流为4A
B．电阻R2的阻值是1100Ω
C．测量时电饭锅的实际加热功率是800W
D．电饭锅在加热状态下正常工作7min，可将2.2kg水的温度升高2℃
【答案】A。
【解答】解：
A、当开关S1、S2同时闭合时，R1和R2并联，总电阻最小，总功率最大，此时为加热状态，由表格信息可知，加热功率P加＝880W，
根据P＝UI可知，电饭锅在加热状态下正常工作时的总电流：I总＝＝＝4A，故A正确；
B、当只闭合开关S1时，只有R1工作，此时为保温状态，保温功率为44W，
则正常加热时R2的功率为：P2＝P加﹣P保＝880W﹣44W＝836W；
由P＝可知电阻R2的阻值：R2＝＝≈57.9Ω，故B错误；
C、由图乙可知，电路中用电器每消耗1kW•h的电能时，电能表的转盘转过3200转，
则电能表的转盘转了40转，电饭锅消耗的电能：W＝＝kW•h；
电饭锅的实际加热功率：P＝＝＝0.75kW＝750W，故C错误；
D、电饭锅在加热状态下正常工作7min消耗的电能：W′＝P加t′＝880W×7×60s＝3.696×105J；
产生的热量全部被水吸收，则Q吸＝W′＝3.696×105J；
由Q吸＝cmΔt可知，能使2.2kg水升高的温度：Δt＝＝＝40℃，故D错误。
故选：A。
9．（2021秋•陵城区校级月考）在家庭线路中，有时导线长度不够，需要把两根连接起来，而连接处往往比别处的温度高，而且更容易老化，甚至引起火灾，这是因为（ ）
A．连接处的电阻大 B．连接处的电流大
C．连接处的电阻小 D．连接处的发热功率小
【答案】A。
【解答】解：在家庭电路中，导线相互连接处因接触不良，该处的电阻较大，
因导线连接处与导线串联在电路中，
所以，通过的电流相等、通电时间相等，
由Q＝I2Rt可知，连接处产生的热量较多，往往比别处更容易发热，加速导线老化，甚至引起火灾。
综上可知，A正确，BCD不正确。
故选：A。
二、填空题。
10．（2022•西安模拟）按要求完成填空：
（1）如图甲所示，温度计读数为 ﹣15 ℃；
（2）如图乙所示，探究水沸腾时温度变化特点的实验中，图示装置装配的合理顺序是 自下而上 （选填“自上而下”或“自下而上”）；
（3）如图丙所示，将卡片转过一个角度是为了探究 不在同一直线上 的两个力能否平衡；
（4）如图丁所示，探究影响电流热效应与 电阻 的关系。
【答案】（1）﹣15；（2）自下而上；（3）不在同一直线上；（4）电阻。
【解答】解：（1）由图可知，此温度计的分度值为1℃，温度计上的数值从下向上逐渐减小，所以物体的温度为0℃以下，为﹣15℃；
（2）酒精灯需用外焰加热，所以要先放好酒精灯，再固定铁圈的高度，因此安装实验器材时应按照自下而上的顺序进行；
（3）小卡片转过一个角度，小卡片两端的拉力就不在一条直线上，卡片就不能平衡，会发生转动，说明了不在同一直线上的两个力不能平衡；
（4）丁图中，两电阻串联，电流相同，通电时间相同，电阻不同，是探究电流产生的热量与电阻的关系；
故答案为：（1）﹣15；（2）自下而上；（3）不在同一直线上；（4）电阻。
11．（2021秋•井研县期末）在如图所示电路中，电源电压为6V，R1＝4Ω，闭合开关S后，电压表示数为2V，则电流表的示数为 0.5 A。电阻R2两端电压为 4 V，电阻R1工作1min产生的热量为 60 J。
【答案】0.5；4；60。
【解答】解：（1）当开关S，两电阻串联，电流表测电路中的电流，电压表测量R1两端电压；
电流表的示数：I＝＝＝0.5A；
因为串联电路两端电压等于各部分电压之和，所以R2两端电压：
U2＝U﹣U1＝6V﹣2V＝4V；
（2）电阻R1工作1min产生的热量：
Q1＝I2R1t＝（0.5A）2×4Ω×1×60s＝60J。
故答案为：0.5；4；60。
12．（2021秋•大城县期末）小华家6月底电能表的示数如图所示，7月底表盘的示数为 ，由图可知她家7月份用电器消耗的电能为 140 kW•h。关掉家里其他用电器，将电热水壶装1L水，闭合开关，观察到壶中水温度从20℃到沸腾（当时气压为标准大气压），电能表的转盘转了320r，则水吸收的热量为 3.36×105 J。该次加热电热水壶的效率为 87.5% 。[水的比热容c水＝4.2×103J/（kg•℃），ρ水＝1.0×103kg/m3]
【答案】140；3.36×105；87.5%。
【解答】解：（1）电能表读数时，数字方框中最后一位是小数，单位是kW•h，
由图可知，小华家6月底电能表的示数为6247.2kW•h，
小华家7月底表盘的示数为6387.2kW•h，
则她家7月份用电器消耗的电能W＝6387.2kW•h﹣6247.2kW•h＝140kW•h；
（2）电热水壶内水的体积V＝1L＝1dm3＝1×10﹣3m3，
由ρ＝可知，水的质量：m＝ρ水V＝1.0×103kg/m3×1×10﹣3m3＝1kg，
1个标准大气压下，水的沸点是100℃，
水吸收的热量：Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（100℃﹣20℃）＝3.36×105J；
电能表上的参数3000revs/（kW•h）表示电路中的用电器每消耗1kW•h电能，电能表的转盘转过3000转，
则电能表的转盘转了320r，电热水壶消耗的电能：W′＝＝kW•h＝3.84×105J，
电热水壶的加热效率：η＝×100%＝×100%＝87.5%。
故答案为：140；3.36×105；87.5%。
三、计算题。
13．（2022•杭州模拟）如图所示，如表、图甲分别为某烧水壶的铭牌和简化电路图，R1和R2为发热丝，S1为总开关，S2为温控开关，1、2分别为开关的两个接触点，图乙为某次将满壶水加热、保温过程的总功率与时间的关系图像，已知ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃）。求：
（1）这满壶水从25℃加热至100℃所吸收的热量；
（2）本次工作过程共消耗的电能；
（3）R1和R2的阻值。
型号
SDS﹣15X05
容量
1L
额定电压
220V
额定频率
50Hz
加热功率
1210W
保温功率
40W
【解答】解：
（1）由ρ＝可得，满壶水的质量：
m＝ρ水V＝1.0×103kg/m3×1×10﹣3m3＝1kg；
此过程加热满壶水吸收的热量为：
Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（100℃﹣25℃）＝3.15×105J；
（2）由图可知，加热时间：
t加＝5min＝300s，
保温时间：t保＝t总﹣t加＝15min﹣5min＝10min＝600s，
本次工作消耗电能：
W总＝W加+W保＝P加t加+P保t保＝1210W×300s+40W×600s＝3.87×105J，
（3）当S1闭合，S2接1时电路只有R2接入电路，电路处于加热状态
由P2＝得，R2＝＝＝40Ω，
当S1闭合，S2接2时电路中R1与R2串联接入电路，电路处于保温状态，同理可得
R总＝＝＝1210Ω，
R1＝R总﹣R2＝1210Ω﹣40Ω＝1170Ω。
答：（1）这满壶水从25℃加热至100℃所吸收的热量为 3.15×105J；
（2）本次工作过程共消耗的电能3.87×105J；
（3）R1的阻值1170Ω，R2的阻值40Ω。
四、解答题。
14．（2022•葫芦岛模拟）劣质的墙壁插座会使插头与插座接触不牢，导致插头与插座连接处比别处更容易发热，加速老化，甚至引起火灾事故。请你回答下面的问题：
（1）在火线、零线、地线当中，正常情况下与哪根导线相连的插头没有电流通过？
（2）连接处接触不牢电阻会如何变化？
（3）连接处发热是电流的什么效应？
【解答】解：（1）火线与大地间的电压为220V，正常情况下有电流通过；零线与大地间的电压为零，正常情况下，插头插入插座后有电流通过零线，使电流从火线流入，经过用电器，再由零线流回，构成回路；地线与用电器金属外壳相连，正常情况下没有电流通过，由此可知，正常情况下，地线没有电流通过；
