第17讲电热(原卷版+解析)

第17讲电热【衔接导入】电饭锅煮饭的历史可以追溯到史前时代，而用电饭锅煮饭是二战后才开始的。日本战败后，大军火商三菱的部分工厂转产民用品。1940年代末期，三菱开发了第一部电饭锅，其实就是一个带电热装置的锅，由于没有自动性，而且需要实时看护，这种锅很不成功。松下和索尼也开发了类似的锅但都不成功。1956年圣诞节前，东芝公司试制了700个带所谓的“定时功能”的电饭锅。其定时原理为外锅加水以控制加热时间，当外锅的水蒸发后就停止加热，而内锅的米也煮成饭了。东芝公司采用了上门推销的办法，这次电饭锅的推广得到了成功，一个月后东芝公司生产了20万个电饭锅。4年后，半数的日本家庭购置了这种锅。9年后，这种定时设计被其他的定时设计所取代。新型的电饭锅，一般都有一个安装于外锅底部的温度控制装置。在内锅的温度达到摄氏100度(华氏212度)之前，加热装置全力工作。直至锅内多余的水分被米吸收及蒸发后，内锅温度将会超过摄氏100度。此时，温度控制装置会把加热装置停止，或者转到约摄氏65度(华氏150度)的保温状态。这个发明缩减了很多家庭耗费在煮饭上的时间和人力。电饭锅主要是用来煮饭的日常厨房电器，电饭锅是无火煮食，相对于明火煮食更加安全。随着电饭锅的功能增多，除了基本的煮饭外，也包括煲粥、炖汤、蒸菜与点心等。电饭锅仍不断发展，更有焗蛋糕的功能，而英国等地的则可以炸薯条。2005年，全世界的电饭锅产量在8500万，而其中中国大陆的产量在6000万左右，其它的来自日韩等国。由于中国大陆的电饭锅主要产地是广东，电饭锅在普通话中逐渐被粤语的电饭煲取代。【知识新授】一、电流的热效应电流通过导体时电能转化成热能的现象叫做电流的热效应。根据电功率的公式P＝UI和U＝IR，可得P＝I2R，它表示电流通过导体时产生热能的快慢。这个公式表明：实验：探究电热与哪些因素有关？(如图)(1)在电流相同的条件下，电能转化成热能的功率与导体的电阻成正比；(2)在导体电阻相同的条件下，电能转化成热能的功率与电流的平方成正比。在纯电阻电路中，电能全部转化为热能，由于导体产生的热量Q与电路消耗的电能W相等，因此计算电热的功率可用如下导出公式P＝eq\f(W,t)，P＝UI，P＝eq\f(U2,R)。二、焦耳定律、电热器(1)电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。公式：Q＝I2Rt。(2)电热器是利用电流的热效应制成的加热设备。发热体是由电阻率大、熔点高的合金丝绕在绝缘材料上做成的。其优点：①清洁卫生，②热效率高，③方便调控，缺点是非加热用电器工作时也产生热量。(3)常见电热器类型串联式高温档P1=低温档P2=并联式高温档P1=低温档P2=三、电动机电吹风机和电熨斗通电时都会发热，哪种电器可以认为将电能全部转化成内(热)能？电吹风机：电能转化成内能和机械能(由于有电动机的存在)电熨斗：电能全部转化成内能能量转化功能计算电热器电能→内能∵Q=W∵W＝UIt又根据欧姆定律U=IR∴Q=W=UIt=I2Rt=U2t/R电动机电能→内能+机械能∵W＝UItW=Q+W机∴UIt=I2Rt+W机∴U>IR所以欧姆定律在电动机的计算中不适用，切记！【例题分析】例1．如图所示是饭店里常用的一款干手器，其铭牌上标有“220V1000W”的字样，它在工作时，电动机转动的同时还可以吹出热风，下列说法正确的是（）A．干手器的额定功率越大，表示消耗电能越多 B．使用1min，就产生60000J的热量 C．在使用干手器时是电能转化为内能和机械能 D．干手器的电动机和电热丝一定是串联的例2．用如图所示的装置“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。下列说法不正确的是（）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R2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．该实验采用的是转换法和控制变量法例3．下列连接方法中，闭合开关后，在相同时间内虚线框里的电阻丝产生的总热量最少的是（）A． B． C． D．例4．如图为电阻甲和乙的I﹣U图象，下列说法正确的是（）A．甲、乙串联在电路中，相同时间内甲、乙产生热量之比为2：1 B．将甲和乙并联，当甲两端电压为2V时，则它们的干路电流为0.6A C．甲、乙并联在电路中，相同时间内甲、乙消耗电能之比为1：2 D．