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物理第4节 焦耳定律当堂检测题
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这是一份物理第4节 焦耳定律当堂检测题，共13页。试卷主要包含了电饭锅工作时有两种状态，甲、乙两电热丝电阻之比为2等内容，欢迎下载使用。
基础巩固
1．实验表明，电流通过导体产生的热量跟 成正比，跟 成正比，跟 成正比。这个规律叫 定律，可用公式 表示。
【答案】电流的二次方；导体的电阻；通电时间；焦耳；Q=I2Rt
【解析】1841年，英国物理学家焦耳总结出了电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系：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，可用公式Q=I2Rt表示。
2．如图所示的自制便携式封口机，使用电压为3V的电源，接通电路发热电阻温度升高，利用电流的 实现高温封口。阻值为1Ω的发热电阻10s内产生 J的热量。封口时总是把塑料袋烫坏，应将发热电阻换成阻值更 （填“大”或“小”）的。
【答案】热效应；90；大
【解析】电流通过电阻，因为电流的热效应，电阻发热产生热量，温度升高，实现高温封口；
电阻产生的热量Q=U2Rt=(3V)21Ω×10s=90J；
由公式Q=U2Rt可知，电压不变，要减小电阻产生的热量，因增大R的阻值。
3．如图所示，串联的两电阻丝（R1＜R2），封闭在两个完全相同的烧瓶中，并通过短玻璃管与相同的气球相连。闭合开关，通过两电阻丝的电流 （选填“相等”或“不相等”），一段时间后，密闭烧瓶内的空气被加热，观察到 （选填“A”或“B”）气球先鼓起来。
【答案】相等；B
【解析】实验中阻值不相等两电阻串联，则两电阻中的电流相等，在通电时间相同时，电阻大的电阻丝产生的热量多，即B相通的电阻丝R2产生的热量要多，B气球先鼓起来。
4．如图是焦耳定律的实验装置，其中R1＝5Ω，R2＝R3＝10Ω。只闭合S1可以探究电流产生热量与 的关系，若电路中的电流为0.1A，通电10min电阻R1产生的热量为 J。闭合S1和S2，通过R1的电流是R2的2倍，左侧U形管内液柱的高度差比右侧更大，这说明 （填“电流”或“电阻”）对产生热量多少影响更大。
【答案】电阻；30；电流
【解析】由图可知：只闭合S1时，R1、R2串联 电流相等，电阻不同，所以可以探究电流产生热量与电阻的关系；
由题可知R1＝5Ω，t＝10min＝600s，I＝0.1A，根据Q＝I2Rt得电阻R1产生的热量：
Q＝I2R1t＝（0.1A）2×5Ω×600s＝30J；
图中液柱的高低间接反应了电阻产生的热量，闭合S1和S2，通过R1的电流是R2的2倍，左侧U形管内液柱的高度差比右侧更大，说明电流的变化对热量的产生影响更加明显。
5．如图所示，在研究电热与哪些因素有关的实验中，同学们猜想电热可能与电流大小、电阻大小以及通电时间长短有关。
（1）左侧密闭容器内电阻丝阻值为5Ω，右侧密闭容器外部，将一个阻值为5Ω的电阻与这个容器内的电阻丝并联，目的是使通过左右两密闭容器内电阻丝的 不同，右侧容器内电阻丝的限值应为 Ω，才能符合实验研究的要求；
（2）在第（1）问实验中测得，左侧容器内电阻丝的电流大小为1A，则通过右侧密闭容器中的电阻丝电流大小为 A；U形管中液面高度差反映密闭空气温度的变化，左侧U形管中液面高度差大于右侧U形管中液面高度差，说明： ；
（3）本实验是研究电流的 效应，从能量转化的角度分析，是 能转化为 能。
【答案】（1）电流；5；（2）0.5；在电阻和通电时间一定时，通过导体的电流越大，导体产生的热量越多；（3）热；电；内
【解析】（1）装置中右侧容器中两个电阻并联后再与左侧容器中一个5Ω的电阻串联，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+I1＝I左，即通过左右两密闭容器内电阻丝的电流不同；
探究电流通过导体产生的热量与电流的关系时，要控制右侧容器中的电阻和左侧容器中5Ω的电阻阻值相等，则右侧容器内电阻丝的阻值应为5Ω；
（2）根据并联电路的电压特点和两电阻阻值相等，可知支路中电流相等，I右＝I1，
根据I右+I1＝2I右＝I左，可知I右=12I左=12×1A＝0.5A；
左侧U形管中液面高度差大于右侧U形管中液面高度差，说明左侧电阻产生的热量多，则可得出结论：在电阻和通电时间一定时，通过导体的电流越大，导体产生的热量越多；
（3）电流通过导体会产生热量，叫做电流的热效应，其能量转换是电能转化为内能。
6．电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内的水烧干以前的加热状态，另一种是锅内的水烧干后的保温状态。如图所示是电饭锅的电路图，R1是一个电阻，R2是加热用的电阻丝，则自动开关S闭合时，电饭锅处于 （选填“加热”或“保温”）状态。一只额定功率是450W的电饭锅，在额定电压下使用，每分钟产生的热量为 J。
【答案】加热；2.7×104
【解析】S接通时，R1被短路，电路为R2的基本电路；S断开时，R1、R2串联；
串联电路总电阻等于各分电阻之和，根据串联电阻的规律可知，S接通时电路中电阻小，通过的电流大，根据P＝I2R可知，此时R2的电功率大，为加热状态；S断开时的总电阻大，电路中电流小，根据P＝I2R可知，此时R2的电功率小，为保温状态；
一只额定功率是450W的电饭锅，在额定电压下使用，每分钟产生的热量：
Q＝W＝Pt＝450W×1×60s＝2.7×104J。
7．用焦耳定律公式Q＝I2Rt计算电流产生的热量，这个公式适用于（ ）
A．纯电阻性用电器，如白炽灯、电炉等
B．电动机、电风扇等家用电器
C．电解、蓄电池充电等