（2）连接处接触不牢，连接处横截面积减小，连接处的电阻将变大，由此可知，连接处接触不牢电阻将变大；
（3）电流通过导体会产生热的现象，叫电流的热效应，所以连接处发热是电流的热效应。
答：（1）正常情况下，地线没有电流通过；
（2）连接处接触不牢电阻将变大；
（3）连接处发热是电流的热效应。
15.3 电热器 电流的热效应（第2课时）（原卷版）
考点直击
典例分析＋变式训练
考点4 焦耳定律
1、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，这个规律叫焦耳定律；
2、公式：Q=I2Rt，公式中的电流I的单位要用安培（A），电阻R的单位要用欧姆（Ω），通过的时间t的单位要用秒（s）这样，热量Q的单位就是焦耳（J）；
3、变形公式：，Q=UIt。
4、在纯电阻电路中，电能全部转化为热能，电功等于电热，即W=Q；在非纯电阻电路中，电能大部分转化为其他能，已小部分转化为热能，电功大于电热，W=Q+W其他；
【典例4-1】小宇用如图电暖扇取暖时发现：电暖扇热的发烫，而与之串联的导线却不怎么热。通过思考，提出四个问题，其中最有探究价值且易于探究的科学问题是（ ）
A．电流产生的热量多少与哪些因素有关？
B．电流产生的热量多少与电流大小有什么关系？
C．电流产生的热量多少与电阻大小有什么关系？
D．电流产生的热量多少与通电时间有什么关系？
【典例4-2】英国科学家 最先发现了电流的热效应。他发现电流通过导体产生的热量与 成正比，与电阻成正比，与通电时间成正比。
【变式4-1】物理不只有公式和习题，还有方法和趣味。数形结合是学习物理的重要方法，下面所示各图像的说法中，不正确的是（ ）
A．图中为电阻一定时，电流与电压的关系
B．图中为甲、乙两种燃料的热值q的关系是q甲＜q乙
C．图中为一定条件下电流产生的热量与电流之间的关系图像
D．图中为水的比热容与温度的关系
【变式4-2】1kW•h电能可供一盏“220V，25W”字样的白炽灯连续工作 h。如图所示的实验装置可以探究电流通过导体产生的热量与 （选填“电流”、“电阻”或“通电时间”）的关系。
考点5 焦耳定律的应用
焦耳定律在实际中的应用
1、纯电阻电路：
纯电阻电路就是除电源外，只有电阻元件的电路，或有电感和电容元件，但它们对电路的影响可忽略．电压与电流同频且同相位．电阻将从电源获得的能量全部转变成内能，这种电路就叫做纯电阻电路． 基本上，只要电能除了转化为热能以外没有其他能的转化，此电路为纯电阻电路；
2、焦耳定律的推导公式：，Q=UIt，适用范围，纯电阻电路；
3、电热器的“双挡”问题：
（1）“双挡”中的电阻：电热器通常设计有“高温挡”和“低温挡”．根据可知，当U一定时，电阻越大，电功率越小；电阻越小，电功率越大，所以高温挡总电阻最小，低温挡总电阻最大；
（2）“双挡”的控制开关
①短路式
两个电阻串联，把开关与其中一个电阻并联，如下图所示；
当闭合开关时，有一个电阻短路，只有一个电阻工作，此时为高温挡；当断开开关时，两电阻串联，电阻大一些，电热器的功率小一些，此时为低温挡；
②单刀双掷式
主要工作电阻放在干路上，一条支路用导线，一条支路连接在附加电阻上，如下图所示；
当开关掷向附加电阻的支路时，两电阻串联，为低温挡；当开关掷向导线支路时，只有主要工作电阻工作，此时为高温挡。
※注意：电流通过电动机做功消耗的电能，一部分转化为机械能，另一部分是转化为内能，也就是W≠Q．那么，用来计算电功的公式W=UIt不能用来计算电热，电热智能用焦耳定律Q=I2Rt来计算。
【典例5-1】如图甲是定值电阻R0和标有“6V 6W”的灯泡L的I﹣U图像。将它们接入图乙所示的电路，其中电源电压不变，滑动变阻器R最大阻值为8Ω。当只闭合开关S、S1滑片P位于R最右端时，灯泡L的实际功率为1W。则下列说法正确的是（ ）
A．R0＝4Ω B．灯泡正常发光100s，电流通过灯泡产生的热量为900J
C．电源电压为9V D．电路消耗的最大电功率为9.6W
【典例5-2】2022年疫情防控期间，用无人机给隔离人员运送物资，无人机主要部件电动机的额定电压为48V，电流为2A，电动机电阻为1Ω，电动机1min产生的热量是 J。“停课不停学”期间，教师利用电脑或手机在网络平台上开展线上教学，手机屏幕长时间使用会发热是电能转化为 能。
【典例5-3】小华家买了一个家用电吹风，其简化电路如图所示，主要技术参数如表。电吹风在额定电压下工作，请解答如下问题：
（1）电吹风吹冷风时，通过电动机的电流是多大；
（2）电热丝工作时的电阻是多大；
（3）电吹风内电动机的电阻是1Ω，电吹风吹冷风30min产生的热量是多少？
热风温度
50﹣75℃
额定功率
热风时：990W
冷风时：110W
额定电压
220V
质量
0.5kg
【变式5-1】如图是某油量表示意图，滑动变阻器规格为“20Ω 1A”。闭合开关，当浮球最低时滑片P滑到a端，电流表示数为0.3A，当浮球最高时，滑片P滑到b端，电流表示数为0.5A。下列说法正确的是（ ）
A．电阻R1的阻值为20Ω B．电源电压为9V
C．在加满油后，1min内电阻R1产生的热量为450J D．电阻R1最小功率为7.5W
【变式5-2】如图所示是某汽车座椅垫加热部分的电路简图。已知其高温挡功率为36W，低温挡功率为9W，R1和R2为阻值不变的电热丝，电源电压恒为12V，S为挡位切换开关。当座椅垫处于高温挡加热时，通过座椅垫的电流为 A；当座椅垫处于低温挡加热10min产生的热量为 J。
W
【变式5-3】如图所示电路中，电源电压不变，小灯泡L标有“3V 1.2W”的字样，R1、R2为定值电阻，R1＝15Ω，R2＝30Ω。当开关S闭合，S1、S2都断开时，小灯泡L正常发光（不考虑温度对灯丝电阻的影响）。求：
（1）灯丝的电阻是多少Ω？电源电压是多少V？
（2）当开关S，S1闭合，S2断开时，电流表的示数是多少A？
（3）当开关S，S1、S2都闭合时，整个电路消耗的电功率是多少W？5min电路产生的热量为多少J？
考点6 电功与热量的综合计算
【典例6-1】用两只相同的电加热器，分别给相同体积的水和某种油加热，在开始和加热3min时各记录一次温度，如下表所示．已知ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃），ρ油＝0.8×103kg/m3，加热的效率都为90%，油的末温没有达到它的沸点．下列说法正确的是（ ）
加热时间（min）
0
3
水的温度（℃）
18
28
油的温度（℃）
18
43
A．水和油的质量之比是4：5
B．这种油的比热容为2.1×103 J/（kg•℃）
C．加热3min，油吸收的热量比水吸收的热量多
D．加热效率没有达到100%，是因为电加热器没有把电能全部转化为内能
【典例6-2】如图所示，这是某品牌电热水器的内部简化电路，R1和R2均为电热丝，R1＝4R2＝193.6Ω，其阻值不随温度变化而变化。则当开关S1闭合、开关S2接a时，电热水器处于 （选填“高温”、“中温”或“低温”）挡，此时电热水器正常工作28min，能使水箱中质量为50kg的温度为20℃的水的温度升高到 ℃。[不考虑热量散失，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
【典例6-3】如图是小明家电热水器的铭牌上的部分信息，求：
储水式电热水器
额定电压
220V
额定功率
2200W
额定容量
50L
（1）电热水器在额定电压下工作时的电流多大？
（2）若电热水器在额定电压下工作，产生的热量有87.5%被水吸收用来升温，则需要多长时间能将体积为50L的水从16℃加热到60℃？
【变式6-1】如表是小滨家中两挡位电饭锅铭牌，图甲是其简化电路。R1和R2都是电阻丝，不计温度对电阻的影响，产生的热量全部被水吸收，水的比热容4.2×103J/（kg•℃），通过断开其它用电器，只接通电饭锅且处于加热状态，来测量电饭锅的功率，观察图乙所示的电能表的转盘1min内转了40转，下面说法正确的是（ ）
