基础过关练
一、探究电流产生热量与电阻的关系
1．某同学用如图所示的实验装置探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关，两个透明容器中封闭着等量的空气。下列说法正确的是 ()
A．通电后透明容器中电阻丝的内能增大是通过做功方式改变的
B．观察图甲中的A、B管，发现B 管液面上升得更高，表明电流通过导体产生的热量与电流有关
C．采用图乙装置探究“电流产生的热量跟电流是否有关”时，右边容器中电阻丝R 应为10Ω
D．用图乙中的实验结论能解释“电炉丝热得发红而与电炉丝相连的导线几乎不发热”
【答案】A
【详解】A．通电后透明容器中电阻丝的内能增大是通过电流做功，即电流通过电阻丝，电能转化为内能，故A 正确；
B．图甲中两电阻丝串联，通过的电流和通电时间相同，电阻不同，观察图甲中的A、B管，发现B管液面上升得更高，表明电流通过导体产生的热量与电阻大小有关，故B 错误；
C．采用图乙装置探究“电流产生的热量跟电流是否有关”时，应控制电阻和通电时间相同，改变电流大小，所以右边容器中电阻丝R 应为5Ω,故C 错误；
D．“电炉丝热得发红而与电炉丝相连的导线几乎不发热”是因为电炉丝和导线串联，通过的电流和通电时间相同，电炉丝的电阻比导线大得多，根据焦耳定律Q=I2Rt，电阻越大，产生的热量越多，这是用图甲中的实验结论来解释的，故D 错误。
故选A。
2．为了探究“电流产生的热量与哪些因素有关”，某物理小组设计了如图所示的电路，其中R2 = R3 =2R1 且阻值均不变。关于该实验，下列说法正确的是 ()
A．只闭合S1时是探究电流产生热量的多少与电流的关系
B．S1和S2都闭合时是探究电流产生热量的多少与电流的关系
C．S1和S2 都闭合时，R1和R2 中电流之比是2:1
D．S1和S2都闭合时，R1和R2 中产生热量之比为4:1
【答案】C
【详解】A．只闭合S1时，电阻R1和R2 串联，通过两个电阻丝的电流相等，但R1 ≠ R2 ，故该电路是探究电流产生热量与电阻的关系，故A 错误；
B．S1和S2 都闭合时R2与R3 并联，然后再与R1串联，但实验研究的对象是密闭容器内的电热丝，所以I1 :I2= 2 :1 ，R1 :R2= 1:2 ，电流和电阻均不相同，故不能探究电流产生热量与电流的关系，B 错误；
C．根据Q = I2Rt可知，S1和S2都闭合时R1和R2 中产生热量之比为2 :1,故C 正确;
D．根据Q = I2Rt可知，S1和S2都闭合时R1和R2 中产生热量之比为2 :1,故D 错误;
故选C。
3．如图所示是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验.下列分析正确的是 ()
A．只有甲实验应用了控制变量法
B．甲实验通电一段时间后，左侧容器内空气吸收的热量更多
C．乙实验是为了研究电流通过导体产生的热量与电阻的关系
D．乙实验通电一段时间后，右侧U 形管中液面的高度差比左侧小
【答案】D
【详解】A．甲实验控制通过电阻的电流和通电时间相同，乙实验控制电阻和通电时间相同，甲、乙两次实验中都用到控制变量法，故A 错误；
B．甲实验两电阻丝串联，则通过电阻丝的电流和通电时间相同，右侧电阻阻值大，由焦耳定律Q =I2Rt可知，右侧电阻产生热量多；则右侧容器内空气吸收的热量多，故B 错误；
C．乙实验，右侧电阻丝与另一电阻丝并联，左、右空气盒中电阻丝的电阻和通电时间相同，但通过电阻的电流不同，所以研究电流产生的热量与电流的关系，故C 错误；
D．乙实验，右侧电阻丝与另一电阻丝并联，通过左侧容器中电阻的电流大于通过右侧容器中电阻的电流，左、右空气盒中电阻丝的电阻和通电时间相同，由焦耳定律Q =I2Rt可知，左侧电阻产生热量多；则左侧容器内空气吸收的热量多，气体压强大，即左侧U 形管中液面的高度差比右侧的大，故D 正确。
故选D。
4．如图所示，甲、乙为两个完全相同的烧瓶中分别装有质量相等、初温相同的水和煤油，烧瓶中两电阻丝的阻值相同，烧瓶内插入相同的温度计。下列说法正确的是 ()
A．比较甲、乙温度计的示数，可得出升温快的烧瓶中电阻丝放出热量多
B．比较甲、乙温度计的示数，可得出升温快的烧瓶中所装液体比热容小
C．该实验装置可用来探究电流产生热量与电阻的关系
D．通电一段时间，水和煤油均未沸腾，温度计示数大小关系为t甲 >t乙
【答案】B
【详解】AB．由题意可知，甲、乙为两个完全相同的烧瓶中分别装有质量相等、初温相同的水和煤油，烧瓶中两电阻丝的阻值相同，相同时间内，两电阻丝产生的热量相同，烧瓶内的物质不同，升温快的烧瓶内的液体的比热容更小，故A 错误，B正确；
C．因为两烧瓶中的电阻相同，故不能探究电流产生热量与电阻的关系，故C 错误；
D．水和煤油均未沸腾，因为水的比热容比较大，吸收相同的热量，上升的温度比较少，即t甲 <t乙，故D 错误。
故选B。
5．如图所示是“探究电流通过导体时产生的热量的多少与哪些因素有关”的实验装置。两个透明容器内密封着等量的空气，R2 = 2R1，R3 = R4 = R5 ，下列有关说法正确的是 ( )
A．通过R1的电流是通过R2的电流的一半
B．通电一段时间，R1产生的热量是 R2产生的热量的2 倍
C．R3两端的电压等于R4两端的电压
D．通电一段时间，R3产生的热量是R4 产生的热量的4倍
【答案】D
【详解】A．甲装置中，两电阻串联，串联电路中电流处处相等，通过R1的电流和通过R2的电流相等，故A 错误；