D．对任何用电器都适用
【答案】D
【解析】焦耳定律能适用于任何电路，能求出所有电路中的发热量。
8．将规格都是“220V 150W”的一台电风扇、一台电视机和一只电烙铁分别接入家庭电路中，正常工作相同时间，以下说法正确的是（ ）
A．三个用电器均能将电能全部转化为内能
B．根据R=U2P可计算出三个用电器的电阻相等
C．三个用电器消耗的电能一样多
D．三个用电器产生的热量相等
【答案】C
【解析】AB、电烙铁工作时，能将电能全部转化为内能；电风扇、电视机工作时，其消耗的电能不只是转化为内能，还会转化为机械能或光能和声能；
虽然三个用电器的规格相同，但公式R=U2P只适用于纯电阻用电器，即利用该公式能计算电烙铁的电阻，不能计算电风扇和电视机的电阻，事实上它们的电阻也是不相同的，故AB错误；
C、三个电器都在额定电压下工作，实际功率相同都是100W，由W＝Pt可知相同时间内三个电器消耗的电能一样多，故C正确；
D、电风扇工作时，电能转化为内能和机械能；电视机工作时，电能转化为内能、光能和声能；电烙铁工作时，电能全部转化为内能；且相同时间内三个电器消耗的电能相同，因此相同时间内，电烙铁产生的热量最多，故D错误。
9．电熨斗通电一段时间后，熨斗面很烫，而连接电熨斗的导线却不怎么热，这是因为（ ）
A．导线的电阻远小于熨斗的电阻，导线消耗的电能很少
B．通过导线的电流远小于通过熨斗的电流
C．导线的散热比熨斗快
D．导线外有绝缘皮隔热
【答案】A
【解析】解: AB、电炉丝跟铜导线串联,通过它们的电流I和通电时间t相等,
根据: Q=I2Rt, R电炉丝> R导线，
所以产生的热量: Q电炉丝> Q导线，
因为Q= W电，
所以相同时间内导线上消耗的电能小于电炉丝消耗的电能,故A正确, B错错误;
CD、熨斗面很烫,而连接电熨斗的导线却不怎么热，与散热快慢、隔热效果无关， 故CD错误。
10．甲、乙两电热丝电阻之比为2：3，通过的电流之比为3：1，则相同时间内产生的热量之比为（ ）
A．2：1B．6：1C．1：2D．1：6
【答案】B
【解析】由题意可知，R甲：R乙＝2：3，I甲：I乙＝3：1，
由Q＝I2Rt可得，在相同时间内产生的热量之比：Q甲Q乙=I甲2R甲tI乙2R乙t=32×2×112×3×1=61，故B正确，ACD错误。
11．如图所示,A,B,C,D是四个装了等温、等量水的相同容器,每个容器内放入同样材料、粗细相同的电阻丝绕成的线圈,各线圈的圈数如图所示,合上开关,经过一段时间水温最高的是( )
A．A B．B C．C D．D
【答案】D
【解析】因为线圈的材料、粗细都相同,长度越大,电阻越大,所以D容器中的线圈电阻最大;由公式Q=I2Rt可知,在电流和通电时间相同时,电阻越大,产生的热量越多,水温升高得越多.
12．如图所示是“探究电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关”的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，下列说法错误的是（ ）
A．U形管液面高度变化是因为容器中气体热胀冷缩的缘故
B．通电后透明容器中气体的内能增大是通过做功的方式改变的
C．图甲中，通电一段时间后左右两边容器内电阻产生的热量之比是1：2
D．图乙所示的装置可以用来探究电流通过导体产生的热量多少跟电流大小的关系
【答案】B
【解析】A.电流通过导体产生的热量不能直接显示出来，容器中空气会由于热胀冷缩而出现高度差，由此反映出产生的热量多少，故选项A说法正确；
B.容器中气体的内能增大是通过电阻丝将热量传递给气体的，故气体内能增大是通过热传递的方式改变的，故选项B说法错误；
C.甲图中电阻之比为：R1：R2＝5Ω：10Ω＝1：2；
串联电路中电流相等，故电流之比为：I1：I2＝1：1；
图甲中电阻产生热量之比为：Q1Q2=I12R1tI22R2t=R1R2=12；
D.图乙中容器中电阻相等，根据串并联电路关系可知，他们的电流不等，并联电阻支路中电流为干路电流的一半，两边容器中电阻的电流不同，可以用来探究产生热量与电流大小的关系，故选项D说法正确。
13．用如图的装置探究影响电流热效应的因素”，电阻丝R1和R2分别密封在两只完全相同的烧瓶中，且R1＜R2，瓶中装有质量相等的煤油。下列说法正确的是（ ）
A．该装置用来探究电流热效应与电流大小的关系
B．闭合开关后，装R1电阻丝的烧瓶中温度计示数上升较快
C．实验中，通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少
D．将某一烧瓶中的煤油换成等质量的水，可比较煤油和水的比热容大小
【答案】C
【解析】A、由图可知，两电阻丝串联，电流相同，通电时间也相同，但电阻不同，故该实验探究的是电流产生的热量与电阻的关系，故A错误；
B、由焦耳定律Q＝I2Rt可知，电流和通电时间相同时，电阻越大，放出的热量越多，由于R1＜R2，故R2放出的热量多，温度计示数升的高，故B错误；
C、通电后电流通过电阻丝做功，产生热量使煤油的温度升高，通过观察温度计的示数大小来判断电流产生的热量的多少，这个研究方法可以称之为转换法，故C正确；
D、要比较水和煤油的比热容，则应让水和煤油的质量相等、吸收的热量（加热时间）相等，由温度的变化大小得出比热容的大小关系；故用相同质量的水代替煤油，两瓶中都有相同阻值相同的电阻丝，电阻相等；故D错误。
14．把两根电阻丝串联接到电源上,发出热量较多的一定是( )
A．通过电流较大的B．两端电压较大的
C．电阻较小的D．都有可能
【答案】B
【解析】串联电路电流处处相等,通过两电阻丝的电流相等,A错误;发出热量多的说明发热功率大,根据P=UI可知,电流相等时,电压大的功率大,B正确;根据焦耳定律Q=I2Rt可知,在电流相等情况下,电阻越大产生的热量越多,C,D错误.