额定电压
220V
频率
50Hz
额定功率
加热
880W
保温
44W
A．电饭锅在加热状态下正常工作时的总电流0.2A
B．电阻R2的阻值是1100Ω
C．测量时电饭锅的实际加热功率是800W
D．电饭锅在加热状态下正常工作7min，可将2.2kg水的温度升高2℃
【变式6-2】小明家饮水机的工作原理图如图所示，额定电压为220V，R1、R2均为加热电阻丝，R1＝968Ω，饮水机有加热和保温两种状态，额定加热功率为500W；当开关S、S0均闭合时，饮水机处于 状态。该饮水机的保温功率是 W。若电阻丝产生的热量全部被水吸收，正常工作时，将饮水机蓄水箱中质量为1kg的水从75℃加热到95℃需要的时间是 s。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
【变式6-3】如图所示，甲图是小亮家的电热加湿器，其工作电路如图乙，相关参数如下表。电热加湿器的电热丝浸没在加热仓的水中产生热量，使加热仓中的水沸腾变成水蒸气喷出，增加环境湿度；当加热仓中的水减少到一定程度时，自动阀门智能打开，水由储水箱进入加热仓中。气雾调节器的滑片P移动时可调节气雾量。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]求：
工作电压
220V
工作频率
50Hz
最大运行功率
220W
气雾调节器最大电阻
1980Ω
（1）将加热仓中质量为55g的水，从20℃加热到100℃所需要吸收的热量；
（2）若加热仓以最大运行功率工作时效率为80%，要将水加热到100℃，需要的时间；
（3）电热加湿器以最低气雾量工作时，求气雾调节器消耗的电功率。
课堂巩固训练
一、选择题。
1．（2022•株洲）如图是探究“电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关”的实验装置。通电前，两个U形管内的液面相平，通电一定时间后，通过R1、R2的电流分别为I1、I2，则下列说法正确的是（ ）
A．I1＝I2，A管中的液面比B管中的液面低
B．I1＝I2，A管中的液面比B管中的液面高
C．I1＞I2，A管中的液面比B管中的液面低
D．I1＞I2，A管中的液面比B管中的液面高
2．（2022•柳州）在“探究通电导体放出的热量跟哪些因素有关”的实验中发现，电路中的电阻丝温度升高而导线温度没有明显变化，这是因为二者的（ ）
A．电阻不同 B．电流不同 C．密度不同 D．通电时间不同
3．（2022•宝安区校级三模）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，容器内盛有液体，下列说法正确的是（ ）
A．甲、乙、丙三个容器内应盛有质量相同的不同种液体
B．利用甲、丙可以研究电流通过导体产生热量的多少与电流的关系
C．温度计示数的变化反映了电流通过液体内导体时产生热量的多少
D．利用甲、乙可以研究电流通过导体产生热量的多少与导体电阻的关系
4．（2022•岱岳区三模）如图所示电路中，电源电压U＝15V恒定不变，R1＝25Ω，滑动变阻器R2的最大阻值为60Ω，小灯泡L的额定电压为5V，电流表的量程0～3A。只闭合S3，且滑动变阻器连入电路的电阻为40Ω时，电流表的示数为0.3A。闭合S1、S2、S3，为保证电路安全（不考虑温度对灯丝电阻的影响）下列说法中（ ）
①灯丝电阻是10Ω
②滑动变阻器R2的阻值变化范围为0Ω～60Ω
③电流表的示数变化范围为0.85A～3A
④若只闭合S3且使小灯泡L正常发光时，2min内滑动变阻器产生的热量为600J
A．只有①③④正确 B．只有②③④正确
C．只有①②④正确 D．只有①②③④正确
5．（2021秋•綦江区期末）如图所示的电路中，电源电压恒为4.5V，滑动变阻器的规格为“10Ω；1A”，灯泡上标有“2.5V；1.25W”字样。闭合开关S后调节滑动变阻器的滑片，在保证各元件安全的情况下，下列说法中正确的是（ ）
A．小灯泡L正常发光时的电阻为2Ω
B．小灯泡L正常发光时，电压表V2示数为2.5V
C．向右移动滑片时，电压表V2与电流表A的示数之比不变
D．让小灯泡L正常发光2min，滑动变阻器产生的电热为120J
6．（2022•娄星区二模）将口香糖的锡箔纸包装剥下来，用小刀剪成约5mm宽、10cm长的细条，做成两头宽、中间窄的纺锤形状（如图所示）。再把锡箔纸两头有亮光的一面（锡箔），分别用手摁在干电池的正负极上，3秒钟左右，锡箔纸中间狭窄部分即开始燃烧起来。关于此情景下列说法中正确的是（ ）
A．锡箔燃烧是因为此处电流较大 B．相同长度锡箔较窄处的电阻较小
C．锡箔中电子从电池正极流向负极 D．相同长度锡箔较窄处的电压较大
7．（2021•临邑县校级模拟）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．2min B．7min C．15min D．20min
8．（2022•漳州模拟）如表是小滨家中两挡位电饭锅铭牌，图甲是其简化电路图。R1和R2都是电阻丝，不计温度对电阻的影响，产生的热量全部被水吸收，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），通过断开其他用电器，只接通电饭锅且处于加热状态，来测量电饭锅的功率，观察图乙所示的电能表的转盘1min内转了40转，下面说法正确的是（ ）
额定电压
220V
频率
50Hz
额定功率
加热
880W
保温
44W
A．电饭锅在加热状态下正常工作时的总电流为4A
B．电阻R2的阻值是1100Ω
C．测量时电饭锅的实际加热功率是800W
D．电饭锅在加热状态下正常工作7min，可将2.2kg水的温度升高2℃
9．（2021秋•陵城区校级月考）在家庭线路中，有时导线长度不够，需要把两根连接起来，而连接处往往比别处的温度高，而且更容易老化，甚至引起火灾，这是因为（ ）
A．连接处的电阻大 B．连接处的电流大
C．连接处的电阻小 D．连接处的发热功率小
二、填空题。
10．（2022•西安模拟）按要求完成填空：
（1）如图甲所示，温度计读数为 ℃；
（2）如图乙所示，探究水沸腾时温度变化特点的实验中，图示装置装配的合理顺序是
（选填“自上而下”或“自下而上”）；
（3）如图丙所示，将卡片转过一个角度是为了探究 的两个力能否平衡；
（4）如图丁所示，探究影响电流热效应与 的关系。
11．（2021秋•井研县期末）在如图所示电路中，电源电压为6V，R1＝4Ω，闭合开关S后，电压表示数为2V，则电流表的示数为 A。电阻R2两端电压为 V，电阻R1工作1min产生的热量为 J。
12．（2021秋•大城县期末）小华家6月底电能表的示数如图所示，7月底表盘的示数为 ，由图可知她家7月份用电器消耗的电能为 kW•h。关掉家里其他用电器，将电热水壶装1L水，闭合开关，观察到壶中水温度从20℃到沸腾（当时气压为标准大气压），电能表的转盘转了320r，则水吸收的热量为 J。该次加热电热水壶的效率为 。[水的比热容c水＝4.2×103J/（kg•℃），ρ水＝1.0×103kg/m3]
三、计算题。
13．（2022•杭州模拟）如图所示，如表、图甲分别为某烧水壶的铭牌和简化电路图，R1和R2为发热丝，S1为总开关，S2为温控开关，1、2分别为开关的两个接触点，图乙为某次将满壶水加热、保温过程的总功率与时间的关系图像，已知ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃）。求：
（1）这满壶水从25℃加热至100℃所吸收的热量；
（2）本次工作过程共消耗的电能；
（3）R1和R2的阻值。
型号
SDS﹣15X05
容量
1L
额定电压
220V
额定频率
50Hz
加热功率
1210W
保温功率
40W
四、解答题。
14．（2022•葫芦岛模拟）劣质的墙壁插座会使插头与插座接触不牢，导致插头与插座连接处比别处更容易发热，加速老化，甚至引起火灾事故。请你回答下面的问题：