B．根据Q=I2Rt 可知，电流和通电时间相同时，产生热量与电阻成正比，在通电一段时间，由已知条件有 ，故R1 产生的热量是R2 产生的热量的 倍，故B 错误；
CD．乙装置中，R3=R4=R5，右侧两电阻并联后再与左侧电阻串联，容器内两电阻大小相等，根据并联和串联电路电流的规律，由欧姆定律和并联、串联电路电流的规律可知，通过R3的电流是R4电流的2 倍，根据U=IR，R3两端的电压大于R4两端的电压；通电一段时间，根据Q=I2Rt 可知，在电阻和通电时间不变条件下，产生热量与电流的平方成正比，R3 产生的热量是R4 产生的热量的 4 倍，故C 错误，D正确。
故选D。
二、探究电流产生热量与电流的关系
6．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．通电后，A管的液面将会比B管的液面高
D．通电后，电阻R1、R2的电功率之比为2 :1
【答案】C
【详解】由题可知，电阻丝的电阻R1=R2=R3；
A．由图可知，右侧两个电阻并联后再和左侧电阻串联，容器中两个电阻丝的阻值相等，由串并联电路电流的规律可知通过两个容器内电阻丝的电流不相等，探究电热与电流的关系，故A 错误；
B．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所以通过R1的电流和通过R2的电流大小之比为2:1，故B 错误；
C．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C 正确；
D．装置中R2、R3并联后再与R1串联，通过R1、R2的电压相等，又因为过R1的电流和通过R2的电流大小之比为2:1，根据P=IU 可知，电阻R1、R2的电功率之比为 故D 错误。故选C。
7．小民利用如图所示的装置来探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，甲、乙两个透明容器中密封着等量的空气，U 形管内液面的高度变化反映密闭空气温度的变化。已知R1 =5Ω,R3= 10Ω ,若通过R1的电流I1 = 3A，此过程中 ()
A．为保证实验进行，乙容器中R2 的阻值应为10Ω
B．流过电阻R2 的电流大小为1A
C．10s内电流通过电阻R2产生的热量为200J
D．电阻R2两端的电压为30V
【答案】C
【详解】A．探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”时，应控制电阻和通电时间相同，改变电流大小。在该实验装置中，R1与R2串联，为保证实验进行，应使R1=R2=5Ω,而不是10Ω,故A错误；
B．R2与R3 并联，干路电流I1 = 3A，R2电流为I2，R3电流为I3=I1-I2 =3A-I2 ，R2与R3两端电压为U， 则U =I2R2 ，U =I3R3= R3，则 则 解得I2 =2A ，故 B错误；
C．根据焦耳定律，10s内电流通过电阻R2产生的热量Q2= I2(2)R2t = (2A)2 ×5Ω×10s = 200J，故C 正确；
D．I2 =2A，R2=5Ω ,电阻R2两端的电压U =I2R2 = 2A×5Ω=10V，故D 错误。
故选C。
8．如图是探究电流通过导体时产生热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，U型管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。下列说法正确的是 ()
A．该实验装置主要是为了研究电流产生的热量与电阻的关系
B．通电一段时间后，左侧U型管中液面的高度差比右侧的大
C．该实验装置是利用U型管中液体的热胀冷缩来反映电阻丝放出热量的多少
D．将右边容器外的电阻丝换成10Ω的电阻丝后，就是探究电流产生的热量与电阻的关系
【答案】B
【详解】AB．装置中两个5Ω的电阻并联后再与一个5Ω的电阻串联，右端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，由于右侧两电阻的阻值相同，则电流相同，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；由Q =I2Rt可知，左边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快，因此通电一段时间后，玻璃管左侧液面高度差更大，故A 错误，B正确；
C．该实验中运用转换法，通过观察U 形管液面的高度差来表示电阻丝产生电热的多少，故C 错误；
D．将右边容器外的电阻丝换成10Ω的电阻丝后，密闭容器内的电阻阻值相同，通过密闭容器中电阻丝的电流不同，因此探究的是电流产生的热量与电流的关系，故D 错误。
故选B。
9．如图是探究电流产生热量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，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。下列说法正确的是 ()
A．甲实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系
B．乙实验是为了研究电流产生的热量与电流的关系
C．乙实验通电一段时间后，左侧容器内空气吸收的热量更多
D．甲、乙两实验同时通电一段时间后，甲图左侧U 形管中两侧液面的高度差最大
【答案】D