将甲和乙串联，当它们两端电压为3V时，通过甲的电流为0.6A例5．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．6J B．30J C．36J D．60J例6．如图所示，是探究电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关的实验装置（电源电压不变）。（1）实验过程中通过观察反映密闭空气温度的变化。若想探究电流产生热量的多少与电阻的关系，应选择图中的两个密闭容器进行实验，串联的目的是。（2）图丙中并联一个5Ω电阻的目的是。（3）通电相同时间，甲、丙两密闭容器中的电阻丝产生热量的关系Q甲＝Q丙。（4）如果丙装置中容器外的5Ω电阻发生了断路，则通电相同时间，乙装置中电阻丝产生的热量将比原来。例7．图甲为某型号电热水器测温系统简化电路，电源电压U＝9V，定值电阻R1＝4Ω，R2为热敏电阻，其阻值随温度变化的关系如图乙所示，该型号热水器额定电压为220V，额定功率2400W，水箱容量为60L。求：（1）电热水器正常工作75s，消耗多少电能？（2）如果没有热损失，水箱里装满水，在额定功率下将水温升高30℃，水吸收多少热量？（3）水箱中的水温是60℃时，控温系统电压表示数应为多少？【巩固提高】一．选择题（共9小题）1．如图所示，给电炉通电后，电炉丝热得发红，而用手触摸与之连接的导线却不觉得烫手，这是因为（）A．电流通过导线时没有产生热效应 B．通过电炉丝的电流比通过导线的电流大得多 C．电炉丝的电阻比导线的电阻小得多 D．导线的电阻比电炉丝的电阻小，相同时间内产生的热量少2．家庭电路中，由于线路连接处接触不良，造成局部过热，也可能会引起火灾。下列关于接触不良处过热的原因分析正确的是（）A．因电阻变大，使得通过此处电流比电路中其他部分电流小，但长时间通电造成的 B．因电阻变小，使得通过此处电流变大，长时间通电造成的 C．因电阻变小，使得此处的发热功率变大，长时间通电造成的 D．此处电流与电路中其他部分电流相等，因电阻变大，长时间通电造成的3．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．如图乙所示，将锡纸条的中间剪掉一些，已知ab、bc、cd长度相等，如图甲所示，将锡纸条接在电池两极，很快锡纸条开始冒烟、着火.关于该实验现象的分析错误的是（）A．ab段的电阻大于bc段的电阻 B．bc段产生的热量大于cd段 C．先冒烟的是ab段 D．ab段的电流小于bc段的电流5．如图所示，两透明容器中密封着质量和初温都相等的空气，通电t秒后两容器都不向外放热，下列说法正确的是（）A．两容器中电阻丝产生的热量相同 B．右边容器中空气的温度是左边容器中空气温度的两倍 C．该装置探究的是电流热效应与电流的关系 D．右边容器中电阻丝产生的热量是左边容器中电阻丝产生的热量的两倍6．甲、乙两段导体通电时间相同，甲的电阻是乙的3倍，甲、乙产生的热量之比是4：3，则通过甲、乙两导体的电流之比是（）A．2：3 B．2：1 C．4：9 D．3：27．如图所示，电阻为R的某型号风扇，连接在电压为U的电路上，若通过的电流为I，工作时间为t。则计算电流通过电风扇产生的热量，下面公式选用正确的是（）A．UIt B．U2Rt C．I2Rt 8．用阻值分别为R1、R2、R3的三根电热丝组成如图所示电路，且R1＝R2＜R3，实验探究“影响电流热效应的因素”，下列说法正确的是（）A．图甲可以探究电流热效应跟电阻的关系 B．图乙可以探究电流的热效应跟电流的关系 C．图丙可以探究电流的热效应跟通电时间的关系 D．图丙可以探究电流的热效应跟电流、电阻的关系9．如图是探究焦耳定律的实验装置，两个烧瓶中装着等质量、等温度的煤油，电阻阻值R1＞R2。闭合开关一段时间后，记录两支温度计的示数。下列说法中正确的是（）A．闭合开关，电阻两端的电压关系为U1＜U2 B．通电1min后R2所在的烧瓶温度计示数更高 C．温度计示数的变化可反映电阻产生热量的多少 D．该装置只能探究电流产生的热量与电阻大小的关系二．实验探究题（共3小题）10．如图是探究“电流通过导体产生的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。（1）实验中，要比较电阻丝产生的热量的多少，只需比较与之相连的U形管中。（2）甲装置可探究电流产生的热量与的关系，通电一段时间后，（选填“左”或“右”）侧容器中U形管中液面的高度差大。