（1）在火线、零线、地线当中，正常情况下与哪根导线相连的插头没有电流通过？
（2）连接处接触不牢电阻会如何变化？
（3）连接处发热是电流的什么效应？
15.3 电热器 电流的热效应（第2课时）（解析版）
考点直击
典例分析＋变式训练
考点4 焦耳定律
1、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，这个规律叫焦耳定律；
2、公式：Q=I2Rt，公式中的电流I的单位要用安培（A），电阻R的单位要用欧姆（Ω），通过的时间t的单位要用秒（s）这样，热量Q的单位就是焦耳（J）；
3、变形公式：，Q=UIt。
4、在纯电阻电路中，电能全部转化为热能，电功等于电热，即W=Q；在非纯电阻电路中，电能大部分转化为其他能，已小部分转化为热能，电功大于电热，W=Q+W其他；
【典例4-1】小宇用如图电暖扇取暖时发现：电暖扇热的发烫，而与之串联的导线却不怎么热。通过思考，提出四个问题，其中最有探究价值且易于探究的科学问题是（ ）
A．电流产生的热量多少与哪些因素有关？
B．电流产生的热量多少与电流大小有什么关系？
C．电流产生的热量多少与电阻大小有什么关系？
D．电流产生的热量多少与通电时间有什么关系？
【答案】C。
【解答】解：电暖扇热的发烫，而与之串联的导线却不怎么热，说明电流通过电暖扇产生的热量远远大于电流通过导线产生的热量，而电暖扇与导线串联，通过它们的电流相等，通电时间相同，它们产生的热量不同，根据Q＝I2Rt可知，其原因是因为它们的电阻不同，所以针对此现象提出最有探究价值且易于探究的科学问题是“电流产生的热量多少与电阻大小有什么关系？”
故选：C。
【典例4-2】英国科学家 焦耳 最先发现了电流的热效应。他发现电流通过导体产生的热量与 电流的二次方 成正比，与电阻成正比，与通电时间成正比。
【答案】焦耳；电流的二次方。
【解答】解：电流的热效应最先是由英国科学家焦耳通过实验总结发现的。
英国物理学家焦耳通过大量实验研究发现：电流通过导体产生的热量与电流的二次方成正比，与导体的电阻成正比，与通电的时间成正比。这个规律叫作焦耳定律。
故答案为：焦耳；电流的二次方。
【变式4-1】物理不只有公式和习题，还有方法和趣味。数形结合是学习物理的重要方法，下面所示各图像的说法中，不正确的是（ ）
A．图中为电阻一定时，电流与电压的关系
B．图中为甲、乙两种燃料的热值q的关系是q甲＜q乙
C．图中为一定条件下电流产生的热量与电流之间的关系图像
D．图中为水的比热容与温度的关系
【答案】D。
【解答】解：
A、由图象可知，电阻一定时，电流与电压成正比，故A正确；
B、在质量相同时，乙燃料燃烧放出的热量多，说明乙的热值大，即q甲＜q乙，故B正确；
C、由焦耳定律Q＝I2Rt可知，一定条件下电流产生的热量与电流是二次函数关系，故C正确；
D、比热容是物质本身的一种性质，与质量和温度无关，则水的质量或温度变化时其比热容不变，故D错误。
故选：D。
【变式4-2】1kW•h电能可供一盏“220V，25W”字样的白炽灯连续工作 40 h。如图所示的实验装置可以探究电流通过导体产生的热量与 电流 （选填“电流”、“电阻”或“通电时间”）的关系。
【答案】40；电流。
【解答】解：
由P＝可得，这些电能可供一盏40W白炽灯连续工作的时间：
t＝＝＝40h；
装置中一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，即I右＝I左，两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知I右＝I1+I2，两电阻阻值相等，则支路中电流相等，I1＝I2，所以右边容器中的通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，即是研究电流产生的热量与电流的关系；
电阻丝产生的热量为：Q＝I2Rt＝（0.5A）2×2.5Ω×60s＝37.5J。
故答案为：40；电流。
考点5 焦耳定律的应用
焦耳定律在实际中的应用
1、纯电阻电路：
纯电阻电路就是除电源外，只有电阻元件的电路，或有电感和电容元件，但它们对电路的影响可忽略．电压与电流同频且同相位．电阻将从电源获得的能量全部转变成内能，这种电路就叫做纯电阻电路． 基本上，只要电能除了转化为热能以外没有其他能的转化，此电路为纯电阻电路；
2、焦耳定律的推导公式：，Q=UIt，适用范围，纯电阻电路；
3、电热器的“双挡”问题：
（1）“双挡”中的电阻：电热器通常设计有“高温挡”和“低温挡”．根据可知，当U一定时，电阻越大，电功率越小；电阻越小，电功率越大，所以高温挡总电阻最小，低温挡总电阻最大；
（2）“双挡”的控制开关
①短路式
两个电阻串联，把开关与其中一个电阻并联，如下图所示；
当闭合开关时，有一个电阻短路，只有一个电阻工作，此时为高温挡；当断开开关时，两电阻串联，电阻大一些，电热器的功率小一些，此时为低温挡；
②单刀双掷式
主要工作电阻放在干路上，一条支路用导线，一条支路连接在附加电阻上，如下图所示；
当开关掷向附加电阻的支路时，两电阻串联，为低温挡；当开关掷向导线支路时，只有主要工作电阻工作，此时为高温挡。
※注意：电流通过电动机做功消耗的电能，一部分转化为机械能，另一部分是转化为内能，也就是W≠Q．那么，用来计算电功的公式W=UIt不能用来计算电热，电热智能用焦耳定律Q=I2Rt来计算。
【典例5-1】如图甲是定值电阻R0和标有“6V 6W”的灯泡L的I﹣U图像。将它们接入图乙所示的电路，其中电源电压不变，滑动变阻器R最大阻值为8Ω。当只闭合开关S、S1滑片P位于R最右端时，灯泡L的实际功率为1W。则下列说法正确的是（ ）
A．R0＝4Ω B．灯泡正常发光100s，电流通过灯泡产生的热量为900J
C．电源电压为9V D．电路消耗的最大电功率为9.6W
【答案】D。
【解答】解：（1）灯泡正常发光100s，电流通过灯泡产生的热量：QL＝WL＝PLt＝6W×100s＝600J，故B错误；
（2）当只闭合开关S、S1，滑片P位于R最右端时，灯泡L与R最大值串联，灯泡L的实际功率为1W，
由图甲可得，灯泡两端的电压UL＝2V，通过的电流IL＝0.5A时符合，
因串联电路中各处的电流相等，所以，滑动变阻器两端的电压：UR＝IRR＝ILR＝0.5A×8Ω＝4V，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以电源的电压：U＝UL+UR＝2V+4V＝6V，故C错误；
（3）当S、S1、S2闭合且滑片位于左端时，R0与L并联，电路的总电阻最小，电路的总功率最大，
由图甲可知，U0＝2V时，通过的电流I0＝0.2A，由欧姆定律可得R0的阻值：R0＝＝＝10Ω，故A错误；
因并联电路中各支路两端的电压相等，且额定电压下灯泡正常发光，
所以，电路消耗的最大电功率：P＝PL+P0＝PL+＝6W+＝9.6W，故D正确。
故选：D。
【典例5-2】2022年疫情防控期间，用无人机给隔离人员运送物资，无人机主要部件电动机的额定电压为48V，电流为2A，电动机电阻为1Ω，电动机1min产生的热量是 240 J。“停课不停学”期间，教师利用电脑或手机在网络平台上开展线上教学，手机屏幕长时间使用会发热是电能转化为 内 能。
【答案】240；内。
【解答】解：（1）电动机1min产生的热量：Q＝I2Rt＝（2A）2×1Ω×1×60s＝240J；
（2）手机屏幕长时间使用会发热是电能转化为内能。
故答案为：240；内。
【典例5-3】小华家买了一个家用电吹风，其简化电路如图所示，主要技术参数如表。电吹风在额定电压下工作，请解答如下问题：
（1）电吹风吹冷风时，通过电动机的电流是多大；
（2）电热丝工作时的电阻是多大；
（3）电吹风内电动机的电阻是1Ω，电吹风吹冷风30min产生的热量是多少？
热风温度
50﹣75℃
额定功率
热风时：990W