【详解】A．甲图实验中，右侧电阻丝与另一电阻丝并联，左右空气盒中电阻丝的电阻和通电时间相同，但通过左侧电阻的电流较大，所以研究电流产生的热量与电流的关系，由焦耳定律Q＝I2Rt可知，左侧的电流大，产生的热量多，则左侧U 形管中液面的高度差比右侧的大，故A 错误；
BC．乙实验两电阻丝串联，则通过电阻丝的电流和通电时间相同，其电阻值不同，所以是研究电流产生的热量和电阻的关系；右侧电阻阻值大，由焦耳定律Q＝I2Rt 可知，右侧电阻产生热量多，则右侧容器内空气吸收的热量多，故BC 错误；
D．甲实验右侧两个5Ω的电阻并联再与左侧电阻串联，右侧两电阻并联后的总电阻为
则左侧电阻产生的热量
乙实验两电阻丝串联，右侧电阻产生热量多，则右侧电阻产生热量 则甲图左侧电阻产生的热量多，即甲图左侧U 形管中两侧液面的高度差最大。故D 正确。
故选D。
10．如图是探究电流热效应的实验装置，两个相同透明容器中密封着等量的空气和电阻R1、R2，其中R1 = 5Ω ,R2=R3= 10Ω 。下列说法错误的是 ()
A．比较U 形管液面高度差，从而比较热量的多少，这是转换的思想
B．只闭合S1，可以探究电流通过导体产生的热量多少与电阻大小的关系
C．闭合S1 和S2，可以探究电流通过导体产生的热量多少与电流大小的关系
D．只闭合S1，若电路中的电流为0.2A，通电1min电阻R1 产生的热量为12J
【答案】C
【详解】A．实验中通过观察U 形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，这是转换法的应用，故A 正确，不符合题意；
B．只闭合S1，通过电阻的电流与通电时间相同，电阻阻值不同，故可以探究电流通过导体产生的热量多少与电阻大小的关系，故B正确，不符合题意；
C．闭合S1 和S2，通过两容器内电阻的电流与电阻阻值都不同，故不能探究电流通过导体产生的热量多少与电流大小的关系，故C 错误，符合题意；
D．只闭合S1，若电路中的电流为0.2A，通电1min电阻R1 产生的热量为Q = I2Rt = (0.2A)2 ×5Ω×60s = 12J 故D 正确，不符合题意。
故选C。
三、焦耳定律的简单应用
11．如图甲所示的电路中，电源电压U保持不变，R0为定值电阻，R 为滑动变阻器。闭合开关S，将滑动变阻器滑片P 从最右端移动到最左端，其消耗的电功率与电流关系的图像如图乙所示，以下正确的是()
A．滑动变阻器R的最大阻值40Ω
B．电源电压U 的大小6V
C．R0的阻值20Ω
D．当滑片P 置于中点，在5s内电阻R0上所产生的焦耳热18J
【答案】D
【详解】A．滑动变阻器滑片P 从最右端开始，此时滑动变阻器接入电路的阻值最大，此时电流为0.4A时，滑动变阻器功率为3.2W，根据P=I²R 可得此时电阻为R最大
则滑动变阻器的最大阻值20Ω,故A 错误；
BC．当电流为0.6A时，滑动变阻器功率达到最大值3.6W，同理，根据P=I2R 可得，此时滑动变阻器接入电阻为10Ω,为最大阻值的一半，此时滑动变阻器两端的电压U' =I2R半=0.6A×10Ω=6V电源电压U=6V+ I2R0=6V+0.6A×R0①
滑动变阻器接入电路的阻值最大时，滑动变阻器分得电压U 滑=I1R最大=0.4A×20Ω=8V电源电压不变，U=8V+I1R0=8V+0.4A×R0②
①②两个式子联立得，8V+0.4A×R0=6V+0.6A×R0
解得R0=10Ω
则电源电压U=6V+0.6A×R0=12V故BC 错误；
D．当滑片P 置于中点时，滑动变阻器接入10Ω,电流为0.6A，根据焦耳定律，R0在5s内产生
Q = I2(2)R0t =（0.6A）2 ×10Ω×5s=18J
故D正确。
故选D。
12．下列有关物理图像的描述中，正确的是 ()
A． 同种物质质量和体积关系
B．同种液体压强和深度关系
C．电阻一定，电流和电压的关系
D．电阻通电时间一定，电热和电流平方的关系
【答案】A
【详解】A．同种物质组成的物体的质量与其体积成正比，图像为一过原点的直线，故A 正确；
B．同种液体内部的压强与其深度之间成正比关系，深度越深，压强越大，故B错误；
C．电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比，故C 错误；
D．根据焦耳定律可知，电阻通电时间一定，电热和电流平方成正比，因此图像应为一过原点的直线，故D 错误。
故选A。
13．如图所示是电工师傅常用的导线连接方式，对该连接方式的作用分析错误的是 ()
A．防止导线松动脱落 B．增大连接处导线电阻
C．减小连接处导线两端电压 D．减少连接处导线产生的热量
【答案】B
【详解】AB．由图可知，该连接方式比较牢固，可以防止导线松动脱落，连接处横截面积较大，可以减小连接处导线电阻，故A 正确，不符合题意，B 错误，符合题意；
C．由U=IR 可知，在电流相同时，可以减小连接处导线两端电压，故C 正确，不符合题意；
D．由焦耳定律Q=I2Rt 可知，该方式减小了连接处的电阻，可以减少连接处导线产生的热量，故D正确，不符合题意。
故选B。
14．总复习时，同学们总结了一些物理知识及对应的影响因素或条件，下列摘选的四个中错误的是()
A．滑动摩擦力大小——压力、接触面粗糙程度
B．晶体熔化的条件——温度达到熔点、放热
C．电热大小——电流、电阻、通电时间
D．平面镜成像大小——物体的大小
【答案】B