（3）乙装置中的电阻R3的作用主要是；如果把电阻R3也放入R2所在的容器内，U形管中液柱的高度差左侧（选填“大于”、“等于”或“小于”）右侧。（4）该实验采用的研究物理问题的方法是（写出一种即可）。11．为了探究“电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”，老师设计了如图所示的甲、乙两组实验装置，将a、b、c、d四段电阻丝分别密封在完全相同的透明容器中，容器中封闭等量的空气，并与装有相同液体的U形管相连通。容器外电阻丝e与乙装置中电阻丝d并联，五段电阻丝中b的电阻为10Ω，其余均为5Ω。请你完成下列内容：（1）图中，利用装置（选填“甲”或“乙”）可直接探究电流产生的热量与电阻的关系。（2）如图，乙装置外部电阻丝e的作用是使通过左、右两容器中电阻丝的电流。（选填“相等”或“不相等”）（3）如图，通过观察乙装置，（选填“左”或“右”）容器中导体产生的热量较多。由此可知，在电阻和通电时间相同时，电流越，导体产生的热量越多。该装置（选填“能”或“不能”）解释“电炉丝热得发红，而连接它的导线却几乎不发热”。（4）如图，让乙装置冷却到初始状态，把右侧并联的两根电阻丝e、d都放入容器中，接通电源一段时间后，电阻丝产生的热量多。（选填“左容器”、“右容器”或“两容器一样”）12．某学习小组在老师的指导下，探究电流通过导体时产生热量的多少与什么因素有关。他们用的实验器材如图甲所示，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中的液面最初是相平的，两个密闭容器中都有一段电阻丝。（1）请用笔画线代替导线，把图甲两个容器内的电阻丝接到电路中。（2）连接好如图甲所示的电路，闭合开关，通电一段时间后，（选填“左”或“右”）侧U形管中液面高度差大，此实验现象表明，在电流和通电时间相同的情况下，越大，产生的热量越多。利用U形管中液面高度差来判断电流产生热量的多少，利用的实验方法是。（3）让两个密闭容器中的电阻一样大，在其中一个容器的外部，将一个阻值相同的电阻和这个容器内的电阻并联（如图乙所示）。此装置是为了探究电流通过导体产生热量的多少与的关系。图中R3的作用是。通电后，R1中的电流I1与R2中的电流I2的定量关系是，观察U形管中液面高度的变化，由此可得出的结论是：。三．计算题（共3小题）13．如图是一台具有保温功能的电热水壶，其铭牌如下表。将该电热水壶装满水，接入家庭电路使用。求：最大容积：1.5L加热功率：2000W保温功率：22W额定电压：220V（1）该电热水壶在额定电压下对水加热时的电阻；（2）在额定电压下保温时通过电热水壶的电流；（3）在额定电压下加热5min，壶内20℃的水正好烧开，加热时消耗的电能；（4）某次电热水壶实际工作电压为198V，电热水壶在加热时的实际功率。14．在1标准大气压下，将质量为4kg、初温为20℃的水加热至沸腾，求：[已知：c水＝4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值是8.4×107J/m3]（1）水吸收多少热量？（2）若用烧水效率是40%的天然气灶将（1）中水加热，需完全燃烧多少m3的天然气？（3）若不计热量损失，用标有“220V1200W”的电热水壶将（1）中的水加热，电热水壶正常工作时需加热多少秒？15．天气变冷，小亮妈妈给小亮买了块暖桌垫如图甲所示，小亮把手放在桌垫上感到特别暖和，通过观察和研究，他了解到该桌垫有“高温”、“低温”和“关”三个挡位，“高温”挡功率为72W，“低温”挡功率为36W。该桌垫的电路简图如图乙所示，电源电压为24V，S为挡位切换开关，R1和R2为电热丝。（1）当桌垫处于“高温”挡加热时，通过桌垫的电流是多少安？（2）电热丝R2的阻值是多少欧？（3）该桌垫在高温挡工作10min产生的热量是多少焦？第17讲电热【衔接导入】电饭锅煮饭的历史可以追溯到史前时代，而用电饭锅煮饭是二战后才开始的。日本战败后，大军火商三菱的部分工厂转产民用品。1940年代末期，三菱开发了第一部电饭锅，其实就是一个带电热装置的锅，由于没有自动性，而且需要实时看护，这种锅很不成功。松下和索尼也开发了类似的锅但都不成功。1956年圣诞节前，东芝公司试制了700个带所谓的“定时功能”的电饭锅。其定时原理为外锅加水以控制加热时间，当外锅的水蒸发后就停止加热，而内锅的米也煮成饭了。东芝公司采用了上门推销的办法，这次电饭锅的推广得到了成功，一个月后东芝公司生产了20万个电饭锅。