人教版物理九年级上学期 第十八章 第四节 焦耳定律
一、单选题
1．（2021·宜昌）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．2:1 B．6:1 C．1:2 D．1:6
【答案】B
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】相同时间内产生的热量之比为
故答案为：B。
【分析】电流通过导体时会产生热量，此现象就是电流的热效应，产生的热量通过焦耳定律Q=I2Rt来计算，通过焦耳定律的表达式可以看出，导体的电阻、通过电流和时间越长，产生的热量越多。
2．（2021·广元）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
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】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，A不符合题意；
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，B不符合题意；
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，C符合题意；
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；D不符合题意．
故答案为：C．
【分析】电流产生热量的影响因素有电流、电阻和时间；当电流相同时，可以探究电流产生热量和电阻的关系；根据液体温度变化，反应电流产生热量的多少。
3．（2021·福建）历史上第一个成功研究热和功关系及电流的热效应，为能量守恒定律的建立奠定坚实实验基础的科学家是（ ）
A．焦耳 B．安培 C．伏特 D．欧姆
【答案】A
【知识点】焦耳定律的应用
【解析】【解答】焦耳通过实验研究了电流通过导体产生热量和电流、电阻及通电时间的关系，总结出了焦耳定律，为能量守恒定律的建立奠定坚实实验基础。
故答案为：A。
【分析】焦耳最早探究电流产生热量的影响因素，探究热效应的影响因素。
4．（2021·北京）下列四种用电器中。利用电流热效应工作的是（ ）
A．电冰箱 B．电视机 C．电脑 D．电热水壶
【答案】D
【知识点】电流的热效应
【解析】【解答】A．电冰箱是将电能转化为电动机的机械能，通过做功发生物态变化工作的，不是利用电流的热效应来工作的，A不符合题意；
B．电视机将电能转化为声音与图像，不是利用电流的热效应来工作的，B不符合题意；
C．电将电能转化为声音与图像，不是利用电流的热效应来工作的，C不符合题意；
D．电水壶工作时将电能转化为内能，利用电流的热效应工作的； D符合题意。
故答案为：D。
【分析】电流通过导体会产生热量，电热水壶利用了电流的热效应工作。
5．（2021·自贡）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
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】A．电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但容器中空气的温度变化导致容器中空气体积的变化，即可以通过液面高度差的变化来反映，这种研究方法叫转换法，A正确，不符合题意；
B．电流通过电阻丝时，电流会做功，电能转化为内能，使得电阻丝的内能变大，空气会吸收电阻丝的热量，是通过热传递的方式改变内能的，B错误，符合题意；
C．甲实验，两个电阻丝是串联的，电流和通电时间相同，右侧容器电阻的阻值是左侧容器电阻的阻值的2倍，由焦耳定律Q=I2Rt可知，右侧电阻产生热量是左侧电阻产生热量的2倍，即左右两边容器内电阻产生的热量之比是1∶2，C正确，不符合题意；
D．在乙装置中，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，右边两个电阻的总电流和通过左边电阻的电流相等，左边容器中通过电阻的电流大于右边容器中通过电阻的电流，这是研究电流产生的热量与电流的关系，D正确，不符合题意。
故答案为：B。
【分析】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，运用了控制变量法（探究电流产生的热量与电流的关系，控制电阻和通电时间不变）及转换法（电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但可以通过液面高度差的变化来反映，这种研究方法叫转化法）。
二、填空题
6．（2021·南县）某款家用茶具煮茶时的电阻为55Ω，正常情况下通过茶具的电流是 A，煮一壶茶用了5 min，产生的热量为 J。
【答案】4；2.64×105
【知识点】欧姆定律及其应用；焦耳定律