【详解】A．滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关。在接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大；在压力相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。故A 正确，不符合题意；
B．晶体熔化的条件有两个：一是温度达到熔点，二是继续吸热。只有同时满足这两个条件，晶体才会熔化。故B 错误，符合题意；
C．根据焦耳定律Q=I2Rt 可知，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。所以电热大小与电流、电阻、通电时间有关。故C正确，不符合题意；
D．平面镜成像的特点是：像与物大小相等、像与物到平面镜的距离相等、像与物的连线与镜面垂直，且平面镜所成的像是虚像。由此可知，平面镜成像的大小只与物体的大小有关，物体越大，像越大；物体越小，像越小。故D 正确，不符合题意。
故选B。
15．小李用如图所示的装置观察保险丝的作用（R保险丝>R铜丝 ），闭合开关后，则 ()
15.3电流的热效应分层练习（解析版）
A．经过保险丝的电流小于经过铜丝的电流
B．保险丝两端的电压大于铜丝两端的电压
C．当滑片向右移动时，电路中的电流变大
D．相同时间，电流经过保险丝和铜丝产生的热量相等
【答案】B
【详解】A．在串联电路中电流处处相等，因此经过保险丝的电流等于经过铜丝的电流，故A不符合题意；
B．根据欧姆定律公式的变形式U=IR分析，由于R保险丝>R铜丝 ，在电流相同的情况下，保险丝两端的电压大于铜丝两端的电压，故B 符合题意；
C．当滑片向右移动时，滑动变阻器接入电路的电阻增大，根据 可知，电路中的电流会变小，故C 不符合题意；
D．根据焦耳定律Q=I2Rt，虽然电流相同，但由于R保险丝>R铜丝 ，相同时间内保险丝产生的热量多于铜丝产生的热量，故D 不符合题意。
故选B。
四、利用电热的用电器
16．下列用电器中，利用电流热效应工作的是 ()
A．电热水壶 B．吸尘器 C．电冰箱D．电视机
【答案】A
【详解】A．电热水壶工作时将电能转化为内能，利用电流的热效应工作的，故A 符合题意；
B．吸尘器工作时电动机转动，将电能转化为机械能，不是利用电流的热效应工作的，故B 不符合题意；
C．电冰箱是将电能转化为电动机的机械能，不是利用电流的热效应来工作的，故C 不符合题意；
D．电视机工作时主要是把电能转化为声能与光能，不是利用电流的热效应来工作的，故D不符合题意。
故选A。
17．下列电器中，利用电流热效应工作的是 ()
A．电风扇 B．电暖气 C．电视机D．电动汽车
【答案】B
【详解】A．利用电流热效应工作的用电器将电能转化为内能，电风扇主要是将电能转化为机械能的用电器，故A 不符合题意；
B．电暖气是将电能转化为内能的用电器，故B 符合题意；
C．电视机主要是将电能转化为光能的用电器，故C 不符合题意；
D．电动汽车主要是将电能转化为机械能，故D 不符合题意。
故选B。
18．下列利用电流的热效应工作的用电器是 ()
A．电风扇 B．电冰箱C．电水壶 D．电视机
【答案】C
【详解】AB．电冰箱、电风扇主要是把电能转化为机械能，不是利用电流的热效应工作的，故AB不符合题意；
C．电水壶工作时将电能转化为内能，是利用电流的热效应工作的，故C 符合题意；
D．电视机在工作时，主要将电能转化为光能和声能，不是利用电流的热效应工作的，故D不符合题意。
故选C。
19．下列家用电器中，主要是将电能转化为内能的是 ()
A．
C．
电风扇
电熨斗
B．
D．
吸尘器
电视机
【答案】C
【详解】A．电风扇主要是将电能转化为机械能，故A 不符合题意；
B．电视机主要是将电能转化为光能和声能，故B 不符合题意；
C．电熨斗利用电流热效应来工作，主要是将电能转化为内能，故C 符合题意；
D．吸尘器主要是将电能转化为机械能，故D 不符合题意。
故选C。
20．科研人员设计了一种带电源的智能控温加热手套，与此工作原理相同的用电器是 ()
A．电热毯 B．洗衣机C．电冰箱 D．充电宝
【答案】A
【详解】带电源的智能控温加热手套是利用电流的热效应工作的，将电能转化成内能；
A．电热毯，利用电流通过导体时产生热量来工作，将电能转化成内能，故A 符合题意；BC．洗衣机、电冰箱工作时，主要将电能转化为机械能，故BC不符合题意；
D．给充电宝充电时将电能转化成化学能，使用充电宝时，将化学能转化成电能，故D不符合题意。故选A。
能力提升练
21．小一连接了如图所示的电路，两个完全相同的烧瓶内分别装有初温t0相同，质量不同的煤油，m甲 >m乙 ，以及阻值不等的定值电热丝R1和R2 。闭合开关，通电一段时间后，煤油并未沸腾，观察到甲烧瓶内温度计示数和乙烧瓶内温度计示数相等均为t，忽略热传递过程中能量的损耗。
(1)通过实验现象可以判断出甲烧瓶中煤油吸收的热量多，依据是。（已知煤油的比热容c煤油）
(2)根据上述信息，得到电热丝阻值R1R2 。（选填“大于”或“小于”）
(3)小一将甲、乙烧瓶内分别装入初温和质量相同的水和煤油来探究水和煤油吸收热量相同时，液体温度变化的情况。
①为了完成实验，两个烧瓶内应放入阻值（选填“相同”或“不同”）的电热丝；
②小一将实验数据记录到表格中时，忘记记录液体的种类。
液体 质量/g 初温/℃ 加热时间/min 末温/℃
① 150 20 10 50
② 150 20 10 35
分析数据，可知（选填“①”或“②”) 液体更适合做汽车发动机的冷却液。
【答案】(1)见详解
(2)大于
(3)相同②