4年后，半数的日本家庭购置了这种锅。9年后，这种定时设计被其他的定时设计所取代。新型的电饭锅，一般都有一个安装于外锅底部的温度控制装置。在内锅的温度达到摄氏100度(华氏212度)之前，加热装置全力工作。直至锅内多余的水分被米吸收及蒸发后，内锅温度将会超过摄氏100度。此时，温度控制装置会把加热装置停止，或者转到约摄氏65度(华氏150度)的保温状态。这个发明缩减了很多家庭耗费在煮饭上的时间和人力。电饭锅主要是用来煮饭的日常厨房电器，电饭锅是无火煮食，相对于明火煮食更加安全。随着电饭锅的功能增多，除了基本的煮饭外，也包括煲粥、炖汤、蒸菜与点心等。电饭锅仍不断发展，更有焗蛋糕的功能，而英国等地的则可以炸薯条。2005年，全世界的电饭锅产量在8500万，而其中中国大陆的产量在6000万左右，其它的来自日韩等国。由于中国大陆的电饭锅主要产地是广东，电饭锅在普通话中逐渐被粤语的电饭煲取代。【知识新授】一、电流的热效应电流通过导体时电能转化成热能的现象叫做电流的热效应。根据电功率的公式P＝UI和U＝IR，可得P＝I2R，它表示电流通过导体时产生热能的快慢。这个公式表明：实验：探究电热与哪些因素有关？(如图)(1)在电流相同的条件下，电能转化成热能的功率与导体的电阻成正比；(2)在导体电阻相同的条件下，电能转化成热能的功率与电流的平方成正比。在纯电阻电路中，电能全部转化为热能，由于导体产生的热量Q与电路消耗的电能W相等，因此计算电热的功率可用如下导出公式P＝eq\f(W,t)，P＝UI，P＝eq\f(U2,R)。二、焦耳定律、电热器(1)电流通过导体时产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。公式：Q＝I2Rt。(2)电热器是利用电流的热效应制成的加热设备。发热体是由电阻率大、熔点高的合金丝绕在绝缘材料上做成的。其优点：①清洁卫生，②热效率高，③方便调控，缺点是非加热用电器工作时也产生热量。(3)常见电热器类型串联式高温档P1=低温档P2=并联式高温档P1=低温档P2=三、电动机电吹风机和电熨斗通电时都会发热，哪种电器可以认为将电能全部转化成内(热)能？电吹风机：电能转化成内能和机械能(由于有电动机的存在)电熨斗：电能全部转化成内能能量转化功能计算电热器电能→内能∵Q=W∵W＝UIt又根据欧姆定律U=IR∴Q=W=UIt=I2Rt=U2t/R电动机电能→内能+机械能∵W＝UItW=Q+W机∴UIt=I2Rt+W机∴U>IR所以欧姆定律在电动机的计算中不适用，切记！【例题分析】例1．如图所示是饭店里常用的一款干手器，其铭牌上标有“220V1000W”的字样，它在工作时，电动机转动的同时还可以吹出热风，下列说法正确的是（）A．干手器的额定功率越大，表示消耗电能越多 B．使用1min，就产生60000J的热量 C．在使用干手器时是电能转化为内能和机械能 D．干手器的电动机和电热丝一定是串联的【解答】解：A、干手器的额定功率大，实际功率不一定大，不知道工作时间，消耗的电能不一定多，故A错误；BC、正常工作1min，消耗的电能为W＝Pt＝1000W×60s＝60000J，而干手器是将电能转化为内能和机械能的，所以不能产生60000J的热量，故B错误，C正确；D、干手器的电动机和电热丝能够独立工作，是并联的，故D错误。故选：C。例2．用如图所示的装置“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。下列说法不正确的是（）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R2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．该实验采用的是转换法和控制变量法【解答】解：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正确；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的变化来判断电流产生的热量的多少，故C正确；D、该实验探究的是电流产生的热量与电阻的关系，控制电流和通电时间相同，用到了控制变量法，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，用到了转换法，故D正确。故选：A。例3．下列连接方法中，闭合开关后，在相同时间内虚线框里的电阻丝产生的总热量最少的是（）A． B． C． D．