冷风时：110W
额定电压
220V
质量
0.5kg
【解答】解：（1）当开关置于BC时，只有电动机工作，电吹风吹冷风，
此时通过电动机的电流：I冷＝＝＝0.5A；
（2）当开关置于AB时，电动机与电热丝并联，电动机和电热丝同时工作，电吹风吹热风，此时电热丝的电功率为：P热＝P热风﹣P冷＝990W﹣110W＝880W，
电热丝的电阻为：R热＝＝＝55Ω；
（3）电吹风吹冷风30min产生的热量为：Q＝I冷2RMt＝（0.5A）2×1Ω×30×60s＝450J。
答：（1）电吹风吹冷风时，通过电动机的电流是0.5A；
（2）电热丝工作时的电阻是55Ω；
（3）电吹风吹冷风30min产生的热量是450J。
【变式5-1】如图是某油量表示意图，滑动变阻器规格为“20Ω 1A”。闭合开关，当浮球最低时滑片P滑到a端，电流表示数为0.3A，当浮球最高时，滑片P滑到b端，电流表示数为0.5A。下列说法正确的是（ ）
A．电阻R1的阻值为20Ω B．电源电压为9V
C．在加满油后，1min内电阻R1产生的热量为450J D．电阻R1最小功率为7.5W
【答案】C。
【解答】解：由电路图可知，R1与R2串联，电流表测电路中的电流。
AB、滑动变阻器规格为“20Ω 1A”，可知变阻器的最大电阻为20Ω；
当滑片位于a端时，滑动变阻器接入电路中的电阻最大，
因为串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以，由I＝可得，电源的电压：U＝Ia（R1+R2）＝0.3A×（R1+20Ω）……①，
当滑片位于b端时，电路为R1的简单电路，由欧姆定律，电源的电压：U＝IbR1＝0.5A×R1……②，
因电源的电压不变，由①②可得：0.3A×（R1+20Ω）＝0.5A×R1，
解得：R1＝30Ω，故A错误；
电源的电压：U＝IbR1＝0.5A×30Ω＝15V，故B错误；
C、在加满油后，由题意知，滑片P滑到b端，电流表示数为0.5A，
则1min内电阻R1产生的热量：Q＝Ib2R1t＝（0.5A）2×30Ω×1×60s＝450J，故C正确；
D、当滑片位于a端时，变阻器连入电路的电阻最大，由欧姆定律，电路的电流最小，根据P＝I2R，电阻R1的功率最小，
电阻R1最小功率为：P＝Ia2R＝（0.3A）2×30Ω＝2.7W，故D错误；
故选：C。
【变式5-2】如图所示是某汽车座椅垫加热部分的电路简图。已知其高温挡功率为36W，低温挡功率为9W，R1和R2为阻值不变的电热丝，电源电压恒为12V，S为挡位切换开关。当座椅垫处于高温挡加热时，通过座椅垫的电流为 1.5 A；当座椅垫处于低温挡加热10min产生的热量为 5400 J。
W
【答案】1.5；5400。
【解答】解：（1）由P＝UI可得处于“高温”挡加热时通过座椅垫的电流为：
I＝＝＝1.5A；
（2）座椅垫处于“低温”挡加热10min产生的热量：
Q＝W＝P低温t＝9W×10×60s＝5400J。
故答案为：1.5；5400。
【变式5-3】如图所示电路中，电源电压不变，小灯泡L标有“3V 1.2W”的字样，R1、R2为定值电阻，R1＝15Ω，R2＝30Ω。当开关S闭合，S1、S2都断开时，小灯泡L正常发光（不考虑温度对灯丝电阻的影响）。求：
（1）灯丝的电阻是多少Ω？电源电压是多少V？
（2）当开关S，S1闭合，S2断开时，电流表的示数是多少A？
（3）当开关S，S1、S2都闭合时，整个电路消耗的电功率是多少W？5min电路产生的热量为多少J？
【解答】解：（1）当开关S闭合，S1、S2都断开时，灯泡L与电阻R1串联，电压表测R1两端的电压，
因串联电路中各处的电流相等，且小灯泡L正常发光，
所以，由P＝UI可得，电路中的电流：I＝IL＝＝＝0.4A，
灯丝的电阻：RL＝＝＝7.5Ω；
由欧姆定律可得电压表的示数：U1＝IR1＝0.4A×15Ω＝6V；
因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，电源电压：U＝UL+U1＝3V+6V＝9V；
（2）当开关S、S1闭合，S2断开时，电路为R1的简单电路，电流表测电路中电流，
则此时电流表的示数：I1＝＝＝0.6A；
（3）当开关S、S1、S2都闭合时，R1与R2并联，
因并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和，所以，电路的总电阻：R＝＝＝10Ω，
整个电路消耗的电功率：P＝＝＝8.1W，
5min电路产生的热量：Q＝W＝Pt＝8.1W×5×60s＝2430J。
答：（1）灯丝的电阻是7.5Ω；电源电压是9V；
（2）当开关S、S1闭合，S2断开时，电流表的示数为0.6A；
（3）当开关S、S1、S2都闭合时，整个电路消耗的电功率为8.1W，5min电路产生的热量为2430J。
考点6 电功与热量的综合计算
【典例6-1】用两只相同的电加热器，分别给相同体积的水和某种油加热，在开始和加热3min时各记录一次温度，如下表所示．已知ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃），ρ油＝0.8×103kg/m3，加热的效率都为90%，油的末温没有达到它的沸点．下列说法正确的是（ ）
加热时间（min）
0
3
水的温度（℃）
18
28
油的温度（℃）
18
43
A．水和油的质量之比是4：5
B．这种油的比热容为2.1×103 J/（kg•℃）
C．加热3min，油吸收的热量比水吸收的热量多
D．加热效率没有达到100%，是因为电加热器没有把电能全部转化为内能
【答案】B。
【解答】解：A、由题意可知，水和油的体积相等，根据ρ＝可知，水和油的质量与密度成正比，即m水：m油＝ρ水：ρ油＝1.0×103kg/m3：0.8×103kg/m3＝5：4，故A错误；
BC、取两种液体都加热了3分钟为研究对象，因为是用的两个相同的电加热器，且加热效率都为90%，
所以Q水＝Q油，
设它们的体积为V，则水的质量：m水＝ρ水V，油的质量：m油＝ρ油V，
因为Q水＝c水m水（t水﹣t0），Q油＝c油m油（t油﹣t0）
所以c水ρ水V（t水﹣t0）＝c油ρ油V（t油﹣t0），
4.2×103J/（kg•℃）×1.0×103kg/m3×（28℃﹣18℃）＝c油×0.8×103kg/m3×（43℃﹣18℃）
解得：c油＝2.1×103J/（kg•℃），故B正确、C错误；
D、加热效率没有达到100%，主要是因为电加热器产生的热量没有全部被液体吸收，而不是因为电加热器没有把电能全部转化为内能，故D错误。
故选：B。
【典例6-2】如图所示，这是某品牌电热水器的内部简化电路，R1和R2均为电热丝，R1＝4R2＝193.6Ω，其阻值不随温度变化而变化。则当开关S1闭合、开关S2接a时，电热水器处于 高温 （选填“高温”、“中温”或“低温”）挡，此时电热水器正常工作28min，能使水箱中质量为50kg的温度为20℃的水的温度升高到 30 ℃。[不考虑热量散失，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
【答案】高温；30。
【解答】解：（1）当开关S1闭合，开关S2接a时，两电热丝并联，电路的总电阻最小，电源电压不变，根据P＝UI＝可知此时电路总功率最大，电热水器处于高温挡。
（2）此时电热水器两电热丝并联后总电阻为R并＝＝＝＝38.72Ω
电热水器正常工作28min，提供的电能为W＝P高t＝t＝×28×60s＝2.1×106J
此时电热水器正常工作28min，能使水箱中质量为50kg的温度为20℃的水的升高的温度
Δt＝＝＝＝10℃
水升高到的温度为t＝t0+Δt＝20℃+10℃＝30℃
故答案为：高温；30。
【典例6-3】如图是小明家电热水器的铭牌上的部分信息，求：
储水式电热水器
额定电压
220V
额定功率
2200W
额定容量
50L
（1）电热水器在额定电压下工作时的电流多大？