【详解】（1）在同种物质、初末温相同、m甲>m乙的情况下，根据Q = cmΔt ，可以判断出甲烧瓶中煤油吸收的热量多。
（2）由小问1 可知，甲烧瓶中煤油吸收的热量多，因为电阻R1和R2是串联在电路中的，所以电流相等，根据Q =I2Rt，可知加热电阻丝R1大于R2。
（3）[1]为了控制相同时间内吸收的热量相同，所以两个烧瓶内应放入阻值应该相等。
[2]吸热能力更强的液体更适合做汽车发动机的冷却液，所以应该选择在吸收相同热量后末温更低的液体，所以选用②液体更适合。
22．如图所示，实验桌上有两个完全相同的烧瓶，烧瓶内装有质量相等、初温相同的煤油、完全相同的温度计，烧瓶内还分别装有阻值为10Ω的电阻丝R1和阻值为5Ω的电阻丝R2。实验桌上还有满足实验要求的电源、电阻箱和开关各一个，电流表和停表各一块，导线若干。小新利用上述实验器材证明“电流通过电阻产生的热量跟电阻阻值大小有关”。小新的主要实验过程如下：
①将电阻箱、电流表及图所示的装置甲等电路元件串联接入电路中，将电阻箱的阻值调为5Ω,记录初温T0。
②闭合开关，同时按下停表开始计时，电流表的示数为0.3A，通电时间为2min时，停止计时，记录此时温度计的示数40℃,记录数据，断开开关。
③用如图所示的装置乙替换电路中的装置甲，闭合开关，同时按下停表开始计时，当温度计示数为40℃时，停止计时，读出通电时间5min，记录数据，断开开关。
于是小新认为“电流通过电阻产生的热量跟电阻阻值大小有关”。
请根据以上叙述回答下列问题：
(1)小新实验过程中存在的问题：。
(2)请你针对小新实验过程中存在的问题，写出改进措施：。
(3)该实验设计的表格。
【答案】(1)没有控制电阻的通电时间和电流相同
(2)见解析
(3)见解析
【详解】（1）由焦耳定律Q =I2Rt 可知，电流流过电阻产生的热量跟电流的平方成正比，跟电阻的大小成正比，跟通电时间成正比，故研究电流流过电阻产生的热量跟电阻大小的关系时，应该控制电流及通电时间相同，小新实验过程中先后两次将不同的电阻丝接入电路中，将装置乙替换电路中的装置甲后，没有调节滑动变阻器的阻值，则电流不同，所以存在的问题就是没有控制电阻的通电时间相同和电流相同。
（2）要探究“电流通过电阻产生的热量跟电阻阻值大小有关”，根据焦耳定律Q =I2Rt 可知，应控制电流和通电时间相同，才能得到正确的规律，同时通过转换法，通过观察温度计示数的变化来比较热量产生的多少，即针对上诉小新实验过程中存在的问题，改进措施为：在步骤③中替换装置后，将电阻箱的阻值调为10Ω。闭合开关，同时按下停表开始计时。通电时间仍为2min，记录对应的末温T 到表格中。。
（3）实验表格要清楚记录实验的原始数据，如电流、电阻、通电时间、初温和末温，电流通过电阻产生的热量是通过温度升高变化量来体现的，所以要由温度变化量，如下表：
实验次数
I/ Ω
R /Ω
t / min
T0/℃
T/℃
ΔT/℃
23．小明为了探究电流产生的热量与电流大小的关系，设计了如图电路，其中电阻丝（选填“R1 与R2”、“R1 与R3”或“R2与R3”）的阻值必须相等。若三个电阻丝的阻值都相等，则通电后，甲、 乙透明容器中的电阻丝产生的热量之比是。
15.3电流的热效应分层练习（解析版）
【答案】R1 与R2 1 ∶4
【详解】[1]探究电流产生的热量与电流大小的关系，需要控制电阻大小相等，只改变电流大小， 图中R1和R2密封在容器中加热空气，R1和R2 的阻值必须相等，由图可知，R1与R3 并联再与R2 串联，相当于R2在干路中，R1在支路中，因此电流不同，可进行探究。
[2]设通过R1的电流为I，三个电阻的阻值均为R，加热时间为t ，R1两端的电压为U1 =IR 由于R1 与R3 并联，U3= U1 = IR
通过R3的电流
干路电流即流过R2 的电流为I2 = 2I
甲、乙透明容器中的电阻丝产生的热量之比是Q1 :Q2= I2Rt:(2I)2 Rt= 1:4
24．如图所示是“探究电流热效应的因素”的实验装置。
(1)如图甲实验中若观察到瓶（选填“A”或“B”）温度计升温更高现象，能说明在电流和时间相同时，越大，电流通过导体产生的热量多；
(2)小安想：“为什么不用水代替煤油？”对于这个问题，小安的同学给出了下列四种答案，你认为最合理的是________
A．因为煤油不易蒸发 B．因为煤油有比较大的热值
C．因为煤油有比较小的密度 D．因为煤油有比较小的比热容
(3)若将这个装置改装后用来探究不同物质的吸热本领，则除了将其中一只烧瓶中的煤油改成 相同的其他液体b，装在烧瓶的两段合金丝的阻值应（选填“相同”、“不相同”）。根据实验数据绘制液体温度随时间变化图像如图乙，a、b比热容之比为。
【答案】(1) B 电阻(2)D
(3)质量相同2︰3
【详解】（1）[1][2]由甲图可知，两电阻串联，电流和通电时间相同，电阻不同，且R1<R2，根据焦耳定律Q =I2Rt，电阻越大，产生热量越多，而热量的多少可以通过温度计示数的变化来反映，所以若观察到B 瓶中温度计示数变化大这一现象，能说明在电流和时间相同时，电阻越大，电流通过导体产生的热量多。
（2）因为煤油的比热容比水的小，相同质量的煤油和水比较，吸收相同的热量，煤油温度升高的多，用煤油做实验效果更明显；煤油是否易蒸发与实验目的无关，不是不用水代替煤油的原因；热值是燃料的特性，与实验中探究电流热效应及物质吸热本领无关；密度大小与实验目的无关，故ABC不符合题意，D 符合题意。
故选D。