【解析】【解答】家用茶具正常情况下工作时两端电压为220V，此时通过茶具的电流
5min产生的热量Q=I2Rt=(4A)2×55Ω×5×60s=2.64×105J
【分析】结合用电器的电阻和电压，利用欧姆定律求解用电器两端的电流即可；电流通过导体时会产生热量，此现象就是电流的热效应，产生的热量通过焦耳定律Q=I2Rt来计算。
7．（2021·北部湾）家庭装修中遇到导线不够长时，有的装修师傅把两根导线连接起来使用，但连接处往往比别处更容易发热，加速老化，甚至引起火灾。这是因为与别处相比，连接处接触电阻较 ，电能转化为热的功率较 。
【答案】大；大
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】导体的电阻与导体的长度有关，导体越长，导体的电阻越大。把两根导线连接起来使用，是增大了导体的长度，因此连接处接触电阻较大。
由于导线连接处与导线串联在电路中，通过的电流相等，根据P=I2R，连接处的电阻较大，电能转化为热的功率较大。
【分析】导体的电阻是本身的一种属性，与外加的电压和流过它的电流没有关系，导体本身的长度、材料、横截面积有关，长度越长、横截面积越小，导体的电阻就越大；电流通过导体时会产生热量，此现象就是电流的热效应，产生的热量通过焦耳定律Q=I2Rt来计算，通过焦耳定律的表达式可以看出，导体的电阻、通过电流和时间越长，产生的热量越多。
8．（2021·无锡）小华家电热毯内的电阻丝断了，爸爸将两个断头接上后想继续使用，被小华阻止了。原因是 ；接头处与电阻丝其他部分是串联的，通过它们的电流大小是 的。但电阻丝接头处的电阻较大，长时间使用会导致 。
【答案】可能引起火灾，不安全；相等；接头处的电热毯烧焦
【知识点】串联电路的电流规律；焦耳定律
【解析】【解答】电热丝两个断头接上继续用，接头处接触不良电阻较大，产生热量多，可能可能引起火灾，不安全。
因为是串联，所以电流相等。
接头处是两根导线相接，由于接触的部位很少，很细，电阻就较大，根据Q=I2Rt知，在电流、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多，温度越高，长时间使用会导致接头处的电热毯烧焦。
【分析】电流通过导体时会产生热量，此现象就是电流的热效应，产生的热量通过焦耳定律Q=I2Rt来计算，通过焦耳定律的表达式可以看出，导体的电阻、通过电流和时间越长，产生的热量越多；串联电路中，电流处处相等。
9．（2021·凉山）如图所示，电源电压不变，灯泡标有“6V 3W”字样，当开关S闭合时，灯泡正常发光，电流表示数为0.6A电阻R的电功率为 W，通电10min后R产生的热量为 J。
【答案】0.6；360
【知识点】电功率的计算；焦耳定律
【解析】【解答】因为闭合开关后，灯泡正常发光，所以此时灯泡两端的电压为6V，电功率为3W，根据 ，通过小灯泡的电流为
因为电路为并联电路，所以电源电压和电阻两端的电压也为6V，总电流等于各支路电流总和，所以通过电阻的电流为
所以电阻的电功率为
根据 可知，10分钟后R产生的热量为
【分析】分析电路结构，定值电阻和灯泡是串联关系，电流相等，用电器电压之和为电源电压，利用灯泡功率和电压求解电流，利用并联电流规律求解流过电阻的电流，结合功率公式P=UI求解功率；电流通过导体时会产生热量，此现象就是电流的热效应，产生的热量通过焦耳定律Q=I2Rt来计算。
10．（2021·广东）如图是探究电流通过导体产生的热量与 关系的实验装置，实验中用U形管内液面的 反映导体产生热量的多少.通电一段时间后，容器 （选填“甲”或“乙”）内电阻丝产生的热量较多。
【答案】电流；高度差；甲
【知识点】焦耳定律的应用
【解析】【解答】（1）根据图片可知，甲和乙两个电阻丝都是5Ω，甲在干路上，乙在支路上，二者电流大小不等，则探究电流通过导体产生热量与电流关系；
（2）实验中用U形管内液面的高度差反映导体产生热量的多少；
（3）R甲=R乙，I甲>I乙，根据焦耳定律Q=I2Rt可知，容器甲内电阻产生的热量较多。
【分析】（1）根据图片分析影响电流产生热量的哪些因素相同，哪个因素不同即可；
（2）封闭容器中的电热丝产生热量，里面的空气受热膨胀，压强增大，于是与之相连的U型管内液柱产生高度差；
（3）根据焦耳定律Q=I2Rt可知，当电阻相同时，通过电阻的电流越大，产生的热量越多。
三、实验探究题
11．（2021·绥化）如图所示为“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”实验的部分装置，两个相同的透明容器中封闭着等量的空气。
（1）实验中通过观察 的变化来反映电阻产生热量的多少，下列实验中，也运用了这种实验方法的是 （填序号）。
①探究物体的动能跟哪些因素有关
②探究杠杆的平衡条件
（2）连接好电路后闭合开关，通电一段时间，观察到右侧液面高于左侧液面，如图甲所示，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。
