第四节 科学探究： 电流的热效应
知识点 1 电流的热效应
1．下列各组用电器中，不全是利用电热工作的是( )
A．电饭锅、电烙铁、电热毯
B．电炉、电热水器、恒温箱、孵卵器
C．电熨斗、电烤箱
D．电焊机、电暖器、电视机
2．一台“220 V 60 W”的电风扇、一盏“36 V 60 W”的白炽灯和一只“110 V 60 W”的电热器各自在额定电压下工作，比较它们在相同通电时间内产生的热量( )
A．电风扇最多 B．电热器最多
C．白炽灯最多 D．三者一样多
知识点 2 电流产生热量的影响因素
3．如图16－4－1所示是“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验装置。烧瓶内装有质量和初温完全相同的煤油，瓶中铜丝和镍铬合金丝的长度、横截面积相同。下列说法正确的是( )
图16－4－1
A．在图甲中，探究的是电流产生的热量与电阻的关系
B．在图乙中，探究的是电流产生的热量与电阻的关系
C．在图甲中，闭合开关一段时间后，A瓶中温度计的示数更高
D．图乙只能用来探究电流产生的热量与电流大小的关系
4．小明和小红想利用如图16－4－2所示的装置探究“导体产生的热量与电阻大小的关系”。两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，A烧瓶中的金属丝是铜丝，电阻比较小，B烧瓶中的金属丝是镍铬合金丝，电阻比较大。温度计显示煤油的温度。
图16－4－2
(1)这两个烧瓶中所盛煤油的质量应该________。
(2)小红问小明：“水比较容易获得，为什么不用水代替煤油呢？”对于这个问题，小明与其他同学给出了下列四种解释，你认为合理的是( )
A．因为煤油有颜色便于观察
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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)实验中，小明和小红发现A烧瓶中温度计的示数升高得慢。这表明：在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越________，产生的热量越少。
知识点 3 焦耳定律
5．一阻值为60 Ω的电热丝接在电源上，通过它的电流为2 A，通电1 min产生的热量为________。
6．某导体的电阻是2 Ω，通过它的电流为1 A，如果导体上产生的热量是120 J，通电时间为________________________________________________________________________s，
它消耗的电功率是________W。
7．电炉中的电阻丝通电一段时间后变得很烫，而连接电炉的导线却不怎么热，主要是因为( )
A．通过导线的电流小于通过电阻丝的电流
B．导线的绝缘皮隔热
C．导线散热比电阻丝快
D．导线的电阻远小于电阻丝的电阻，导线上产生的热量很少
8．如图16－4－3所示的电路中，电源电压U＝3 V，R1＝2 Ω，闭合开关后，电流表示数为0.5 A。求：
(1)R1在1 min内产生的热量。
(2)R2的阻值。
图16－4－3
9．如图16－4－4所示，将两电热丝R1和R2串联起来接在电路中。若R1>R2，则先被点燃的火柴是(火柴完全相同)( )
图16－4－4
A．电热丝R1上的火柴
B．电热丝R2上的火柴
C．两电热丝上的火柴同时被点燃
D．无法确定
10．粗细均匀的电热丝放入一壶水中，通电一段时间将水加热至沸腾。若将电热丝对折并联后放入同样一壶水中，通电到将水加热至沸腾，所需时间与第一次的通电时间相比(电源电压恒定，不计一切热损失)，下列判断正确的是( )
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A．相等 B．增加
C．减少 D．无法确定
11．如图16－4－5所示，阻值为R的电阻丝，用四种方法分别接在电压为U或2U的电源上，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多的是( )
图16－4－5
12．两导体电阻之比为3∶2，通过的电流之比为1∶4，则在相同时间内产生的热量之比为( )
A．3∶32 B．3∶2
C．6∶1 D．32∶3
13．两只定值电阻RA和RB，其电流与电压的关系如图16－4－6所示。下列说法正确的是( )
图16－4－6
A．RA和RB的电阻之比为1∶2
B．串联时RA和RB两端的电压之比为1∶1
C．并联时RA和RB消耗的电功率之比是1∶2
D．串联时，相同时间内RA和RB产生的热量之比为1∶2
14．如图16－4－7所示是晨晨同学探究焦耳定律的部分实验装置。已知R甲＝5 Ω，R乙＝10 Ω，在探究电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系时，应将两电阻丝________联在电路中。若电路中的电流为0.3 A，则甲中电阻丝在1 min内产生的热量为________J。
图16－4－7
15．在做“电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”的实验时，小于采用了如图16－4－8甲所示的实验装置。两个透明的容器中密闭了等量的空气，U形管中液面的变化反映了密闭空气温度的变化。
6
图16－4－8