能力提升
15．某款迷你电炖盅有加热和保温两个挡，加热挡的功率为100W，如图是其简化的电路图，已知R1＝4R2，电炖盅的旋钮开关处于图示位置时是 挡，电炖盅在保温挡工作10min产生的热量是 J。
【答案】保温；1.2×104
【解析】由图知，开关处于图示位置时，R1、R2串联，电路的总电阻最大，电源电压一定，由P=U2R知，此时电路的总功率最小，为保温挡；
当旋钮开关旋转后，电路为R2的简单电路，电路的总电阻最小，总功率最大，为加热挡。
由P=U2R可得：R2=U2P加热=(220V)2100W=484Ω，
所以保温挡工作时10min产生热量：Q=U2R1+R2t=(220V)24×484Ω+484Ω×10×60s＝1.2×104J。
16．如图,小华家电能表的示数是 度,他只让某电水壶工作,发现在10分钟内电能表盘转过了600转,则该电水壶的实际功率为 W.不计能量损失,如果该电水壶正在给2 L水加热,水温升高40 ℃时,加热时间为 s.
【答案】1362.5；1.2×103；280
【解析】电能表示数W=1362.5 kW·h.电能表转盘转动600 r,电路消耗的电能为:W'=600 r3000 r kW·h=0.2 kW·h=7.2×105 J,电水壶消耗的实际功率:P=W't=0.2 kW·h1060h=1.2 kW=1200 W.水的质量:m=ρV=1.0×103 kg/m3×2×10-3m3=2 kg;因为W=Q,所以由W=Pt和Q=cmΔt可得,Pt=cmΔt,即1200 W×t=4.2×103J/(kg·℃)×2 kg×40 ℃,解得t=280 s.
17．小明在探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验中，提出了下列猜想：
A．与通电时间有关B．与电阻大小有关
C．与电压大小有关D．与电流大小有关
实验器材有：阻值不同的电阻丝若干、蓄电池、火柴、开关和导线若干。
请回答下列问题：
（1）探究猜想A时，将某一电阻丝接入电路，保证安全的情况下使火柴头充分接触电阻丝，闭合开关一段时间后火柴头才燃烧，这一现象说明：
①电阻丝产生的热量通过 的方式传递给火柴头；
②电阻丝产生的热量与通电时间 （选填“有关”或“无关”）；
（2）探究猜想B时，如图所示，将10Ω和20Ω的电阻丝串联接入电路，把两根相同的火柴头分别接触电阻丝（设火柴头与整根电阻丝接触）；
①小明思考，若相同时间内仅有一根电阻丝上的火柴头燃烧，据此能否判断该电阻丝产生的热量多？ （选填“能”或“不能”）；
②闭合开关较长时间后，发现两电阻丝均发热，但火柴头都没有燃烧。在不改变电源电压的情况下，选择下列哪组电阻丝进行实验更可行？ （填字母序号）
A．20Ω、30ΩB．15Ω、15ΩC．5Ω、25Ω
（3）小明通过上述实验发现：电阻越大，电流产生的热量越多。评估该实验时小明认为：串联电路中不同阻值的电阻两端所分电压不同，那么电流产生的热量与电阻大小有关的结论似乎不可靠。如果改变两电阻丝的连接方式，能否合理完成对猜想B的方案设计 ？
请你说明理由 。
【答案】（1）①热传递； ②有关；（2）①能； ②C；（3）不能；两电阻并联时，电压相同，由于电阻不同，电流也不同，不能控制电流相同，所以不能。
【解析】（1）①火柴头与电阻丝接触，闭合开关一段时间后火柴头燃烧，火柴头获得了能量，是电阻丝通过热传递的方式传递给火柴头的。
②火柴头与电阻丝接触，闭合开关过一段时间后火柴头才燃烧，说明电阻丝产生的热量与通电时间有关。
（2）①相同时间内仅有一根电阻丝上的火柴头燃烧，说明这根电阻丝在相同时间内产生的热量较多。
②闭合开关较长时间后，发现两电阻丝均发热，但火柴头都没有燃烧，说明两根电阻丝产生的热量都不够多，可以换用电阻对比更明显些的电阻丝来进行实验对比，故C符合题意。
（3）改变两电阻丝的连接方式即将两电阻丝并联，这样虽然控制了两电阻丝两端电压相同，根据I=UR可知通过两电阻丝的电流不一定相同，故没有能控制流过电阻丝的电流相同。
18．某电动机线圈的电阻为R，正常工作时两端的电压为U，通过的电流为I，则该电动机工作时，输出的最大机械功率为（ ）
A．UIB．I2RC．UI+I2RD．UI﹣I2R
【答案】D
【解析】该电动机工作时的最大功率P＝UI，线圈消耗功率P圈＝I2R，
所以输出的最大机械功率为P输出＝P﹣P圈＝UI﹣I2R。
19．（多选）为研究通电导体产生热量的多少与电阻的关系,小明找来了如图所示的实验器材,小红问小明“水比较容易获得,干嘛不用水代替煤油”.对于这个问题,小明给出的下列四种答案中合理的是( )
A．因为煤油有颜色便于观察
B．因为煤油有比较大的热值，放出的热量比较多，升温明显
C．因为煤油有比较小的比热容，同等条件下升温比较明显
D．因为煤油不导电，而（普通的）水会导电而发热，给实验带来误差
【答案】CD
【解析】A、该实验观察的不是瓶中的液体而是温度计的求数，所以瓶中的液体是否有颜色并会影响观察，A错误；
B、煤油的升温是因为金属丝发热，与煤油的热值没有关系，B错误；
C、不根据热量公式:Q=cmΔt,因为煤油的比热容比水的比热容小,相同质量的煤油和水比较,吸收相同的热量,煤油温度升高得多,用煤油做实验效果更明显，C正确；
D、普通的自来水会导电，水自身导电发热引来误差，D正确。
20．阻值为R的电阻丝，接到电源上6min烧开一壶水，现在用两根同样的电阻丝串联起来，接到同一电源上烧开同一壶水，需要的时间是（ ）
A．12minB．3minC．8minD．6min
【答案】A
【解析】用一个电阻烧水时消耗的总电能为：W=U2Rt1，当电阻串联起来后，总电阻R1＝2R，要使烧开同一壶水，则做功一样，即U2Rt1=U2R1t2，则：t2=R1Rt1=2RRt1=2×6min＝12min。
21．用“220 V 800 W”的电热壶烧水,若不考虑能量损失,当把它接入110 V的电源上时,在32分钟内可将一壶水烧开,若将该壶接在220 V电源上时,烧开同样一壶水所用时间为( )
A．12分钟B．16分钟C．24分钟D．8分钟
【答案】D
【解析】设电热壶的电阻为R,因为烧开同样一壶水消耗的电能相等,则W1=W2,U12Rt1=U22Rt2,解之得:t2=8 min.