（2）若电热水器在额定电压下工作，产生的热量有87.5%被水吸收用来升温，则需要多长时间能将体积为50L的水从16℃加热到60℃？
【解答】接：（1）由电热水器的铭牌可知，电热水器的额定功率P＝2200W，
由P＝UI可知，电热水器在额定电压下工作时的电流：I＝＝＝10A；
（2）水的体积V＝50L＝50dm3＝0.05m3，
由ρ＝可知，水的质量：m＝ρV＝1.0×103kg/m3×0.05m3＝50kg，
水吸收热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×50kg×（60℃﹣16℃）＝9.24×106J，
根据题意可知，Q吸＝85%W，
则电热水器消耗的电能：W＝＝＝1.056×107J，
由P＝可知，电热水器需要加热的时间：t′＝＝＝4800s。
答：（1）电热水器在额定电压下工作时的电流为10A；
（2）若电热水器在额定电压下工作，产生的热量有87.5%被水吸收用来升温，则需要4800s能将体积为50L的水从16℃加热到60℃。
【变式6-1】如表是小滨家中两挡位电饭锅铭牌，图甲是其简化电路。R1和R2都是电阻丝，不计温度对电阻的影响，产生的热量全部被水吸收，水的比热容4.2×103J/（kg•℃），通过断开其它用电器，只接通电饭锅且处于加热状态，来测量电饭锅的功率，观察图乙所示的电能表的转盘1min内转了40转，下面说法正确的是（ ）
额定电压
220V
频率
50Hz
额定功率
加热
880W
保温
44W
A．电饭锅在加热状态下正常工作时的总电流0.2A
B．电阻R2的阻值是1100Ω
C．测量时电饭锅的实际加热功率是800W
D．电饭锅在加热状态下正常工作7min，可将2.2kg水的温度升高2℃
【答案】C。
【解答】解：A、当开关S1、S2同时闭合时，R1和R2并联，此时为加热状态，由表格可知，加热功率P加＝880W，根据P＝UI可知，电饭锅在加热状态下正常工作时的总电流：I总＝＝＝4A，故A错误；
B、当只闭合开关S1时，只有R1工作，此时为保温状态，保温功率为44W，则R2的功率为：P2＝P加﹣P保＝880W﹣44W＝836W；
由P＝可知，R2＝＝≈57.9Ω，故B错误；
C、由图乙可知，电能表的转盘转过3000转，电路中的用电器消耗的电能是1kW•h，则电能表的转盘转了40转，电饭锅消耗的电能：W＝＝kW•h＝4.8×104J；
电饭锅的实际功率：P＝＝＝800W，故C正确；
D、电饭锅在加热状态下正常工作7min消耗的电能：W′＝P加t′＝880W×7×60s＝3.696×105J；
产生的热量全部被水吸收，则Q吸＝W′＝3.696×105J；
由Q吸＝cmΔt可知，可将2.2kg水升高的温度：Δt＝＝＝40℃，故D错误。
故选：C。
【变式6-2】小明家饮水机的工作原理图如图所示，额定电压为220V，R1、R2均为加热电阻丝，R1＝968Ω，饮水机有加热和保温两种状态，额定加热功率为500W；当开关S、S0均闭合时，饮水机处于 加热 状态。该饮水机的保温功率是 450 W。若电阻丝产生的热量全部被水吸收，正常工作时，将饮水机蓄水箱中质量为1kg的水从75℃加热到95℃需要的时间是 168 s。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
【答案】加热；450；168。
【解答】解：（1）当开关S、S0均闭合时，电阻丝R1、R2并联，当开关S闭合、S0断开时，只有R2工作；
由并联电路的电阻特点可知，并联的总电阻小于任一分电阻，
所以，当开关S、S0均闭合时，电阻丝R1、R2并联，此时电路中的电阻最小，电源电压不变，根据P＝可知，电路中的电功率最大，为加热状态；
当开关S闭合、S0断开时，只有R2工作，此时电路中的电阻最大，电功率最小，为保温状态；
（2）R1的发热功率P1＝＝＝50W，
根据并联电路特点可知，R2发热功率P2＝P加热﹣P1＝500W﹣50W＝450W，
只有R2工作时，饮水机处于保温状态，此时的保温功率P保温＝P2＝450W；
（3）水吸收的热量Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（95℃﹣75℃）＝8.4×104J，
电阻丝产生的热量全部被水吸收，则消耗的电能W＝Q吸＝8.4×104J，
由P＝可知，需要加热的时间t′＝＝＝168s。
故答案为：加热；450；168。
【变式6-3】如图所示，甲图是小亮家的电热加湿器，其工作电路如图乙，相关参数如下表。电热加湿器的电热丝浸没在加热仓的水中产生热量，使加热仓中的水沸腾变成水蒸气喷出，增加环境湿度；当加热仓中的水减少到一定程度时，自动阀门智能打开，水由储水箱进入加热仓中。气雾调节器的滑片P移动时可调节气雾量。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]求：
工作电压
220V
工作频率
50Hz
最大运行功率
220W
气雾调节器最大电阻
1980Ω
（1）将加热仓中质量为55g的水，从20℃加热到100℃所需要吸收的热量；
（2）若加热仓以最大运行功率工作时效率为80%，要将水加热到100℃，需要的时间；
（3）电热加湿器以最低气雾量工作时，求气雾调节器消耗的电功率。
【解答】解：（1）水需要吸收的热量：Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×55×10﹣3kg×（100℃﹣20℃）＝1.848×104J；
（2）由η＝可知，电热加湿器消耗的电能：W＝＝＝2.31×104J，
由表格数据可知，加湿器的最大运行功率P大＝220W，
由P＝可知，需要加热的时间：t＝＝＝105s；
（3）当气雾调节器R2的滑片移到最左边时，接入电路中的电阻为零，电路为R1的简单电路，加湿器以最大运行功率工作；
由P＝UI＝可得，电热丝R1的阻值：R1＝＝＝220Ω；
当滑片移到最右端时，接入电路中的电阻最大，此时R1与R2串联，加湿器以最低气雾量工作，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，电路中的电流：I＝＝＝0.1A，
此时气雾调节器R2消耗的电功率：P2＝I2R2＝（0.1A）2×1980Ω＝19.8W。
答：（1）将加热仓中质量为55g的水，从20℃加热到100℃所需要吸收的热量为1.848×104J；
（2）若加热仓以最大运行功率工作时效率为80%，要将水加热到100℃，需要的时间为105s；
（3）电热加湿器以最低气雾量工作时，气雾调节器消耗的电功率为19.8W。
课堂巩固训练
一、选择题。
1．（2022•株洲）如图是探究“电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关”的实验装置。通电前，两个U形管内的液面相平，通电一定时间后，通过R1、R2的电流分别为I1、I2，则下列说法正确的是（ ）
A．I1＝I2，A管中的液面比B管中的液面低
B．I1＝I2，A管中的液面比B管中的液面高
C．I1＞I2，A管中的液面比B管中的液面低
D．I1＞I2，A管中的液面比B管中的液面高
【答案】D。
【解答】解：
由图可知，右侧两电阻丝并联后与左侧电阻丝串联，并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以I1＞I2；
由Q＝I2Rt可知，通电时间相同时，I1＞I2，R1＝R2＝5Ω，所以左侧电阻产生的热量较多；
密闭空气吸收热量后，体积不变，压强变大，左侧容器内气体的压强与大气压的差值较大，A玻璃管液面较高。
故选：D。
2．（2022•柳州）在“探究通电导体放出的热量跟哪些因素有关”的实验中发现，电路中的电阻丝温度升高而导线温度没有明显变化，这是因为二者的（ ）
A．电阻不同 B．电流不同 C．密度不同 D．通电时间不同
【答案】A。