（3）图中U形管 （选填“是”或“不是”）连通器，乙图中R3与R2并联，目的是使通过R1与R2的 不同。
（4）某小组在利用乙图装置实验时，发现左右两侧U形管液面上升高度相同，与其他小组的实验现象都不同，经检查气密性良好请你分析实验现象不同的原因： 。
【答案】（1）液面的高度差（或液面的高度、或两侧液面的高度差、或两侧液面的高度答案前面有“U形管”字样不扣分）；①
（2）电阻
（3）不是；电流
（4）电阻R3断路
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】（1）如果电流通过导体产生的热量越多，透明容器中空气膨胀程度越大，U形管中液面的高度差越大，所以我们可以通过U形管中液面的高度差来反映电阻产生热量的多少，这种方法称为转换法。
在研究物体的动能跟哪些因素有关的实验中，我们是通过水平面物块被推出的距离来反映动能大小的，也用到了控制变量法，故答案为：①。
（2）通电一段时间，观察到右侧液面高于左侧液面，说明右侧导体产生热量多，因为右侧电阻大，表明在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，电流通过导体产生的热量越多。
（3）图中U形管下端连通，但上端不开口，不是连通器。
乙图中透明容器中电阻相等，是研究电流通过导体产生的热量和电流的关系，所以应该改变电流，乙图中R3与R2并联，目的是使通过R1与R2的电流不同。
（4）左右两侧U形管液面上升高度相同，说明电阻产生了热量一定有电流经过，且产生的热量相同，因为透明容器中的电阻相同，说明电流相同，所以故障可能是电阻R3断路。
【分析】（1）液体受热膨胀，使得U行管内的液面不一样高，高度差越大，产生的热量越多，这体现了物理学中的转化法；
（2）要探究电阻大小对导体产热的影响，需要控制电流和通电时间相同；
（3）要探究电流大小对导体产热的影响，需要控制电阻大小和通电时间相同；
（4）分析电路结构，电路为串联电路，结合电流表、电压表示数的变化，分析电路存在的故障即可。
12．（2021·龙东）如下图所示，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 ，右侧密闭容器外部，将一个阻值为 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阻值应为 ，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 ； 形管中液面高度差反映密闭空气温度的变化，左侧 形管中液面高度差大于右侧 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）电阻；5
（2）0.5；当电阻相同时，电流越大，产生的热量越多
（3）热；电；内
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】（1）由图得，右侧容器中电阻丝与 的电阻并联后，与左侧 的电阻丝串联，故左侧密闭容器内电阻丝的电流大于右侧密闭容器内电阻丝的电流。[2]当电流不同时，应控制电阻相同，研究电热与电流的关系，故右侧容器内电阻丝的阻值应为 。
（2）由串、并联特点可知，右侧密闭容器中的电阻丝电流大小为
电阻产生热量越多，密闭空气温度越高，密闭空气受热膨胀越严重，空气压强越大， 形管中液面高度差越大。左侧 形管中液面高度差大于右侧 形管中液面高度差，说明左侧电阻丝产生的热量比右侧电阻丝产生的热量多。因此可得：当电阻相同时，电流越大，产生的热量越多。
（3）本实验研究的是电阻产生热量的多少与电流大小的关系，电阻消耗电能产生热量，是电流的热效应。
【分析】（1）要探究电阻大小对导体产热的影响，需要控制电流和通电时间相同；
（2）要探究电流大小对导体产热的影响，需要控制电阻大小和通电时间相同；
（3）电流通过导体时会产生热量，此现象就是电流的热效应，产生的热量通过焦耳定律Q=I2Rt来计算。
13．（2021·安顺）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 30Ω B.15Ω 15Ω C.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）热传递；有关
（2）能；C
（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
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】（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，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，但是却没有能控制流过电阻丝的电流相同。