22．如图所示电路中，已知R1＞R2，电源电压U保持不变，在相同的时间内四个电路中总共放出的热量由多到少的顺序是（ ）
A．甲、乙、丙、丁B．甲、丙、丁、乙
C．丙、丁、乙、甲D．乙、丁、丙、甲
【答案】D
【解析】因为甲、乙、丙、丁四个电路两端电压相等，电阻关系为R甲＞R丙＞R丁＞R乙，
根据纯电阻电路焦耳定律公式Q=U2Rt知，相同时间内产生的热量关系为Q乙＞Q丁＞Q丙＞Q甲。
23．如图甲所示是一种常见的电热水袋,图乙是它的结构示意图,其性能指标如表所示.有关电热水袋,下列说法正确的是( )
A．电热水袋的发热效率约为90%
B．指示灯L的电阻比发热体R的电阻大得多
C．若水的初温是15 ℃,加热10 min指示灯就熄灭了,则消耗的电能是2.1×103J
D．为了使用安全,电热水袋使用双重温控开关,也就是把两个温控开关并联起来使用
【答案】B
【解析】温度从15 ℃升高到65 ℃,此过程中水吸收的热量:
Q=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×1 kg×(65 ℃-15 ℃)=2.1×105 J,电热水袋消耗的电能:
W=Pt=500 W×10×60 s=3×105 J;该电热水袋的发热效率:η=QW×100%=2.1×105J3×105J×100%=70%,A,C错误;
由电路图可知,指示灯和发热体并联,两端电压相等,由表格数据可知,指示灯功率远小于额定加热功率,由R=U2P可知,指示灯L的电阻比发热体R的电阻大得多,B正确;
因为电热水袋使用双重温控开关,也就是说只有这两个开关都闭合时,电热袋才工作,因此这两个开关是串联的,D错误.
24．小聪和小明在家中做了一次实验:
第1步,把家庭电路里其他用电器关掉,只让一只100 W的灯泡发光,过一会儿去摸一摸总闸刀外面的绝缘壳,外壳不热;
第2步,关掉电灯,单独将一只1500 W的电炉插入灯座,过一会儿再去摸一下总闸刀外壳,发现外壳微热;第3步,使家中的电炉(1500 W)、空调(1500 W)、电饭锅(800 W)、电热水器(1500 W)同时工作,过一会儿再去摸一下总闸刀外壳,发现外壳很热,线路发热.
请问:
(1)总闸刀外壳很热的原因是什么?
(2)为了安全,应进行“线路改造”,“线路改造”的对象是什么?
【答案】(1)总闸刀串联接在干路中,各用电器工作时,通过闸刀的电流等于各用电器的电流之和,由于通过闸刀的电流I较大,由Q=I2Rt可知,在相等时间内,闸刀电阻产生的热量较多,从而使闸刀外壳很热; (2)“线路改造”的对象是输电线,换用电阻小的输电线,可以减小电能损失,使导线温度不太高.
【解析】总闸刀串联在电路中,用电器工作时,通过闸刀的电流等于各用电器电流之和,由焦耳定律可知,电流通过导体产生的热量跟电流的平方、导体电阻大小和通电时间成正比,换用电阻较小的输电线,可以减小导线产生的热量,据此分析解题即可.