【解答】解：串联电路总电阻大于任何一个分电阻，并联电路的总电阻小于任何一个分电阻，根据电阻串联和并联的特点可知，四个图中电路的总电阻关系为：RC＞RB＞RA＞RD，由题知，甲、乙、丙、丁四个电路两端电压相等，由Q=U故选：C。例4．如图为电阻甲和乙的I﹣U图象，下列说法正确的是（）A．甲、乙串联在电路中，相同时间内甲、乙产生热量之比为2：1 B．将甲和乙并联，当甲两端电压为2V时，则它们的干路电流为0.6A C．甲、乙并联在电路中，相同时间内甲、乙消耗电能之比为1：2 D．将甲和乙串联，当它们两端电压为3V时，通过甲的电流为0.6A【解答】解：A、若甲、乙串联在电路中，电流是相同的，由图象可知，当电流都为0.2A时，甲两端的电压为1V，乙两端的电压为2V，即甲两端的电压等于乙两端电压的12（取其它电流值仍然存在这样的关系），根据Q＝I2B、将甲和乙并联，并联电路各支路两端的电压相等；当甲两端电压为2V时，由图象可知，通过甲的电流为0.4A，通过乙的电流为0.2A，根据并联电路的电流关系可知，干路电流为0.4A+0.2A＝0.6A，故B正确；C、甲、乙并联在电路中，电压是相同的，由图象可知，当电压为2V时，甲的电流是0.4A，乙的电流是0.2A，即甲的电流是乙的电流的2倍，根据W＝UIt可知，相同时间内甲、乙消耗的电能之比为2：1，故C错误；D、将甲和乙串联，电流相同，由图象可知，当电路中的电流为0.2A时，甲两端的电压为1V，乙两端的电压为2V，满足它们两端电压（总电压）为3V，所以由串联电路的电流特点可知，通过甲的电流为0.2A，故D错误。故选：B。例5．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．6J B．30J C．36J D．60J【解答】解：灯泡正常发光时的电压UL＝10V，功率PL＝3W，因串联电路中各处的电流相等，所以，由P＝UI可得，灯泡正常发光时电路中的电流：IL=P因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，R两端的电压：UR＝U﹣UL＝12V﹣10V＝2V，该电路工作10s定值电阻产生的热量：Q＝W＝URIt＝2V×0.3A×10s＝6J。故选：A。例6．如图所示，是探究电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关的实验装置（电源电压不变）。（1）实验过程中通过观察U形管中液面高度差反映密闭空气温度的变化。若想探究电流产生热量的多少与电阻的关系，应选择图中的甲、乙两个密闭容器进行实验，串联的目的是使通过甲、乙的电流和通电时间相等。（2）图丙中并联一个5Ω电阻的目的是并联分流，改变通过密闭盒内电阻的电流。（3）通电相同时间，甲、丙两密闭容器中的电阻丝产生热量的关系Q甲＝4Q丙。（4）如果丙装置中容器外的5Ω电阻发生了断路，则通电相同时间，乙装置中电阻丝产生的热量将比原来少。【解答】解：（1）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但密闭容器内空气温度的变化可以通过U形管中液面高度差来反映，实验过程中通过观察U形管中液面高度差反映密闭空气温度的变化。若想探究电流产生热量的多少与电阻的关系，应选择图中的甲、乙两个密闭容器进行实验，串联的目的是使通过甲、乙的电流和通电时间相等。（2）图丙中并联一个5Ω电阻的目的是并联分流，改变通过密闭盒内电阻的电流。（3）通电相同时间，Q＝I2Rt，I甲＝2I丙，两密闭容器中的电阻丝产生热量的关系Q甲＝4Q丙。（4）如果丙装置中容器外的5Ω电阻发生了断路，电路中的总电阻增大，电路中的电流会变小，则通电相同时间，乙装置中电阻丝产生的热量将比原来少例7．图甲为某型号电热水器测温系统简化电路，电源电压U＝9V，定值电阻R1＝4Ω，R2为热敏电阻，其阻值随温度变化的关系如图乙所示，该型号热水器额定电压为220V，额定功率2400W，水箱容量为60L。求：（1）电热水器正常工作75s，消耗多少电能？（2）如果没有热损失，水箱里装满水，在额定功率下将水温升高30℃，水吸收多少热量？（3）水箱中的水温是60℃时，控温系统电压表示数应为多少？