【分析】（1）热传递可以改变物体的内能，热量向外界传递，物体的内能减小，热量由外界传向物体，物体的内能增加，其中两个物体中间传递的能量叫做热量；
（2）电压一定时，电阻越小，电流越大，产生的热量就越多；
（3）要探究电阻大小对导体产热的影响，需要控制电流和通电时间相同。
四、计算题
14．（2021·广元）如图甲所示，电源电压恒定不变，滑动变阻器R1的最大阻值是40Ω，小灯泡的额定电压为6V，它的电流随电压变化的图象如图乙所示．
（1）当只闭合开关S1时，将滑动变阻器R1的滑片调到中点，此时小灯泡恰好正常发光，求电源电压和小灯泡的额定功率；
（2）当只闭合开关S2时，此时电流表的示数为0.4A，求电阻R2的阻值，小灯泡的实际功率；
（3）当只闭合开关S2时，通电1min，求电流通过电阻R2产生的热量。
【答案】（1）解：当只闭合开关S1时，将滑动变阻器R1的滑片调到中点，灯泡与滑动变阻器 串联，因串联电路中各处的电流相等，且此时小灯泡恰好正常发光，所以，由图乙可知，灯泡正常发光时电路中的电流I=IL=0.5A
R1两端的电压
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+U1=6V+10V=16V
灯泡的额定功率PL=ULIL=6V×0.5A=3W
答：电源电压是16V，小灯泡的额定功率是3W；
（2）当只闭合开关S2时，灯泡与R2串联，电流表测电路中的电流，即I′=0.4A，由图乙可知，此时灯泡两端的电压UL′=4V，此时R2两端的电压U2=U﹣UL′=16V﹣4V=12V
电阻R2的阻值
小灯泡的实际功率PL′=UL′I′=4V×0.4A=1.6W
答：电阻R2的阻值是30Ω，小灯泡的实际功率是1.6W；
（3）当只闭合开关S2时，通电1min电流通过电阻R2产生的热量Q2=（I′）2R2t=（0.4A）2×30Ω×60s=288J
答：电流通过电阻R2产生的热量是288J。
【知识点】串联电路的电压规律；欧姆定律及其应用；电功率的计算；焦耳定律的应用
【解析】【分析】（1）根据电流和电阻的乘积计算电压，根据串联电路电压规律计算总电压；利用电压和电流的乘积计算电功率；
（2）利用用电器的分压和电流的比值计算电阻，根据电压和电流的乘积计算实际电功率；
（3）利用电流的平方、电阻和时间，可以计算电流产生热量的多少。
1 / 1人教版物理九年级上学期 第十八章 第四节 焦耳定律
一、单选题
1．（2021·宜昌）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．2:1 B．6:1 C．1:2 D．1:6
2．（2021·广元）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
3．（2021·福建）历史上第一个成功研究热和功关系及电流的热效应，为能量守恒定律的建立奠定坚实实验基础的科学家是（ ）
A．焦耳 B．安培 C．伏特 D．欧姆
4．（2021·北京）下列四种用电器中。利用电流热效应工作的是（ ）
A．电冰箱 B．电视机 C．电脑 D．电热水壶
5．（2021·自贡）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
二、填空题
6．（2021·南县）某款家用茶具煮茶时的电阻为55Ω，正常情况下通过茶具的电流是 A，煮一壶茶用了5 min，产生的热量为 J。
7．（2021·北部湾）家庭装修中遇到导线不够长时，有的装修师傅把两根导线连接起来使用，但连接处往往比别处更容易发热，加速老化，甚至引起火灾。这是因为与别处相比，连接处接触电阻较 ，电能转化为热的功率较 。
8．（2021·无锡）小华家电热毯内的电阻丝断了，爸爸将两个断头接上后想继续使用，被小华阻止了。原因是 ；接头处与电阻丝其他部分是串联的，通过它们的电流大小是 的。但电阻丝接头处的电阻较大，长时间使用会导致 。
9．（2021·凉山）如图所示，电源电压不变，灯泡标有“6V 3W”字样，当开关S闭合时，灯泡正常发光，电流表示数为0.6A电阻R的电功率为 W，通电10min后R产生的热量为 J。
10．（2021·广东）如图是探究电流通过导体产生的热量与 关系的实验装置，实验中用U形管内液面的 反映导体产生热量的多少.通电一段时间后，容器 （选填“甲”或“乙”）内电阻丝产生的热量较多。
三、实验探究题
11．（2021·绥化）如图所示为“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”实验的部分装置，两个相同的透明容器中封闭着等量的空气。
（1）实验中通过观察 的变化来反映电阻产生热量的多少，下列实验中，也运用了这种实验方法的是 （填序号）。
①探究物体的动能跟哪些因素有关
②探究杠杆的平衡条件
（2）连接好电路后闭合开关，通电一段时间，观察到右侧液面高于左侧液面，如图甲所示，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。