25．在一次课外活动中，某同学对家用电器进行了相关的观察和研究，他以一台电磁炉为观察研究对象，记录了有关数据，如下表：
请你就这位同学在活动中获得的有关资料，求解或提出有关问题：
（1）加热5min，水所吸收的热量；
（2）电磁炉工作5min消耗的电能；
（3）电磁炉的功率；
（4）请你将（3）的求解结果与这位同学在活动中的有关数据进行比较，发现了什么新问题？并解释原因。
【答案】（1）加热5min，水所吸收的热量为1.68×105J；
（2）电磁炉工作5min消耗的电能为2.7×105J；
（3）电磁炉的功率900W；
（4）因电磁炉的实际电压低于额定电压，实际功率小于额定功率。
【解析】（1）水吸收的热量为：
Q吸＝cm△t＝4.2×103J/（kg•℃）×2kg×（50℃﹣30℃）＝1.68×105J；
（2）电磁炉工作5min，电能表转150r，消耗的电能为：W电=150r2000r×3.6×106J＝2.7×105J；
（3）电磁炉的功率为：P=Wt=2.7×105J5×60s=900W；
（4）由题知，P＜P额，由P=U2R可知，这是因为输电线分压，使得电磁炉两端的实际电压小于额定电压造成的。额定电压
额定加热功率
指示灯功率
袋内充水
自动断电温度
220 V
500 W
≤0.2 W
1 kg
65 ℃
观察对象
有关记录和相关活动
观察电磁炉铭牌
U额=220V P额=1KW
观察电能表的铭牌
220V 10(40)A 50Hz 2000r/kwh
用电磁炉加热一壶水（水的质量m=2kg,初温t=30℃）
关闭家里其它用电器，只将电磁炉接入电路烧水观察电能表，表盘在5min内转了150r，此时用温度计测得的水温为50℃。
基础巩固
1．实验表明，电流通过导体产生的热量跟 成正比，跟 成正比，跟 成正比。这个规律叫 定律，可用公式 表示。
【答案】电流的二次方；导体的电阻；通电时间；焦耳；Q=I2Rt
【解析】1841年，英国物理学家焦耳总结出了电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系：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，可用公式Q=I2Rt表示。
2．如图所示的自制便携式封口机，使用电压为3V的电源，接通电路发热电阻温度升高，利用电流的 实现高温封口。阻值为1Ω的发热电阻10s内产生 J的热量。封口时总是把塑料袋烫坏，应将发热电阻换成阻值更 （填“大”或“小”）的。
【答案】热效应；90；大
【解析】电流通过电阻，因为电流的热效应，电阻发热产生热量，温度升高，实现高温封口；
电阻产生的热量Q=U2Rt=(3V)21Ω×10s=90J；
由公式Q=U2Rt可知，电压不变，要减小电阻产生的热量，因增大R的阻值。
3．如图所示，串联的两电阻丝（R1＜R2），封闭在两个完全相同的烧瓶中，并通过短玻璃管与相同的气球相连。闭合开关，通过两电阻丝的电流 （选填“相等”或“不相等”），一段时间后，密闭烧瓶内的空气被加热，观察到 （选填“A”或“B”）气球先鼓起来。
【答案】相等；B
【解析】实验中阻值不相等两电阻串联，则两电阻中的电流相等，在通电时间相同时，电阻大的电阻丝产生的热量多，即B相通的电阻丝R2产生的热量要多，B气球先鼓起来。
4．如图是焦耳定律的实验装置，其中R1＝5Ω，R2＝R3＝10Ω。只闭合S1可以探究电流产生热量与 的关系，若电路中的电流为0.1A，通电10min电阻R1产生的热量为 J。闭合S1和S2，通过R1的电流是R2的2倍，左侧U形管内液柱的高度差比右侧更大，这说明 （填“电流”或“电阻”）对产生热量多少影响更大。
【答案】电阻；30；电流
【解析】由图可知：只闭合S1时，R1、R2串联 电流相等，电阻不同，所以可以探究电流产生热量与电阻的关系；
由题可知R1＝5Ω，t＝10min＝600s，I＝0.1A，根据Q＝I2Rt得电阻R1产生的热量：
Q＝I2R1t＝（0.1A）2×5Ω×600s＝30J；
图中液柱的高低间接反应了电阻产生的热量，闭合S1和S2，通过R1的电流是R2的2倍，左侧U形管内液柱的高度差比右侧更大，说明电流的变化对热量的产生影响更加明显。
5．如图所示，在研究电热与哪些因素有关的实验中，同学们猜想电热可能与电流大小、电阻大小以及通电时间长短有关。
（1）左侧密闭容器内电阻丝阻值为5Ω，右侧密闭容器外部，将一个阻值为5Ω的电阻与这个容器内的电阻丝并联，目的是使通过左右两密闭容器内电阻丝的 不同，右侧容器内电阻丝的限值应为 Ω，才能符合实验研究的要求；
（2）在第（1）问实验中测得，左侧容器内电阻丝的电流大小为1A，则通过右侧密闭容器中的电阻丝电流大小为 A；U形管中液面高度差反映密闭空气温度的变化，左侧U形管中液面高度差大于右侧U形管中液面高度差，说明： ；
（3）本实验是研究电流的 效应，从能量转化的角度分析，是 能转化为 能。
【答案】（1）电流；5；（2）0.5；在电阻和通电时间一定时，通过导体的电流越大，导体产生的热量越多；（3）热；电；内
【解析】（1）装置中右侧容器中两个电阻并联后再与左侧容器中一个5Ω的电阻串联，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+I1＝I左，即通过左右两密闭容器内电阻丝的电流不同；
探究电流通过导体产生的热量与电流的关系时，要控制右侧容器中的电阻和左侧容器中5Ω的电阻阻值相等，则右侧容器内电阻丝的阻值应为5Ω；
（2）根据并联电路的电压特点和两电阻阻值相等，可知支路中电流相等，I右＝I1，
根据I右+I1＝2I右＝I左，可知I右=12I左=12×1A＝0.5A；
左侧U形管中液面高度差大于右侧U形管中液面高度差，说明左侧电阻产生的热量多，则可得出结论：在电阻和通电时间一定时，通过导体的电流越大，导体产生的热量越多；
（3）电流通过导体会产生热量，叫做电流的热效应，其能量转换是电能转化为内能。
6．电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内的水烧干以前的加热状态，另一种是锅内的水烧干后的保温状态。如图所示是电饭锅的电路图，R1是一个电阻，R2是加热用的电阻丝，则自动开关S闭合时，电饭锅处于 （选填“加热”或“保温”）状态。一只额定功率是450W的电饭锅，在额定电压下使用，每分钟产生的热量为 J。
【答案】加热；2.7×104
【解析】S接通时，R1被短路，电路为R2的基本电路；S断开时，R1、R2串联；