【解答】解：（1）电热水器正常工作75s，消耗的电能W＝Pt＝2400W×75s＝1.8×105J；（2）由ρ=mV可知，水箱中水的质量：m＝ρV＝1.0×103kg/m3×60×10﹣3m水箱中的水吸收的热量：Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×60kg×30℃＝7.56×106J；（3）R2的阻值随温度变化的关系如图乙可知，为一次函数，设其关系为R2＝kt+b；由图象可知，当温度t＝0℃时，R2′＝8Ω，则8Ω＝k×0℃+b；当温度t′＝80℃时，R2″＝4Ω；则4Ω＝k×80℃+b；联立解得：k=−1所以R2=−1水箱中的水温为60℃，将t″＝60℃代入可得，R2″＝5Ω；闭合开关，两电阻串联，电压表测量R1两端的电压。根据欧姆定律可知电路电流I=U控温系统电压表示数UV＝IR1＝1A×4Ω＝4V。答：（1）电热水器正常工作75s，消耗1.8×105J的电能；（2）如果没有热损失，水箱里装满水，在额定功率下将水温升高30℃，水吸收7.56×106J的热量；（3）水箱中的水温是60℃时，控温系统电压表示数应为4V。【巩固提高】一．选择题（共9小题）1．如图所示，给电炉通电后，电炉丝热得发红，而用手触摸与之连接的导线却不觉得烫手，这是因为（）A．电流通过导线时没有产生热效应 B．通过电炉丝的电流比通过导线的电流大得多 C．电炉丝的电阻比导线的电阻小得多 D．导线的电阻比电炉丝的电阻小，相同时间内产生的热量少【解答】解：A、由于导线有电阻，电流通过导线时，导线会发热，产生热效应，故A错误；BCD、电炉在使用时，电炉丝和导线串联，通过它们的电流相等，通电时间t相同，由于R电炉丝＞R导线，根据Q＝I2Rt可知，电流产生的热量：Q电炉丝＞Q导线，因而出现电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却不怎么发热的现象，故BC错误、D正确。故选：D。2．家庭电路中，由于线路连接处接触不良，造成局部过热，也可能会引起火灾。下列关于接触不良处过热的原因分析正确的是（）A．因电阻变大，使得通过此处电流比电路中其他部分电流小，但长时间通电造成的 B．因电阻变小，使得通过此处电流变大，长时间通电造成的 C．因电阻变小，使得此处的发热功率变大，长时间通电造成的 D．此处电流与电路中其他部分电流相等，因电阻变大，长时间通电造成的【解答】解：导线与用电器串联接入电路中，根据串联电路的电流规律可知，此处电流与电路中其他部分电流相等；当线路连接处接触不良时，该处的电阻会增大，由P＝I2R可知，该处的发热功率增大；根据Q＝I2Rt可知，长时间通电时在接触不良处电流产生的热量过多，从而造成接触不良处过热，会引发火灾；故D正确，ABC错误。故选：D。3．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【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．如图乙所示，将锡纸条的中间剪掉一些，已知ab、bc、cd长度相等，如图甲所示，将锡纸条接在电池两极，很快锡纸条开始冒烟、着火.关于该实验现象的分析错误的是（）A．ab段的电阻大于bc段的电阻 B．bc段产生的热量大于cd段 C．先冒烟的是ab段 D．ab段的电流小于bc段的电流【解答】解：A、由图知，锡纸条上ab、bc、cd段的材料和长度相等，ab段横截面积最小，cd段横截面积最大，在材料和长度相同时，横截面积越小电阻越大，所以ab段的电阻最大，bc段的电阻较大，cd段的电阻最小，故A正确；BCD、ab、bc、cd段可看作是串联，通过三段的电流相等，根据Q＝I2Rt可知相等时间内，ab段的电阻最大，产生热量最多，其次是bc段，cd段产生的热量最少，所以先冒烟的是ab段，故BC正确，D错误。故选：D。5．如图所示，两透明容器中密封着质量和初温都相等的空气，通电t秒后两容器都不向外放热，下列说法正确的是（）A．两容器中电阻丝产生的热量相同 B．右边容器中空气的温度是左边容器中空气温度的两倍 C．该装置探究的是电流热效应与电流的关系 D．右边容器中电阻丝产生的热量是左边容器中电阻丝产生的热量的两倍【解答】解：C、将R甲和R乙串联的目的是使通过两个电阻的电流相等，从图中可知两电阻的阻值不同，故该装置探究的是电流热效应与电阻的关系，故C错误；A、如图所示装置中，将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，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（即R＜2R），由Q＝I2Rt可知，右边容器中的电阻产生的热量多，空气温度升得较快，故A错误；D、由Q＝I2Rt得，R1与R2产生的热量之比为：Q1B、两瓶中盛有质量、初温均相同的空气，则质量m和比热容c均相同，由Q＝cmΔt可得液体温度变化量之比：Δt故选：D。