(1)若通电时间相同，小于发现B玻璃管内液面上升较高，这表明：在电流和通电时间相同的情况下，导体的__________越大，产生的热量越多。
(2)小刚采用了如图乙所示的实验装置，通电相同时间，发现A玻璃管液面上升较高，这表明：在电阻和通电时间相同的情况下，通过导体的__________越大，产生的热量越多。
(3)该实验中用到的研究物理问题的方法是______________法和转换法。
16．[2017·自贡] 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.t
C．I2Rt D．前面三个都可以
17．[2017·重庆A卷] 如图16－4－9所示电路中，电源电压恒为6 V，R1＝30 Ω，只闭合开关S时，电流表示数为________A；同时闭合开关S、S1，电流表示数为0.5 A，则通电1 min电阻R2产生的热量为________J。
图16－4－9
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详解详析
1．D 2.B 3.A
4．(1)相等 (2)D (3)小
[解析] (1)通电导体放出热量，煤油吸收热量。质量相等的煤油吸收的热量越多，温度计示数升得越高；控制两个烧瓶中所盛煤油的质量相等，才能通过温度计的示数高低反映通电导体放出热量的多少。(2)用煤油做此实验是因为煤油有比较小的比热容，质量相等的水和煤油，吸收相等的热量，煤油升高的温度较大。(3)图中将两个阻值不同的电阻丝串联接入电路中，控制了电流和通电时间相等，A烧瓶中的金属丝是铜丝，电阻比较小，温度计的示数升高得慢，这表明：在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越小，产生的热量越少。
5．1.44×104 J 6.60 2 7.D
8．(1)R1在1 min内产生的热量：
Q＝I2R1t＝(0.5 A)2×2 Ω×60 s＝30 J。
(2)由I＝可知，电路总电阻：R＝R1＋R2＝＝＝6 Ω，
电阻R2的阻值：R2＝R－R1＝6 Ω－2 Ω＝4 Ω。
9．A [解析] 因为电热丝R1和R2串联，所以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，在电流和通电时间一定时，电阻越大产生的热量越多。因为R1>R2，所以Q1>Q2，电热丝R1的温度高，则R1上的火柴先被点燃。
10．C [解析] 电热丝对折并联后电阻变为原来的，根据公式P＝可知，功率变为原来的4倍，故烧开同样一壶水所需时间变为原来的。
11．D [解析] 因为串联电路中总电阻等于各分电阻之和，并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和，所以两电阻串联时电路中的总电阻最大，两电阻并联时电路中的总电阻最小。因为Q＝W＝t，所以在相同的时间内电阻丝产生的热量最多的是D。
12．A
13．C [解析] 由图像可知，当UA＝UB＝3 V时，IA＝0.3 A，IB＝0.6 A，根据电压一定时，电流与电阻成反比可知，RA∶RB＝IB∶IA＝0.6 A∶0.3 A＝2∶1，故A不正确。两电阻串联时，通过它们的电流相等，根据欧姆定律可得：UA∶UB＝IRA∶IRB＝RA∶RB＝2∶1，故B不正确。两电阻并联时，它们两端的电压相等，则PA∶PB＝∶＝RB∶RA＝1∶2，故C选项正确。两电阻串联时，相同时间内产生的热量之比：QA∶QB＝I2RAt∶I2RBt＝RA∶RB＝2∶1，故D不正确。故选C。
14．串 27
15. (1)电阻 (2)电流 (3)控制变量
[解析] (1)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，由Q＝I2Rt可知，右边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较高，这表明：在相同时间内，电流相同的情况下，电阻越大，电流通过导体时产生的热量越多。(2)乙装置中一个5 Ω的电阻与两个并联的5 Ω电阻串联，根据串联电路的电流特点可知，右边的两个电阻中的总电流和左边容器中电阻中的电流相等，即I右＝I左；两个5 Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知I右＝I1＋I2，两电阻值相等，则支路中电流相等，I1＝I2，所以右边容器中通过电阻的电流是左边容器中通过电阻电流的一半；由Q＝I2Rt
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可知，左边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较高，这表明：在相同时间内，电阻相同时，电流越大，通过导体时产生的热量越多。(3)该实验中用到的研究物理问题的方法是控制变量法和转换法。
16．C [解析] 电风扇工作时，电能转化为机械能和内能，属于非纯电阻电路，计算电流产生的热量，只能用公式：Q＝I2Rt。
17．0.2 108 [解析] 只闭合S时，电路为只有R1的简单电路，I1＝＝＝0.2 A。S、S1均闭合时，两电阻并联，互不影响，I2＝I－I1＝0.5 A－0.2 A＝0.3 A，则R2产生的热量为Q2＝UI2t＝6 V×0.3 A×60 s＝108 J。
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