（3）图中U形管 （选填“是”或“不是”）连通器，乙图中R3与R2并联，目的是使通过R1与R2的 不同。
（4）某小组在利用乙图装置实验时，发现左右两侧U形管液面上升高度相同，与其他小组的实验现象都不同，经检查气密性良好请你分析实验现象不同的原因： 。
12．（2021·龙东）如下图所示，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 ，右侧密闭容器外部，将一个阻值为 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阻值应为 ，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 ； 形管中液面高度差反映密闭空气温度的变化，左侧 形管中液面高度差大于右侧 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。
13．（2021·安顺）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 30Ω B.15Ω 15Ω C.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 。
四、计算题
14．（2021·广元）如图甲所示，电源电压恒定不变，滑动变阻器R1的最大阻值是40Ω，小灯泡的额定电压为6V，它的电流随电压变化的图象如图乙所示．
（1）当只闭合开关S1时，将滑动变阻器R1的滑片调到中点，此时小灯泡恰好正常发光，求电源电压和小灯泡的额定功率；
（2）当只闭合开关S2时，此时电流表的示数为0.4A，求电阻R2的阻值，小灯泡的实际功率；
（3）当只闭合开关S2时，通电1min，求电流通过电阻R2产生的热量。
答案解析部分
1．【答案】B
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】相同时间内产生的热量之比为
故答案为：B。
【分析】电流通过导体时会产生热量，此现象就是电流的热效应，产生的热量通过焦耳定律Q=I2Rt来计算，通过焦耳定律的表达式可以看出，导体的电阻、通过电流和时间越长，产生的热量越多。
2．【答案】C
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】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，A不符合题意；
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，B不符合题意；
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，C符合题意；
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；D不符合题意．
故答案为：C．
【分析】电流产生热量的影响因素有电流、电阻和时间；当电流相同时，可以探究电流产生热量和电阻的关系；根据液体温度变化，反应电流产生热量的多少。
3．【答案】A
【知识点】焦耳定律的应用
【解析】【解答】焦耳通过实验研究了电流通过导体产生热量和电流、电阻及通电时间的关系，总结出了焦耳定律，为能量守恒定律的建立奠定坚实实验基础。
故答案为：A。
【分析】焦耳最早探究电流产生热量的影响因素，探究热效应的影响因素。
4．【答案】D
【知识点】电流的热效应
【解析】【解答】A．电冰箱是将电能转化为电动机的机械能，通过做功发生物态变化工作的，不是利用电流的热效应来工作的，A不符合题意；
B．电视机将电能转化为声音与图像，不是利用电流的热效应来工作的，B不符合题意；
C．电将电能转化为声音与图像，不是利用电流的热效应来工作的，C不符合题意；
D．电水壶工作时将电能转化为内能，利用电流的热效应工作的； D符合题意。
故答案为：D。
【分析】电流通过导体会产生热量，电热水壶利用了电流的热效应工作。
5．【答案】B
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】A．电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但容器中空气的温度变化导致容器中空气体积的变化，即可以通过液面高度差的变化来反映，这种研究方法叫转换法，A正确，不符合题意；
B．电流通过电阻丝时，电流会做功，电能转化为内能，使得电阻丝的内能变大，空气会吸收电阻丝的热量，是通过热传递的方式改变内能的，B错误，符合题意；
C．甲实验，两个电阻丝是串联的，电流和通电时间相同，右侧容器电阻的阻值是左侧容器电阻的阻值的2倍，由焦耳定律Q=I2Rt可知，右侧电阻产生热量是左侧电阻产生热量的2倍，即左右两边容器内电阻产生的热量之比是1∶2，C正确，不符合题意；