串联电路总电阻等于各分电阻之和，根据串联电阻的规律可知，S接通时电路中电阻小，通过的电流大，根据P＝I2R可知，此时R2的电功率大，为加热状态；S断开时的总电阻大，电路中电流小，根据P＝I2R可知，此时R2的电功率小，为保温状态；
一只额定功率是450W的电饭锅，在额定电压下使用，每分钟产生的热量：
Q＝W＝Pt＝450W×1×60s＝2.7×104J。
7．用焦耳定律公式Q＝I2Rt计算电流产生的热量，这个公式适用于（ ）
A．纯电阻性用电器，如白炽灯、电炉等
B．电动机、电风扇等家用电器
C．电解、蓄电池充电等
D．对任何用电器都适用
【答案】D
【解析】焦耳定律能适用于任何电路，能求出所有电路中的发热量。
8．将规格都是“220V 150W”的一台电风扇、一台电视机和一只电烙铁分别接入家庭电路中，正常工作相同时间，以下说法正确的是（ ）
A．三个用电器均能将电能全部转化为内能
B．根据R=U2P可计算出三个用电器的电阻相等
C．三个用电器消耗的电能一样多
D．三个用电器产生的热量相等
【答案】C
【解析】AB、电烙铁工作时，能将电能全部转化为内能；电风扇、电视机工作时，其消耗的电能不只是转化为内能，还会转化为机械能或光能和声能；
虽然三个用电器的规格相同，但公式R=U2P只适用于纯电阻用电器，即利用该公式能计算电烙铁的电阻，不能计算电风扇和电视机的电阻，事实上它们的电阻也是不相同的，故AB错误；
C、三个电器都在额定电压下工作，实际功率相同都是100W，由W＝Pt可知相同时间内三个电器消耗的电能一样多，故C正确；
D、电风扇工作时，电能转化为内能和机械能；电视机工作时，电能转化为内能、光能和声能；电烙铁工作时，电能全部转化为内能；且相同时间内三个电器消耗的电能相同，因此相同时间内，电烙铁产生的热量最多，故D错误。
9．电熨斗通电一段时间后，熨斗面很烫，而连接电熨斗的导线却不怎么热，这是因为（ ）
A．导线的电阻远小于熨斗的电阻，导线消耗的电能很少
B．通过导线的电流远小于通过熨斗的电流
C．导线的散热比熨斗快
D．导线外有绝缘皮隔热
【答案】A
【解析】解: AB、电炉丝跟铜导线串联,通过它们的电流I和通电时间t相等,
根据: Q=I2Rt, R电炉丝> R导线，
所以产生的热量: Q电炉丝> Q导线，
因为Q= W电，
所以相同时间内导线上消耗的电能小于电炉丝消耗的电能,故A正确, B错错误;
CD、熨斗面很烫,而连接电熨斗的导线却不怎么热，与散热快慢、隔热效果无关， 故CD错误。
10．甲、乙两电热丝电阻之比为2：3，通过的电流之比为3：1，则相同时间内产生的热量之比为（ ）
A．2：1B．6：1C．1：2D．1：6
【答案】B
【解析】由题意可知，R甲：R乙＝2：3，I甲：I乙＝3：1，
由Q＝I2Rt可得，在相同时间内产生的热量之比：Q甲Q乙=I甲2R甲tI乙2R乙t=32×2×112×3×1=61，故B正确，ACD错误。
11．如图所示,A,B,C,D是四个装了等温、等量水的相同容器,每个容器内放入同样材料、粗细相同的电阻丝绕成的线圈,各线圈的圈数如图所示,合上开关,经过一段时间水温最高的是( )
A．A B．B C．C D．D
【答案】D
【解析】因为线圈的材料、粗细都相同,长度越大,电阻越大,所以D容器中的线圈电阻最大;由公式Q=I2Rt可知,在电流和通电时间相同时,电阻越大,产生的热量越多,水温升高得越多.
12．如图所示是“探究电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关”的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，下列说法错误的是（ ）
A．U形管液面高度变化是因为容器中气体热胀冷缩的缘故
B．通电后透明容器中气体的内能增大是通过做功的方式改变的
C．图甲中，通电一段时间后左右两边容器内电阻产生的热量之比是1：2
D．图乙所示的装置可以用来探究电流通过导体产生的热量多少跟电流大小的关系
【答案】B
【解析】A.电流通过导体产生的热量不能直接显示出来，容器中空气会由于热胀冷缩而出现高度差，由此反映出产生的热量多少，故选项A说法正确；
B.容器中气体的内能增大是通过电阻丝将热量传递给气体的，故气体内能增大是通过热传递的方式改变的，故选项B说法错误；
C.甲图中电阻之比为：R1：R2＝5Ω：10Ω＝1：2；
串联电路中电流相等，故电流之比为：I1：I2＝1：1；
图甲中电阻产生热量之比为：Q1Q2=I12R1tI22R2t=R1R2=12；
D.图乙中容器中电阻相等，根据串并联电路关系可知，他们的电流不等，并联电阻支路中电流为干路电流的一半，两边容器中电阻的电流不同，可以用来探究产生热量与电流大小的关系，故选项D说法正确。
13．用如图的装置探究影响电流热效应的因素”，电阻丝R1和R2分别密封在两只完全相同的烧瓶中，且R1＜R2，瓶中装有质量相等的煤油。下列说法正确的是（ ）
A．该装置用来探究电流热效应与电流大小的关系
B．闭合开关后，装R1电阻丝的烧瓶中温度计示数上升较快
C．实验中，通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少
D．将某一烧瓶中的煤油换成等质量的水，可比较煤油和水的比热容大小
【答案】C
【解析】A、由图可知，两电阻丝串联，电流相同，通电时间也相同，但电阻不同，故该实验探究的是电流产生的热量与电阻的关系，故A错误；
B、由焦耳定律Q＝I2Rt可知，电流和通电时间相同时，电阻越大，放出的热量越多，由于R1＜R2，故R2放出的热量多，温度计示数升的高，故B错误；
C、通电后电流通过电阻丝做功，产生热量使煤油的温度升高，通过观察温度计的示数大小来判断电流产生的热量的多少，这个研究方法可以称之为转换法，故C正确；
D、要比较水和煤油的比热容，则应让水和煤油的质量相等、吸收的热量（加热时间）相等，由温度的变化大小得出比热容的大小关系；故用相同质量的水代替煤油，两瓶中都有相同阻值相同的电阻丝，电阻相等；故D错误。
14．把两根电阻丝串联接到电源上,发出热量较多的一定是( )
A．通过电流较大的B．两端电压较大的
C．电阻较小的D．都有可能
【答案】B
【解析】串联电路电流处处相等,通过两电阻丝的电流相等,A错误;发出热量多的说明发热功率大,根据P=UI可知,电流相等时,电压大的功率大,B正确;根据焦耳定律Q=I2Rt可知,在电流相等情况下,电阻越大产生的热量越多,C,D错误.