6．甲、乙两段导体通电时间相同，甲的电阻是乙的3倍，甲、乙产生的热量之比是4：3，则通过甲、乙两导体的电流之比是（）A．2：3 B．2：1 C．4：9 D．3：2【解答】解：由题知，两导体的通电时间t相同，R甲＝3R乙，甲、乙产生的热量之比Q甲：Q乙＝4：3，即3Q甲＝4Q乙，由Q＝I2Rt可得：3I甲2R甲t＝4I乙2R乙t，即：3I甲2×3R乙t＝4I乙2R乙t，所以9I甲2＝4I乙2，则通过甲、乙两导体的电流之比是I甲故选：A。7．如图所示，电阻为R的某型号风扇，连接在电压为U的电路上，若通过的电流为I，工作时间为t。则计算电流通过电风扇产生的热量，下面公式选用正确的是（）A．UIt B．U2Rt C．I2Rt【解答】解：电功的计算公式：W＝UIt是用来计算用电器消耗电能的；焦耳定律公式：Q＝I2Rt是用来计算电流产生热量的；电动机是非纯电阻电路，工作时将电能转化为机械能和内能，计算产生热量只能用Q＝I2Rt来计算。用电器如果将电能只转化为内能，则Q＝W＝UIt＝I2Rt=U故选：C。8．用阻值分别为R1、R2、R3的三根电热丝组成如图所示电路，且R1＝R2＜R3，实验探究“影响电流热效应的因素”，下列说法正确的是（）A．图甲可以探究电流热效应跟电阻的关系 B．图乙可以探究电流的热效应跟电流的关系 C．图丙可以探究电流的热效应跟通电时间的关系 D．图丙可以探究电流的热效应跟电流、电阻的关系【解答】解：电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间有关，探究电流通过导体产生的热量与其中一个因素的关系时，应改变该因素，而控制另外两个因素相同；A、图甲中R1和R2串联，通过的电流相同，通电时间相同，且R1＝R2，因此不能探究电流热效应跟电阻的关系，故A错误；B、图乙中R1和R3串联，通过的电流相同，通电时间相同，且R1＜R3，因此是探究电流热效应跟电阻的关系，故B错误；CD、图丙中是只有R1的简单电路，通过电流和电阻均不变，通电时间可以通过开关控制，因此可以探究电流的热效应跟通电时间的关系，故C正确，D错误。故选：C。9．如图是探究焦耳定律的实验装置，两个烧瓶中装着等质量、等温度的煤油，电阻阻值R1＞R2。闭合开关一段时间后，记录两支温度计的示数。下列说法中正确的是（）A．闭合开关，电阻两端的电压关系为U1＜U2 B．通电1min后R2所在的烧瓶温度计示数更高 C．温度计示数的变化可反映电阻产生热量的多少 D．该装置只能探究电流产生的热量与电阻大小的关系【解答】解：A、由图可知，电阻R1、R2、滑动变阻器串联接入电路中，通过三个电阻的电流是相同的，电阻阻值R1＞R2，根据U＝IR可知，电阻两端的电压关系为U1＞U2，故A错误；B、电流相同，通电时间相同，电阻阻值R1＞R2，根据Q＝I2Rt可知，R1所在的烧瓶温度计示数更高，故B错误；C、通电后电流通过电阻丝做功，产生热量被煤油吸收，使煤油的温度升高，通过观察温度计的示数变化来判断电流产生的热量的多少，故C正确；D、由图可知，电路中有滑动变阻器，移动滑动变阻器滑片，可以改变电路中的电流，能探究电流产生的热量与电流大小的关系，故D错误。故选：C。二．实验探究题（共3小题）10．如图是探究“电流通过导体产生的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。（1）实验中，要比较电阻丝产生的热量的多少，只需比较与之相连的U形管中液面的高度差。（2）甲装置可探究电流产生的热量与电阻的关系，通电一段时间后，右（选填“左”或“右”）侧容器中U形管中液面的高度差大。（3）乙装置中的电阻R3的作用主要是改变通过电阻的电流；如果把电阻R3也放入R2所在的容器内，U形管中液柱的高度差左侧大于（选填“大于”、“等于”或“小于”）右侧。（4）该实验采用的研究物理问题的方法是控制变量法（或转换法）（写出一种即可）。