D．在乙装置中，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，右边两个电阻的总电流和通过左边电阻的电流相等，左边容器中通过电阻的电流大于右边容器中通过电阻的电流，这是研究电流产生的热量与电流的关系，D正确，不符合题意。
故答案为：B。
【分析】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，运用了控制变量法（探究电流产生的热量与电流的关系，控制电阻和通电时间不变）及转换法（电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但可以通过液面高度差的变化来反映，这种研究方法叫转化法）。
6．【答案】4；2.64×105
【知识点】欧姆定律及其应用；焦耳定律
【解析】【解答】家用茶具正常情况下工作时两端电压为220V，此时通过茶具的电流
5min产生的热量Q=I2Rt=(4A)2×55Ω×5×60s=2.64×105J
【分析】结合用电器的电阻和电压，利用欧姆定律求解用电器两端的电流即可；电流通过导体时会产生热量，此现象就是电流的热效应，产生的热量通过焦耳定律Q=I2Rt来计算。
7．【答案】大；大
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】导体的电阻与导体的长度有关，导体越长，导体的电阻越大。把两根导线连接起来使用，是增大了导体的长度，因此连接处接触电阻较大。
由于导线连接处与导线串联在电路中，通过的电流相等，根据P=I2R，连接处的电阻较大，电能转化为热的功率较大。
【分析】导体的电阻是本身的一种属性，与外加的电压和流过它的电流没有关系，导体本身的长度、材料、横截面积有关，长度越长、横截面积越小，导体的电阻就越大；电流通过导体时会产生热量，此现象就是电流的热效应，产生的热量通过焦耳定律Q=I2Rt来计算，通过焦耳定律的表达式可以看出，导体的电阻、通过电流和时间越长，产生的热量越多。
8．【答案】可能引起火灾，不安全；相等；接头处的电热毯烧焦
【知识点】串联电路的电流规律；焦耳定律
【解析】【解答】电热丝两个断头接上继续用，接头处接触不良电阻较大，产生热量多，可能可能引起火灾，不安全。
因为是串联，所以电流相等。
接头处是两根导线相接，由于接触的部位很少，很细，电阻就较大，根据Q=I2Rt知，在电流、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多，温度越高，长时间使用会导致接头处的电热毯烧焦。
【分析】电流通过导体时会产生热量，此现象就是电流的热效应，产生的热量通过焦耳定律Q=I2Rt来计算，通过焦耳定律的表达式可以看出，导体的电阻、通过电流和时间越长，产生的热量越多；串联电路中，电流处处相等。
9．【答案】0.6；360
【知识点】电功率的计算；焦耳定律
【解析】【解答】因为闭合开关后，灯泡正常发光，所以此时灯泡两端的电压为6V，电功率为3W，根据 ，通过小灯泡的电流为
因为电路为并联电路，所以电源电压和电阻两端的电压也为6V，总电流等于各支路电流总和，所以通过电阻的电流为
所以电阻的电功率为
根据 可知，10分钟后R产生的热量为
【分析】分析电路结构，定值电阻和灯泡是串联关系，电流相等，用电器电压之和为电源电压，利用灯泡功率和电压求解电流，利用并联电流规律求解流过电阻的电流，结合功率公式P=UI求解功率；电流通过导体时会产生热量，此现象就是电流的热效应，产生的热量通过焦耳定律Q=I2Rt来计算。
10．【答案】电流；高度差；甲
【知识点】焦耳定律的应用
【解析】【解答】（1）根据图片可知，甲和乙两个电阻丝都是5Ω，甲在干路上，乙在支路上，二者电流大小不等，则探究电流通过导体产生热量与电流关系；
（2）实验中用U形管内液面的高度差反映导体产生热量的多少；
（3）R甲=R乙，I甲>I乙，根据焦耳定律Q=I2Rt可知，容器甲内电阻产生的热量较多。
【分析】（1）根据图片分析影响电流产生热量的哪些因素相同，哪个因素不同即可；
（2）封闭容器中的电热丝产生热量，里面的空气受热膨胀，压强增大，于是与之相连的U型管内液柱产生高度差；
（3）根据焦耳定律Q=I2Rt可知，当电阻相同时，通过电阻的电流越大，产生的热量越多。
11．【答案】（1）液面的高度差（或液面的高度、或两侧液面的高度差、或两侧液面的高度答案前面有“U形管”字样不扣分）；①
（2）电阻
（3）不是；电流
（4）电阻R3断路
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】（1）如果电流通过导体产生的热量越多，透明容器中空气膨胀程度越大，U形管中液面的高度差越大，所以我们可以通过U形管中液面的高度差来反映电阻产生热量的多少，这种方法称为转换法。