（3）[1][2]若要探究不同物质的吸热本领，需要控制其他变量相同，只改变液体的种类，故将其中一只烧瓶中的煤油改成质量相同的其他液体b，装在烧瓶中的两端合金丝的阻值应相同，这样才能保证相同时间内产生相同的热量。
[3]在相同时间内，a、b吸收相同热量，由乙图可知，a、b 升高相同的温度，由20℃升高到40℃时，a 加热时间2min，b 加热时间3min，则a、b吸收的热量之比为
由题意可知，a、b 质量相同，根据Q=cmΔt 可知
25．小鸣同学按如图所示的电路，研究“电流通过导体时产生的热量与导体电阻大小的关系”。图中两只烧瓶内盛有质量和温度相同的煤油，温度计显示煤油的温度，煤油中都浸着一段横截面积相同、长度不同的镍铬合金丝，甲瓶中的镍铬合金丝比乙瓶中的长。
(1)实验中两金属丝产生热量的多少是通过观察反映出来的。
(2)实验中，可观察到（填“甲”或“乙”）瓶中温度计的示数升高得更快。
(3)小华想改装实验装置用来“测量煤油的比热容大小”，则他们应将烧瓶甲中煤油换成与其相等的水，并将电热丝RA换成的电热丝。测量时，水和煤油的初温均为t0，通电一段时间后，水和煤油的末温分别为t水、t煤油，请用提供的符号写出煤油比热容的表达式：c煤油=。（已知水的比热容为c水）
【答案】(1)温度计升高的示数(2)甲
(3)质量与RB阻值相等
【详解】（1）电阻丝产生热量的多少可以通过温度计示数变化反映出来，电阻丝产生热量的多少转化为温度计示数的变化，本实验应用了转换法。
（2）由题意知，甲乙中的镍铬合金丝的材料相同，横截面积相同，甲瓶中的镍铬合金丝比乙瓶中的长，则甲中的镍铬合金丝的电阻大，由于甲乙串联在电路中，电流和通电时间相同，电阻丝的阻值越大，产生的热量越多，故甲中产生的热量多，温度计示数升高得更快。
（3）[1][2][3]根据控制变量法的思想，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，所以，应将烧瓶甲中煤油换成与其质量相等的水，把电热丝RA换成与RB阻值相同的电阻丝，电阻相等，在相同时间内放出的热量相同，所以水和煤油吸收的热量相同。因为Q水吸热=Q煤油吸热
所以c水m(t 水-t0)=c煤油m(t煤油-t0) 则煤油的比热容c煤油
26．如图所示，实验中可供选用的器材有：6V电源、5Ω发热电阻两只、10Ω发热电阻两只、量程适合的温度计两支、规格相同的烧瓶两只、水、酒精、煤油、开关、导线若干。
(1)要探究“比较不同物质的吸热能力”，应选择图（选填“甲”或“乙”）所示装置进行实验。
(2)家用电暖器发热管热的发红，而串联的电源线却不热，应选择图（选填“甲”或“乙”）所示装置进行实验。
(3)两电阻产生热量的多少可以通过观察来比较。
【答案】(1)乙
(2)甲
(3)温度计的示数
【详解】（1）要探究“比较不同物质的吸热能力”，要用同的加热装置加热质量相同的不同液体，则应选择图乙所示装置进行实验。
（2）家用电暖器发热管热的发红，而串联的电源线却不热，是因为通过发热管与电源线电流、通电时间相同，发热管的电阻远大于电源线的电阻，则应选择图甲所示装置进行实验。
（3）两电阻产生热量的多少可以通过观察温度计的示数来比较，温度计的示数变化越大，说明水升高温度越多，水的质量相同，由Q吸=cmΔt得，温度计的示数变化，水吸收的热量越多，说明电阻产生的热量越多。
27．学习了焦耳定律后，“智慧”物理小组的同学们通过实验“测量煤油的比热容”，于是用可调压电源、电热丝、瓶子、温度计、电流表等制作连接了如图甲所示的电路。
(1)测量原理是。
(2)调节好电源电压，闭合开关后一段时间，获取到如下表数据：
通电时间 通电电流 电阻值 三瓶中煤油的质量 煤油升高的温度 煤油的比热容
/s /A /Ω /kg /°C [J/(kg .°C)]
300
1 5
0.1 6.9 2174
10 13.5 2222
15 20.0
①煤油的初温如图乙所示，为℃。
②请计算出15Ω电阻所在瓶中煤油的比热容。（写出计算过程）
③这三次比热容值，最接近真实值的是第次，其原因是。
(2)19 2250J/(kg•℃)3见解析
【详解】（1）通过电热丝产生的热量全部被煤油吸收，从而建立等式Q = I²Rt= cmΔt ，进而求解比
热容c，所以测试原理是 ，Q由电热丝放热得到。
（2）[1]图乙温度计分度值为1°C，且刻度在零上，在20°C下一小格，即读数为19°C。
[2]15Ω电阻300s 放出的热量为Q放= I2Rt= (1A)2 ×15Ω×300s = 4500J
煤油吸热Q吸= Q放= cmΔt
则15Ω电阻所在瓶中煤油的比热容为
[3][4]这三次比热容值，最接近真实值的是第3次，电阻越大，电流产生的热量越多，煤油的温度变化量越明显，测量温度时的相对误差较小。
28．采用如图所示的电路装置探究“电流产生的热量跟什么因素有关”。
①由于电流产生的热量不易直接测量，因此在实验中是通过观察U 形管中液面的来显示甲、乙容器内空气温度的变化，这里采用了的探究方法。
②如图所示是探究电流产生的热量跟电流的关系，通电一段时间（选填“左瓶”或“右瓶）内的电阻丝产生的热量多。
【答案】 高度差转换法左瓶
【详解】①[1][2]由于电流产生的热量不易直接测量，因此在实验中是通过观察U 形管中液面的高度差来显示甲、乙容器内空气温度的变化，进而比较电流产生热量的多少。这里把不易测量的电流产生的热量，转换成了容易观察的 U 形管中液面的高度差，这里采用了转换法。