【解答】解：电路中的电阻丝和导线串联连接，而串联电路处处电流相等，因此通过电阻丝和导线的电流和通电时间都相等，由于电阻丝的阻值远远大于导线的阻值，由Q＝I2Rt可知，电阻丝产生的热量比导线多。A符合题意。
故选：A。
3．（2022•宝安区校级三模）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，容器内盛有液体，下列说法正确的是（ ）
A．甲、乙、丙三个容器内应盛有质量相同的不同种液体
B．利用甲、丙可以研究电流通过导体产生热量的多少与电流的关系
C．温度计示数的变化反映了电流通过液体内导体时产生热量的多少
D．利用甲、乙可以研究电流通过导体产生热量的多少与导体电阻的关系
【答案】C。
【解答】解：A、探究“电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”的实验时，采用的是控制变量法，需要加热质量相同的同种液体，故甲、乙、丙三个容器内应盛有质量相同的同种液体，故A错误；
B、在甲、丙装置中，容器中的两个电阻丝串联，通过它们的电流I与通电时间t相同，左边容器中的电阻小于右边容器中的电阻，探究的是电流产生的热量与电阻大小的关系，故B错误；
C、电阻丝产生的热量不易直接观察，实验中可给等质量的液体加热，液体吸热越多，温度越高，温度计示数越大，采用了转换法，故C正确；
D、甲、乙装置甲中，一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，容器内两电阻大小相同，通过时间也相同，根据串联电路的电流特点可知，通过左侧容器电阻的电流大于通过右侧容器内电阻丝的电流，根据控制变量法，可研究电流产生的热量与电流的关系，故D错误。
故选：C。
4．（2022•岱岳区三模）如图所示电路中，电源电压U＝15V恒定不变，R1＝25Ω，滑动变阻器R2的最大阻值为60Ω，小灯泡L的额定电压为5V，电流表的量程0～3A。只闭合S3，且滑动变阻器连入电路的电阻为40Ω时，电流表的示数为0.3A。闭合S1、S2、S3，为保证电路安全（不考虑温度对灯丝电阻的影响）下列说法中（ ）
①灯丝电阻是10Ω
②滑动变阻器R2的阻值变化范围为0Ω～60Ω
③电流表的示数变化范围为0.85A～3A
④若只闭合S3且使小灯泡L正常发光时，2min内滑动变阻器产生的热量为600J
A．只有①③④正确 B．只有②③④正确
C．只有①②④正确 D．只有①②③④正确
【答案】A。
【解答】解：①由电路图知，只闭合S3时，灯泡L与滑动变阻器R2串联，电流表测电路中电流，
由I＝可得，电路的总电阻：R＝＝＝50Ω，
由串联电路的电阻特点可得，灯丝电阻：
RL＝R﹣R滑＝50Ω﹣40Ω＝10Ω，故①正确；
②由电路图知，闭合S1、S2、S3时，R1与R2并联，电流表测干路电流，
为保证电路安全，干路电流最大为3A，此时变阻器连入电路的阻值最小，
由并联电路特点和欧姆定律可得，通过R1的电流：I1＝＝＝0.6A，
I2最大＝I最大﹣I1＝3A﹣0.6A＝2.4A，
所以R2最小＝＝＝6.25Ω，
R2的阻值变化范围为6.25Ω～60Ω，故②错误；
③当R2连入电路的阻值最大时，电路中电流最小，
I最小＝I1+I2最小＝I1+＝0.6A+＝0.85A，
电流表的示数变化范围为0.85A～3A，故③正确；
④只闭合S3且使小灯泡L正常发光，
滑动变阻器两端电压U2＝U﹣U额＝15V﹣5V＝10V，
通过滑动变阻器的电流：I2＝IL＝＝＝0.5A，
2min内滑动变阻器产生的热量：Q2＝W2＝U2I2t＝10V×0.5A×2×60s＝600J，故④正确。
故选：A。
5．（2021秋•綦江区期末）如图所示的电路中，电源电压恒为4.5V，滑动变阻器的规格为“10Ω；1A”，灯泡上标有“2.5V；1.25W”字样。闭合开关S后调节滑动变阻器的滑片，在保证各元件安全的情况下，下列说法中正确的是（ ）
A．小灯泡L正常发光时的电阻为2Ω
B．小灯泡L正常发光时，电压表V2示数为2.5V
C．向右移动滑片时，电压表V2与电流表A的示数之比不变
D．让小灯泡L正常发光2min，滑动变阻器产生的电热为120J
【答案】D。
【解答】解：由图示知，灯泡和滑动变阻器串联在电路中，电压表V1测小灯泡两端的电压，V2测变阻器两端的电压，电流表测电路中的电流。
A、由题意知，小灯泡的额定电压为2.5V，额定功率为1.25W，当小灯泡正常发光时其两端电压为额定电压，其功率为额定功率，根据P＝可得，灯泡正常发光时的电阻RL＝＝＝5Ω，故A错误；
B、小灯泡正常发光时，两端电压为2.5V，则滑动变阻器两端的电压，
即电压表V2的示数U2＝U﹣U额＝4.5V﹣2.5V＝2V，故B错误；
C、由图可知，电压表V2测量滑动变阻器两端电压，电流表A测量串联电路电流，根据欧姆定律可知，电压表V2与电流表A的示数之比即为滑动变阻器的阻值，向右移动滑片，滑动变阻器阻值减小，故电压表V2与电流表A的示数之比将变小，故C错误；
D、小灯泡正常发光时，电路中的电流I＝＝＝0.5A，
此时，滑动变阻器产生的电热Q＝U2It＝2V×0.5A×2×60s＝120J，故D正确。
故选：D。
6．（2022•娄星区二模）将口香糖的锡箔纸包装剥下来，用小刀剪成约5mm宽、10cm长的细条，做成两头宽、中间窄的纺锤形状（如图所示）。再把锡箔纸两头有亮光的一面（锡箔），分别用手摁在干电池的正负极上，3秒钟左右，锡箔纸中间狭窄部分即开始燃烧起来。关于此情景下列说法中正确的是（ ）
A．锡箔燃烧是因为此处电流较大 B．相同长度锡箔较窄处的电阻较小
C．锡箔中电子从电池正极流向负极 D．相同长度锡箔较窄处的电压较大
【答案】D。
【解答】解：
A、由图可知，锡箔纸中间燃烧部分与两头是串联的，由串联电路的电流特点可知燃烧部分与两头的电流相等，故A错误；
B、长度和材料相同时，较窄处横截面积较小，其电阻较大，故B错误；
C、在电源外部，电流从电源正极流出经锡箔纸回到电源负极；而电子定向移动的方向与电流方向相反，所以电子从负极经锡箔纸流向正极，故C错误；
D、由B选项知，较窄处电阻较大，电流相等，由U＝IR可知，较窄处的电压较大，故D正确。
故选：D。
7．（2021•临邑县校级模拟）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．2min B．7min C．15min D．20min
【答案】B。
【解答】解：普通卧室的空气体积V＝Sh＝15m2×3m＝45m3，
普通卧室内空气的质量m＝ρV＝1.3kg/m3×45m3＝58.5kg，
普通卧室内空气从5℃提升到20℃时，空气吸收的热量Q吸＝cmΔt＝1.0×103J/（kg•℃）×58.5kg×（20℃﹣5℃）＝8.775×105J，
该新型电器消耗的电能W＝Q吸＝8.775×105J，
该新型电器工作的时间t＝＝＝438.75s≈7.3min。
故选：B。
8．（2022•漳州模拟）如表是小滨家中两挡位电饭锅铭牌，图甲是其简化电路图。R1和R2都是电阻丝，不计温度对电阻的影响，产生的热量全部被水吸收，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），通过断开其他用电器，只接通电饭锅且处于加热状态，来测量电饭锅的功率，观察图乙所示的电能表的转盘1min内转了40转，下面说法正确的是（ ）
额定电压
220V
频率
50Hz
额定功率
加热
880W
保温
44W
A．电饭锅在加热状态下正常工作时的总电流为4A
B．电阻R2的阻值是1100Ω
C．测量时电饭锅的实际加热功率是800W
D．电饭锅在加热状态下正常工作7min，可将2.2kg水的温度升高2℃
【答案】A。
【解答】解：
A、当开关S1、S2同时闭合时，R1和R2并联，总电阻最小，总功率最大，此时为加热状态，由表格信息可知，加热功率P加＝880W，
根据P＝UI可知，电饭锅在加热状态下正常工作时的总电流：I总＝＝＝4A，故A正确；