能力提升
15．某款迷你电炖盅有加热和保温两个挡，加热挡的功率为100W，如图是其简化的电路图，已知R1＝4R2，电炖盅的旋钮开关处于图示位置时是 挡，电炖盅在保温挡工作10min产生的热量是 J。
【答案】保温；1.2×104
【解析】由图知，开关处于图示位置时，R1、R2串联，电路的总电阻最大，电源电压一定，由P=U2R知，此时电路的总功率最小，为保温挡；
当旋钮开关旋转后，电路为R2的简单电路，电路的总电阻最小，总功率最大，为加热挡。
由P=U2R可得：R2=U2P加热=(220V)2100W=484Ω，
所以保温挡工作时10min产生热量：Q=U2R1+R2t=(220V)24×484Ω+484Ω×10×60s＝1.2×104J。
16．如图,小华家电能表的示数是 度,他只让某电水壶工作,发现在10分钟内电能表盘转过了600转,则该电水壶的实际功率为 W.不计能量损失,如果该电水壶正在给2 L水加热,水温升高40 ℃时,加热时间为 s.
【答案】1362.5；1.2×103；280
【解析】电能表示数W=1362.5 kW·h.电能表转盘转动600 r,电路消耗的电能为:W'=600 r3000 r kW·h=0.2 kW·h=7.2×105 J,电水壶消耗的实际功率:P=W't=0.2 kW·h1060h=1.2 kW=1200 W.水的质量:m=ρV=1.0×103 kg/m3×2×10-3m3=2 kg;因为W=Q,所以由W=Pt和Q=cmΔt可得,Pt=cmΔt,即1200 W×t=4.2×103J/(kg·℃)×2 kg×40 ℃,解得t=280 s.
17．小明在探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验中，提出了下列猜想：
A．与通电时间有关B．与电阻大小有关
C．与电压大小有关D．与电流大小有关
实验器材有：阻值不同的电阻丝若干、蓄电池、火柴、开关和导线若干。
请回答下列问题：
（1）探究猜想A时，将某一电阻丝接入电路，保证安全的情况下使火柴头充分接触电阻丝，闭合开关一段时间后火柴头才燃烧，这一现象说明：
①电阻丝产生的热量通过 的方式传递给火柴头；
②电阻丝产生的热量与通电时间 （选填“有关”或“无关”）；
（2）探究猜想B时，如图所示，将10Ω和20Ω的电阻丝串联接入电路，把两根相同的火柴头分别接触电阻丝（设火柴头与整根电阻丝接触）；
①小明思考，若相同时间内仅有一根电阻丝上的火柴头燃烧，据此能否判断该电阻丝产生的热量多？ （选填“能”或“不能”）；
②闭合开关较长时间后，发现两电阻丝均发热，但火柴头都没有燃烧。在不改变电源电压的情况下，选择下列哪组电阻丝进行实验更可行？ （填字母序号）
A．20Ω、30ΩB．15Ω、15ΩC．5Ω、25Ω
（3）小明通过上述实验发现：电阻越大，电流产生的热量越多。评估该实验时小明认为：串联电路中不同阻值的电阻两端所分电压不同，那么电流产生的热量与电阻大小有关的结论似乎不可靠。如果改变两电阻丝的连接方式，能否合理完成对猜想B的方案设计 ？
请你说明理由 。
【答案】（1）①热传递； ②有关；（2）①能； ②C；（3）不能；两电阻并联时，电压相同，由于电阻不同，电流也不同，不能控制电流相同，所以不能。
【解析】（1）①火柴头与电阻丝接触，闭合开关一段时间后火柴头燃烧，火柴头获得了能量，是电阻丝通过热传递的方式传递给火柴头的。
②火柴头与电阻丝接触，闭合开关过一段时间后火柴头才燃烧，说明电阻丝产生的热量与通电时间有关。
（2）①相同时间内仅有一根电阻丝上的火柴头燃烧，说明这根电阻丝在相同时间内产生的热量较多。
②闭合开关较长时间后，发现两电阻丝均发热，但火柴头都没有燃烧，说明两根电阻丝产生的热量都不够多，可以换用电阻对比更明显些的电阻丝来进行实验对比，故C符合题意。
（3）改变两电阻丝的连接方式即将两电阻丝并联，这样虽然控制了两电阻丝两端电压相同，根据I=UR可知通过两电阻丝的电流不一定相同，故没有能控制流过电阻丝的电流相同。
18．某电动机线圈的电阻为R，正常工作时两端的电压为U，通过的电流为I，则该电动机工作时，输出的最大机械功率为（ ）
A．UIB．I2RC．UI+I2RD．UI﹣I2R
【答案】D
【解析】该电动机工作时的最大功率P＝UI，线圈消耗功率P圈＝I2R，
所以输出的最大机械功率为P输出＝P﹣P圈＝UI﹣I2R。
19．（多选）为研究通电导体产生热量的多少与电阻的关系,小明找来了如图所示的实验器材,小红问小明“水比较容易获得,干嘛不用水代替煤油”.对于这个问题,小明给出的下列四种答案中合理的是( )
A．因为煤油有颜色便于观察
B．因为煤油有比较大的热值，放出的热量比较多，升温明显
C．因为煤油有比较小的比热容，同等条件下升温比较明显
D．因为煤油不导电，而（普通的）水会导电而发热，给实验带来误差
【答案】CD
【解析】A、该实验观察的不是瓶中的液体而是温度计的求数，所以瓶中的液体是否有颜色并会影响观察，A错误；
B、煤油的升温是因为金属丝发热，与煤油的热值没有关系，B错误；
C、不根据热量公式:Q=cmΔt,因为煤油的比热容比水的比热容小,相同质量的煤油和水比较,吸收相同的热量,煤油温度升高得多,用煤油做实验效果更明显，C正确；
D、普通的自来水会导电，水自身导电发热引来误差，D正确。
20．阻值为R的电阻丝，接到电源上6min烧开一壶水，现在用两根同样的电阻丝串联起来，接到同一电源上烧开同一壶水，需要的时间是（ ）
A．12minB．3minC．8minD．6min
【答案】A
【解析】用一个电阻烧水时消耗的总电能为：W=U2Rt1，当电阻串联起来后，总电阻R1＝2R，要使烧开同一壶水，则做功一样，即U2Rt1=U2R1t2，则：t2=R1Rt1=2RRt1=2×6min＝12min。
21．用“220 V 800 W”的电热壶烧水,若不考虑能量损失,当把它接入110 V的电源上时,在32分钟内可将一壶水烧开,若将该壶接在220 V电源上时,烧开同样一壶水所用时间为( )
A．12分钟B．16分钟C．24分钟D．8分钟
【答案】D
【解析】设电热壶的电阻为R,因为烧开同样一壶水消耗的电能相等,则W1=W2,U12Rt1=U22Rt2,解之得:t2=8 min.