【解答】解：（1）电阻丝产生的热量无法直接观察到，但可以通过比较U形管中液面的高度差来反映电阻丝产生的热量的多少，这是采用了转换法的研究方法；（2）甲装置中，左右两侧容器中的电阻丝串联，通过的电流和通电时间相同，而电阻不同，因此甲装置可探究电流产生的热量与电阻的关系，由Q＝I2Rt可知，通电一段时间后，甲装置中右侧容器中的电阻较大，因此右侧容器中的电阻产生的热量较多，即右侧容器中U形管中液面高度差较大；（3）乙装置中，右侧容器中的电阻与外面的电阻并联后，再与左侧容器中的电阻串联，两容器中的电阻和通电时间相同，而通过两容器中电阻的电流不同，因此乙装置中的电阻R3的作用主要是改变通过电阻的电流的大小；把图乙右边的两根电阻丝并联后，其总阻值为R=5Ω2=2.5Ω，则相当于把2.5Ω（4）实验中采用的是控制变量法和转换法。故答案为：（1）液面的高度差；（2）电阻；右；（3）改变通过电阻的电流；大于；（4）控制变量法（或转换法）。11．为了探究“电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”，老师设计了如图所示的甲、乙两组实验装置，将a、b、c、d四段电阻丝分别密封在完全相同的透明容器中，容器中封闭等量的空气，并与装有相同液体的U形管相连通。容器外电阻丝e与乙装置中电阻丝d并联，五段电阻丝中b的电阻为10Ω，其余均为5Ω。请你完成下列内容：（1）图中，利用装置甲（选填“甲”或“乙”）可直接探究电流产生的热量与电阻的关系。（2）如图，乙装置外部电阻丝e的作用是使通过左、右两容器中电阻丝的电流不相等。（选填“相等”或“不相等”）（3）如图，通过观察乙装置，左（选填“左”或“右”）容器中导体产生的热量较多。由此可知，在电阻和通电时间相同时，电流越大，导体产生的热量越多。该装置不能（选填“能”或“不能”）解释“电炉丝热得发红，而连接它的导线却几乎不发热”。（4）如图，让乙装置冷却到初始状态，把右侧并联的两根电阻丝e、d都放入容器中，接通电源一段时间后，电阻丝产生的热量左容器多。（选填“左容器”、“右容器”或“两容器一样”）【解答】解：（1）根据Q＝I2Rt可知，串联电路中I、t相同，则Q与R有关，甲装置中容器内的电阻不同，所以图甲可直接研究电热与电阻的关系；（2）电阻丝e的作用是分流，则图乙中c、d两个电阻中的电流不相等；（3）电阻丝e的分流使Ic＞Id，根据Q＝I2Rt可知左侧容器产生的电热多；由此可知，在电阻和通电时间相同的情况下，电流越大，产生的电热越多；电炉丝、导线是较大电阻和较小电阻的串联关系，应该用图甲装置解释，所以装置乙不能解释；（4）依据题意，右侧两个电阻并联后的电阻是左侧电阻的一半，由Q＝I2Rt可知，在I、t相同时，R大Q大，所以左侧容器电阻丝产生的电热多。故答案为：（1）甲；（2）不相等；（3）左；大；不能；（4）左容器。12．某学习小组在老师的指导下，探究电流通过导体时产生热量的多少与什么因素有关。他们用的实验器材如图甲所示，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中的液面最初是相平的，两个密闭容器中都有一段电阻丝。（1）请用笔画线代替导线，把图甲两个容器内的电阻丝接到电路中。（2）连接好如图甲所示的电路，闭合开关，通电一段时间后，右（选填“左”或“右”）侧U形管中液面高度差大，此实验现象表明，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。利用U形管中液面高度差来判断电流产生热量的多少，利用的实验方法是转换法。（3）让两个密闭容器中的电阻一样大，在其中一个容器的外部，将一个阻值相同的电阻和这个容器内的电阻并联（如图乙所示）。此装置是为了探究电流通过导体产生热量的多少与电流大小的关系。图中R3的作用是分流。通电后，R1中的电流I1与R2中的电流I2的定量关系是I1＝2I2，观察U形管中液面高度的变化，由此可得出的结论是：在电阻和时间相同的情况下，电流越大，产生的热量越多。【解答】解：（1）电流通过导体时产生热量的多少与电流大小、电阻大小和通电时间有关，从图甲中可知两电阻的阻值不同，根据控制变量法可知此实验研究电流通过导体时产生热量的多少与电阻大小的关系，故应将两电阻丝串联接入电路，与电源、开关、滑动变阻器组成串联电路。如图：（2）连接好如图甲所示的电路，闭合开关，右侧电阻的阻值较大，根据Q＝I2Rt可知通电一段时间后，右侧的10Ω的电阻产生的热量较多，根据转换法可知右侧U形管中液面高度差大，此实验现象表明，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。利用U形管中液面高度差来判断电流产生热量的多少，利用的实验方法是转换法；（3）让两个密闭容器中的电阻一样大，在其中一个容器的外部，将一个阻值相同的电阻和这个容器内的电阻