B、当只闭合开关S1时，只有R1工作，此时为保温状态，保温功率为44W，
则正常加热时R2的功率为：P2＝P加﹣P保＝880W﹣44W＝836W；
由P＝可知电阻R2的阻值：R2＝＝≈57.9Ω，故B错误；
C、由图乙可知，电路中用电器每消耗1kW•h的电能时，电能表的转盘转过3200转，
则电能表的转盘转了40转，电饭锅消耗的电能：W＝＝kW•h；
电饭锅的实际加热功率：P＝＝＝0.75kW＝750W，故C错误；
D、电饭锅在加热状态下正常工作7min消耗的电能：W′＝P加t′＝880W×7×60s＝3.696×105J；
产生的热量全部被水吸收，则Q吸＝W′＝3.696×105J；
由Q吸＝cmΔt可知，能使2.2kg水升高的温度：Δt＝＝＝40℃，故D错误。
故选：A。
9．（2021秋•陵城区校级月考）在家庭线路中，有时导线长度不够，需要把两根连接起来，而连接处往往比别处的温度高，而且更容易老化，甚至引起火灾，这是因为（ ）
A．连接处的电阻大 B．连接处的电流大
C．连接处的电阻小 D．连接处的发热功率小
【答案】A。
【解答】解：在家庭电路中，导线相互连接处因接触不良，该处的电阻较大，
因导线连接处与导线串联在电路中，
所以，通过的电流相等、通电时间相等，
由Q＝I2Rt可知，连接处产生的热量较多，往往比别处更容易发热，加速导线老化，甚至引起火灾。
综上可知，A正确，BCD不正确。
故选：A。
二、填空题。
10．（2022•西安模拟）按要求完成填空：
（1）如图甲所示，温度计读数为 ﹣15 ℃；
（2）如图乙所示，探究水沸腾时温度变化特点的实验中，图示装置装配的合理顺序是 自下而上 （选填“自上而下”或“自下而上”）；
（3）如图丙所示，将卡片转过一个角度是为了探究 不在同一直线上 的两个力能否平衡；
（4）如图丁所示，探究影响电流热效应与 电阻 的关系。
【答案】（1）﹣15；（2）自下而上；（3）不在同一直线上；（4）电阻。
【解答】解：（1）由图可知，此温度计的分度值为1℃，温度计上的数值从下向上逐渐减小，所以物体的温度为0℃以下，为﹣15℃；
（2）酒精灯需用外焰加热，所以要先放好酒精灯，再固定铁圈的高度，因此安装实验器材时应按照自下而上的顺序进行；
（3）小卡片转过一个角度，小卡片两端的拉力就不在一条直线上，卡片就不能平衡，会发生转动，说明了不在同一直线上的两个力不能平衡；
（4）丁图中，两电阻串联，电流相同，通电时间相同，电阻不同，是探究电流产生的热量与电阻的关系；
故答案为：（1）﹣15；（2）自下而上；（3）不在同一直线上；（4）电阻。
11．（2021秋•井研县期末）在如图所示电路中，电源电压为6V，R1＝4Ω，闭合开关S后，电压表示数为2V，则电流表的示数为 0.5 A。电阻R2两端电压为 4 V，电阻R1工作1min产生的热量为 60 J。
【答案】0.5；4；60。
【解答】解：（1）当开关S，两电阻串联，电流表测电路中的电流，电压表测量R1两端电压；
电流表的示数：I＝＝＝0.5A；
因为串联电路两端电压等于各部分电压之和，所以R2两端电压：
U2＝U﹣U1＝6V﹣2V＝4V；
（2）电阻R1工作1min产生的热量：
Q1＝I2R1t＝（0.5A）2×4Ω×1×60s＝60J。
故答案为：0.5；4；60。
12．（2021秋•大城县期末）小华家6月底电能表的示数如图所示，7月底表盘的示数为 ，由图可知她家7月份用电器消耗的电能为 140 kW•h。关掉家里其他用电器，将电热水壶装1L水，闭合开关，观察到壶中水温度从20℃到沸腾（当时气压为标准大气压），电能表的转盘转了320r，则水吸收的热量为 3.36×105 J。该次加热电热水壶的效率为 87.5% 。[水的比热容c水＝4.2×103J/（kg•℃），ρ水＝1.0×103kg/m3]
【答案】140；3.36×105；87.5%。
【解答】解：（1）电能表读数时，数字方框中最后一位是小数，单位是kW•h，
由图可知，小华家6月底电能表的示数为6247.2kW•h，
小华家7月底表盘的示数为6387.2kW•h，
则她家7月份用电器消耗的电能W＝6387.2kW•h﹣6247.2kW•h＝140kW•h；
（2）电热水壶内水的体积V＝1L＝1dm3＝1×10﹣3m3，
由ρ＝可知，水的质量：m＝ρ水V＝1.0×103kg/m3×1×10﹣3m3＝1kg，
1个标准大气压下，水的沸点是100℃，
水吸收的热量：Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（100℃﹣20℃）＝3.36×105J；
电能表上的参数3000revs/（kW•h）表示电路中的用电器每消耗1kW•h电能，电能表的转盘转过3000转，
则电能表的转盘转了320r，电热水壶消耗的电能：W′＝＝kW•h＝3.84×105J，
电热水壶的加热效率：η＝×100%＝×100%＝87.5%。
故答案为：140；3.36×105；87.5%。
三、计算题。
13．（2022•杭州模拟）如图所示，如表、图甲分别为某烧水壶的铭牌和简化电路图，R1和R2为发热丝，S1为总开关，S2为温控开关，1、2分别为开关的两个接触点，图乙为某次将满壶水加热、保温过程的总功率与时间的关系图像，已知ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃）。求：
（1）这满壶水从25℃加热至100℃所吸收的热量；
（2）本次工作过程共消耗的电能；
（3）R1和R2的阻值。
型号
SDS﹣15X05
容量
1L
额定电压
220V
额定频率
50Hz
加热功率
1210W
保温功率
40W
【解答】解：
（1）由ρ＝可得，满壶水的质量：
m＝ρ水V＝1.0×103kg/m3×1×10﹣3m3＝1kg；
此过程加热满壶水吸收的热量为：
Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（100℃﹣25℃）＝3.15×105J；
（2）由图可知，加热时间：
t加＝5min＝300s，
保温时间：t保＝t总﹣t加＝15min﹣5min＝10min＝600s，
本次工作消耗电能：
W总＝W加+W保＝P加t加+P保t保＝1210W×300s+40W×600s＝3.87×105J，
（3）当S1闭合，S2接1时电路只有R2接入电路，电路处于加热状态
由P2＝得，R2＝＝＝40Ω，
当S1闭合，S2接2时电路中R1与R2串联接入电路，电路处于保温状态，同理可得
R总＝＝＝1210Ω，
R1＝R总﹣R2＝1210Ω﹣40Ω＝1170Ω。
答：（1）这满壶水从25℃加热至100℃所吸收的热量为 3.15×105J；
（2）本次工作过程共消耗的电能3.87×105J；
（3）R1的阻值1170Ω，R2的阻值40Ω。
四、解答题。
14．（2022•葫芦岛模拟）劣质的墙壁插座会使插头与插座接触不牢，导致插头与插座连接处比别处更容易发热，加速老化，甚至引起火灾事故。请你回答下面的问题：
（1）在火线、零线、地线当中，正常情况下与哪根导线相连的插头没有电流通过？
（2）连接处接触不牢电阻会如何变化？
（3）连接处发热是电流的什么效应？
【解答】解：（1）火线与大地间的电压为220V，正常情况下有电流通过；零线与大地间的电压为零，正常情况下，插头插入插座后有电流通过零线，使电流从火线流入，经过用电器，再由零线流回，构成回路；地线与用电器金属外壳相连，正常情况下没有电流通过，由此可知，正常情况下，地线没有电流通过；
（2）连接处接触不牢，连接处横截面积减小，连接处的电阻将变大，由此可知，连接处接触不牢电阻将变大；
（3）电流通过导体会产生热的现象，叫电流的热效应，所以连接处发热是电流的热效应。
答：（1）正常情况下，地线没有电流通过；
（2）连接处接触不牢电阻将变大；
（3）连接处发热是电流的热效应。
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