22．如图所示电路中，已知R1＞R2，电源电压U保持不变，在相同的时间内四个电路中总共放出的热量由多到少的顺序是（ ）
A．甲、乙、丙、丁B．甲、丙、丁、乙
C．丙、丁、乙、甲D．乙、丁、丙、甲
【答案】D
【解析】因为甲、乙、丙、丁四个电路两端电压相等，电阻关系为R甲＞R丙＞R丁＞R乙，
根据纯电阻电路焦耳定律公式Q=U2Rt知，相同时间内产生的热量关系为Q乙＞Q丁＞Q丙＞Q甲。
23．如图甲所示是一种常见的电热水袋,图乙是它的结构示意图,其性能指标如表所示.有关电热水袋,下列说法正确的是( )
A．电热水袋的发热效率约为90%
B．指示灯L的电阻比发热体R的电阻大得多
C．若水的初温是15 ℃,加热10 min指示灯就熄灭了,则消耗的电能是2.1×103J
D．为了使用安全,电热水袋使用双重温控开关,也就是把两个温控开关并联起来使用
【答案】B
【解析】温度从15 ℃升高到65 ℃,此过程中水吸收的热量:
Q=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×1 kg×(65 ℃-15 ℃)=2.1×105 J,电热水袋消耗的电能:
W=Pt=500 W×10×60 s=3×105 J;该电热水袋的发热效率:η=QW×100%=2.1×105J3×105J×100%=70%,A,C错误;
由电路图可知,指示灯和发热体并联,两端电压相等,由表格数据可知,指示灯功率远小于额定加热功率,由R=U2P可知,指示灯L的电阻比发热体R的电阻大得多,B正确;
因为电热水袋使用双重温控开关,也就是说只有这两个开关都闭合时,电热袋才工作,因此这两个开关是串联的,D错误.
24．小聪和小明在家中做了一次实验:
第1步,把家庭电路里其他用电器关掉,只让一只100 W的灯泡发光,过一会儿去摸一摸总闸刀外面的绝缘壳,外壳不热;
第2步,关掉电灯,单独将一只1500 W的电炉插入灯座,过一会儿再去摸一下总闸刀外壳,发现外壳微热;第3步,使家中的电炉(1500 W)、空调(1500 W)、电饭锅(800 W)、电热水器(1500 W)同时工作,过一会儿再去摸一下总闸刀外壳,发现外壳很热,线路发热.
请问:
(1)总闸刀外壳很热的原因是什么?
(2)为了安全,应进行“线路改造”,“线路改造”的对象是什么?
【答案】(1)总闸刀串联接在干路中,各用电器工作时,通过闸刀的电流等于各用电器的电流之和,由于通过闸刀的电流I较大,由Q=I2Rt可知,在相等时间内,闸刀电阻产生的热量较多,从而使闸刀外壳很热; (2)“线路改造”的对象是输电线,换用电阻小的输电线,可以减小电能损失,使导线温度不太高.
【解析】总闸刀串联在电路中,用电器工作时,通过闸刀的电流等于各用电器电流之和,由焦耳定律可知,电流通过导体产生的热量跟电流的平方、导体电阻大小和通电时间成正比,换用电阻较小的输电线,可以减小导线产生的热量,据此分析解题即可.
25．在一次课外活动中，某同学对家用电器进行了相关的观察和研究，他以一台电磁炉为观察研究对象，记录了有关数据，如下表：
请你就这位同学在活动中获得的有关资料，求解或提出有关问题：
（1）加热5min，水所吸收的热量；
（2）电磁炉工作5min消耗的电能；
（3）电磁炉的功率；
（4）请你将（3）的求解结果与这位同学在活动中的有关数据进行比较，发现了什么新问题？并解释原因。
【答案】（1）加热5min，水所吸收的热量为1.68×105J；
（2）电磁炉工作5min消耗的电能为2.7×105J；
（3）电磁炉的功率900W；
（4）因电磁炉的实际电压低于额定电压，实际功率小于额定功率。
【解析】（1）水吸收的热量为：
Q吸＝cm△t＝4.2×103J/（kg•℃）×2kg×（50℃﹣30℃）＝1.68×105J；
（2）电磁炉工作5min，电能表转150r，消耗的电能为：W电=150r2000r×3.6×106J＝2.7×105J；
（3）电磁炉的功率为：P=Wt=2.7×105J5×60s=900W；
（4）由题知，P＜P额，由P=U2R可知，这是因为输电线分压，使得电磁炉两端的实际电压小于额定电压造成的。额定电压
额定加热功率
指示灯功率
袋内充水
自动断电温度
220 V
500 W
≤0.2 W
1 kg
65 ℃
观察对象
有关记录和相关活动
观察电磁炉铭牌
U额=220V P额=1KW
观察电能表的铭牌
220V 10(40)A 50Hz 2000r/kwh
用电磁炉加热一壶水（水的质量m=2kg,初温t=30℃）
关闭家里其它用电器，只将电磁炉接入电路烧水观察电能表，表盘在5min内转了150r，此时用温度计测得的水温为50℃。
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