在研究物体的动能跟哪些因素有关的实验中，我们是通过水平面物块被推出的距离来反映动能大小的，也用到了控制变量法，故答案为：①。
（2）通电一段时间，观察到右侧液面高于左侧液面，说明右侧导体产生热量多，因为右侧电阻大，表明在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，电流通过导体产生的热量越多。
（3）图中U形管下端连通，但上端不开口，不是连通器。
乙图中透明容器中电阻相等，是研究电流通过导体产生的热量和电流的关系，所以应该改变电流，乙图中R3与R2并联，目的是使通过R1与R2的电流不同。
（4）左右两侧U形管液面上升高度相同，说明电阻产生了热量一定有电流经过，且产生的热量相同，因为透明容器中的电阻相同，说明电流相同，所以故障可能是电阻R3断路。
【分析】（1）液体受热膨胀，使得U行管内的液面不一样高，高度差越大，产生的热量越多，这体现了物理学中的转化法；
（2）要探究电阻大小对导体产热的影响，需要控制电流和通电时间相同；
（3）要探究电流大小对导体产热的影响，需要控制电阻大小和通电时间相同；
（4）分析电路结构，电路为串联电路，结合电流表、电压表示数的变化，分析电路存在的故障即可。
12．【答案】（1）电阻；5
（2）0.5；当电阻相同时，电流越大，产生的热量越多
（3）热；电；内
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】（1）由图得，右侧容器中电阻丝与 的电阻并联后，与左侧 的电阻丝串联，故左侧密闭容器内电阻丝的电流大于右侧密闭容器内电阻丝的电流。[2]当电流不同时，应控制电阻相同，研究电热与电流的关系，故右侧容器内电阻丝的阻值应为 。
（2）由串、并联特点可知，右侧密闭容器中的电阻丝电流大小为
电阻产生热量越多，密闭空气温度越高，密闭空气受热膨胀越严重，空气压强越大， 形管中液面高度差越大。左侧 形管中液面高度差大于右侧 形管中液面高度差，说明左侧电阻丝产生的热量比右侧电阻丝产生的热量多。因此可得：当电阻相同时，电流越大，产生的热量越多。
（3）本实验研究的是电阻产生热量的多少与电流大小的关系，电阻消耗电能产生热量，是电流的热效应。
【分析】（1）要探究电阻大小对导体产热的影响，需要控制电流和通电时间相同；
（2）要探究电流大小对导体产热的影响，需要控制电阻大小和通电时间相同；
（3）电流通过导体时会产生热量，此现象就是电流的热效应，产生的热量通过焦耳定律Q=I2Rt来计算。
13．【答案】（1）热传递；有关
（2）能；C
（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
【知识点】焦耳定律
【解析】【解答】（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，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，但是却没有能控制流过电阻丝的电流相同。
【分析】（1）热传递可以改变物体的内能，热量向外界传递，物体的内能减小，热量由外界传向物体，物体的内能增加，其中两个物体中间传递的能量叫做热量；
（2）电压一定时，电阻越小，电流越大，产生的热量就越多；
（3）要探究电阻大小对导体产热的影响，需要控制电流和通电时间相同。
14．【答案】（1）解：当只闭合开关S1时，将滑动变阻器R1的滑片调到中点，灯泡与滑动变阻器 串联，因串联电路中各处的电流相等，且此时小灯泡恰好正常发光，所以，由图乙可知，灯泡正常发光时电路中的电流I=IL=0.5A
R1两端的电压
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+U1=6V+10V=16V
灯泡的额定功率PL=ULIL=6V×0.5A=3W
答：电源电压是16V，小灯泡的额定功率是3W；
（2）当只闭合开关S2时，灯泡与R2串联，电流表测电路中的电流，即I′=0.4A，由图乙可知，此时灯泡两端的电压UL′=4V，此时R2两端的电压U2=U﹣UL′=16V﹣4V=12V
电阻R2的阻值
小灯泡的实际功率PL′=UL′I′=4V×0.4A=1.6W
答：电阻R2的阻值是30Ω，小灯泡的实际功率是1.6W；
（3）当只闭合开关S2时，通电1min电流通过电阻R2产生的热量Q2=（I′）2R2t=（0.4A）2×30Ω×60s=288J
答：电流通过电阻R2产生的热量是288J。
【知识点】串联电路的电压规律；欧姆定律及其应用；电功率的计算；焦耳定律的应用
【解析】【分析】（1）根据电流和电阻的乘积计算电压，根据串联电路电压规律计算总电压；利用电压和电流的乘积计算电功率；
（2）利用用电器的分压和电流的比值计算电阻，根据电压和电流的乘积计算实际电功率；
（3）利用电流的平方、电阻和时间，可以计算电流产生热量的多少。
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