②[3]由图可知，右边两电阻并联后再与左边电阻串联，通过左边密闭容器内电热丝的电流是通过右边密闭容器内的电阻丝电流的二倍，这两个电热丝的阻值相同，通电时间相同，根据焦耳定律Q =I2Rt，在电阻和通电时间相同的情况下，通过电流大的电热丝产生的热量多；所以，通电一段时间左瓶内的电阻丝产生的热量多。
29．探究“电流产生热量与电阻大小是否有关”的实验装置如图所示：
(1)请用笔画线代替导线将图中电路连接完整（滑片向右移动滑动变阻器接入电路的阻值变大）；将电阻丝R1和R2串联的目的是；
(2)A、B 两个相同的烧瓶内选取的电阻丝R1 、R2 的阻值，瓶内装有初温相同、质量的煤油（以上两空选填“相同”或“不同”）；
(3)实验过程中，电阻丝使液体温度升高，这是通过方式来增大液体内能。通过观察温度计示数变化的大小来比较电流通过导体产生热量的多少；下列实验运用了该实验研究方法的是（选填序号）；
A．探究电流与电压、电阻的关系 B．探究影响导体电阻大小的因素
(4)如果在上面的两个烧瓶内分别装入水、煤油，可以“比较水和煤油的吸热能力”，为顺利完成实验，水、煤油及R1、R2应该满足的条件是：。
【答案】(1) 可以控制通电时间和电流相等
(2)不同相同
(3)热传递B
(4)水、煤油的质量和初温相同，R1、R2 的阻值相同
【详解】（1）[1]滑片向右移动滑动变阻器接入电路的阻值变大，则变阻器应选择左下接线柱串联到电路中，作图如下：
[2]将电阻丝R1和R2串联的目的是可以控制通电时间和电流相等，便于探究电流产生热量与电阻大小的关系。
（2）[1][2]探究电流产生热量与电阻大小的关系，根据控制变量法，A、B 两个相同的烧瓶内选取的电阻丝R1、R2的阻值应不同，瓶内装有初温相同、质量相同的煤油。
（3）[1]实验过程中，电阻丝放热，液体吸收热量，温度升高，内能增大，是通过热传递方式来增大液体内能。
[2]实验中通过观察温度计示数变化的大小来比较电流通过导体产生热量的多少，这叫做转换法。
探究电流与电压、电阻的关系实验用到的是控制变量法，探究影响导体电阻大小的因素实验中通过电流表示数大小及灯泡亮度来判断导体电阻大小，也用到了转换法。故选B。
（4）比较水和煤油的吸热能力的实验中，要使用完全相同的加热器给质量和初温相同的水和煤油加热，所以要在两瓶中放入阻值相同的电阻丝R1、R2 ，水、煤油的质量和初温要相同。
30．利用图中的装置探究水和煤油的吸热情况。在两个相同的烧瓶中分别接入电阻丝，装入质量和初温都相同的水和煤油，分别插入温度计。
(1)装置中电阻丝的阻值相等，实验中用来反映液体吸收热量的多少。按照下表中的数据，请计算出煤油的比热容是J/(kg•℃)；
液体 质量/g 初温/℃ 加热时间/min 末温/℃
煤油 150 20 10 50
水 150 20 10 35
(2)夏天，海边昼夜温差变化小，这是因为水的大。
【答案】(1) 加热时间 2.1×103
(2)比热容
【详解】（1）[1]在该实验中，两个烧瓶中的电阻丝阻值相等，且两电阻丝串联，根据串联电路的特点可知，通过它们的电流和通电时间都相同。根据焦耳定律Q=I2Rt 可知，两电阻丝相同时间产生的热量相同，加热时间越长，电阻丝放出的热量越多，液体吸收的热量越多，因此实验中是通过加热时间来反映液体吸收热量的多少。
[2]由表格数据可知，水的温度变化量Δt 水=t 水−t0水=35℃−20℃=15℃煤油的温度变化量Δt 煤油=t 煤油−t0煤油=50℃−20℃=30℃
水和煤油的质量m 相同，加热时间相同，即吸收的热量Q 相同，则有c煤油mΔt 煤油=c水mΔt 水
代入数据解得煤油的比热容为c煤油 ）
（2）海边多海水，白天，吸收相同的热量时，由于海水的比热容大，根据 可知，水的温度升高的少；夜晚，放出相同的热量时，水的温度降低的少，所以海边昼夜温差变化小。
拓展培优练
31．如图所示电路，定值电阻R2为10Ω, 只闭合开关S1 时，电流表的示数为0.6A，同时闭合开关S1、S2 时，电流表的示数为0.9A。求：
(1)电源电压；
(2)闭合开关S1 、S2 时，通电100s，R1产生的电热。
【答案】(1)6V
(2)180J
【详解】（1）只闭合开关S1时，只有R2工作，电源电压U =IR2=0.6A×10Ω=6V
（2）闭合开关S1 、S2 时，两电阻并联，通过R1 的电流为I1 =I总—I2=0.9A-0.6A=0.3AR1产生的电热为Q = UIt=6V ×0.3A ×100s=180J
32．冬天，小皓想做一个电热保温箱帮奶奶酿甜酒，他找到了两根电热丝R1和R2，电功率计量插座（如图甲），电功率计量插座可为用电器提供220V电压，同时可测出用电器的功率。小均先把一根电热丝R1 接入如图乙电路，闭合开关S0，电表的示数为110W；小峰接着把另一根电热丝R1和R2并联后接入电路，闭合开关，电表的示数为330W。求：
(1)图乙中通电1min，电热丝R1产生的热量；
(2)R1和R2的阻值；
(3)小峰在图丙中用电热丝R1和R2设计了一个高、中、低三挡位的电热器，高、中两挡的功率之比为3︰2，请通过计算把R1、R2、开关S1的电路图元件符号填在适当的位置，并简述各挡位的开关闭合情况。
【答案】(1)6600J
(2)R1=440Ω,R2=220Ω
(3)见详解
【详解】（1）把一根电热丝R1 接入如图乙电路，闭合开关S0，电路为R1 的简单电路，电表的示数为110W；通电1min，电热丝R1 产生的热量为Q = W = Pt =110W ×1×60s=6600J
（2）电阻R1的阻值为
另一根电热丝R1和R2并联后接入电路后，闭合开关，电表的示数为330W。电阻R2的电功率为
P2=P-P1 =330W-110W = 220W
电阻R2的阻值为
（3）两根电热丝并联，其总功率为330W；电热丝R1单独接入电路，其功率为110W；电热丝R2单独接入电路，其功率为220W；两电阻串联功率为 联
又因为 与题意符合，故高挡位两根电热丝并联，开关S1闭合，温控开关接触b，其总功 率为330W；中温挡为R2单独接入电路，开关S1闭合，温控开关接a，其功率为220W；低温挡位为两电阻串联，开关S1断开，温控开关接a，其功率为73.3W。故电路图如图所示：
33．如图甲为某恒温箱的原理图，它包括控制电路和工作电路两部分。其中控制电路电源电压U 控=12V，继电器线圈的电阻R0=50Ω, R 为可变电阻，R1为热敏电阻，置于恒温箱内，热敏电阻阻值随温度变化的关系如图乙所示。当控制电路的电流达到0.02A时，继电器的衔铁被吸合切断工作电
路；当控制电路的电流减小到0.015A时，衔铁会被释放接通工作电路。已知加热器的规格是“220V；550W”，恒温箱内部空气的质量为1kg，空气比热容取1×10³J/（kg•℃),求：
(1)加热器正常工作时，通过加热器的电流；
(2)使恒温箱内的空气温度从10℃升高到32℃,用时50s，求这段时间内加热器的加热效率；
(3)若要使恒温箱内可获得上限为40℃的“恒温”，求恒温箱内的下限温度。
【答案】(1)2.5A
(2)80%
(3)20℃
【详解】（1）根据P = UI 得通过加热器的电流
（2）恒温箱的空气吸收的热量Q = cmΔt = 1×10³J/(kg•℃)×1kg×(32℃-10℃)= 2.2×104 J加热器50s 放出的热量Q = Pt = 550W×50s = 2.75×104 J
则加热器的效率
（3）当恒温箱内温度为上限40℃时，由图乙可知热敏电阻R1 = 200Ω。此时控制电路电流I1 = 0.02A，根据欧姆定律 ，可得控制电路总电阻R总
因为R总 = R0 +R+R1 ，已知R0 = 50Ω,R1 = 200Ω,所以R =R总 -R0-R1 = 600Ω-50Ω-200Ω = 350Ω当电流减小到I2 = 0.015A 时，控制电路总电阻
此时热敏电阻R1’=R总’-R0-R = 800Ω-50Ω-350Ω = 400Ω
由图乙可知，当R1’= 400Ω 时，对应的温度为20℃,即恒温箱内的下限温度为20℃。
34．便携式电热水杯为人们的生活带来便利，某款电热水杯如图所示，其加热电路的额定电压为220V，加热电路通过调控阻值不变的电热丝R1、R2实现加热和保温两个挡位，电路分别处于两个挡位时，可能是R1 与R2中某个电阻单独接入电路也可能是它们串联或并联接入。R1的阻值为121Ω,
电热水杯加热挡的额定功率为400W。保温挡在额定电压下工作30s，加热电路消耗的电能为2400J。水杯容积为500mL，c水=4.2×103J/（kg•℃) 求：
(1)电热水杯的额定保温功率；
(2)不计热损失，当电热水杯装满水时，加热挡在额定电压下将水从20°C 加热到100°C 所需要的时间；
(3)在额定电压下，电热水杯处于保温挡时，R2工作5min所产生的热量。
【答案】(1)80W
(2)420s
(3)1.92×104J/2.4×104J
【详解】（1）电热水杯的额定保温功率
（2）电热水杯装满时，水的质量为m = PV = 1×103kg/ m3×500×10-6 m3 = 0.5kg水吸收的热量Q吸 = c水mΔt = 4.2×103 J/ (kg .℃)×0.5kg×(100℃-20℃) = 1.68×105 J
加热时间t加
（3）方案一：
若保温挡时R1 与R2 串联，则电路处于保温挡时的总电阻为R总 R2 的电阻R2 = R总 -R1 = 605Ω-121Ω = 484Ω
则电路处于加热挡时，若只有R1接入电路，加热挡功率P加 符合题目条件。R1 与R2 串联时，它们的功率之比
则电路处于保温挡时，R2 的功率
R2工作5min 所产生的热量Q2 = W2= P2t = 64W×300s = 1.92×104 J方案二：
若R1 与R2并联连接，因
则电路处于加热挡时，只有R1接入电路。
电路处于保温挡时，则只有R2接入电路，P2′= P保= 80W
R2工作5min 所产生的热量Q2(′)= W2′= P2′t = 80W×300s = 2.4×104 J
35．图甲是额定电压为6V的灯泡L 和定值电阻R2 的电流随电压变化的图像，将它们接入图乙所示的电路中，只闭合开关S2 时，灯泡L的功率为1.6W。求：
(1)R2 的阻值；
(2)电源电压U；
(3)只闭合开关S1 时，调节滑动变阻器的滑片使灯泡L 恰好正常发光，此时电流通过滑动变阻器1min产生的热量。
【答案】(1)30Ω
(2)16V
(3)300J
【详解】（1）根据图甲可知，电阻R2的阻值为
（2）只闭合开关S2时，R2与灯泡L串联，灯泡L的功率为1.6W，根据图甲可知，小灯泡两端的电压为4V，通过小灯泡的电流为0.4A，电阻R2两端的电压为U2 =I2R2 =0.4A×30Ω=12V
由串联电路中电压的规律知，电源电压为U = U1+U2 =4V+12V=16V
（3）只闭合开关S1时，R1与灯泡L串联，调节滑动变阻器的滑片使灯泡L 恰好正常发光，说明小灯泡两端的电压为6V，通过小灯泡的电流为0.5A，则此时滑动变阻器两端的电压为
U滑 = U -UL =16V-6V=10V
此时电流通过滑动变阻器1min 产生的热量为Q = U滑I’t = 10V×0.5A×60s=300J
