13.4 电流的热效应 同步练习（一）（含解析）

《电流的热效应》同步练习
基础题
一、单选题：
1.把一台电动机接入电压为220V的电路中，通过电动机的电流为5A，电动机线圈的电阻为2Ω，1min通过线圈的电流产生的热量为（　　）
A. 1452000J B. 3000J C. 66000J D. 50J
2.小华家电热毯内的电阻丝断了，她爸爸将电阻丝的两个断头接上后继续使用，在使用中发现接头处的电热毯烧焦了，其原因可能是（　　）
A. 电阻丝总长度变短，总电阻变小，电流变大B. 电阻丝总长度变短，总电阻变大，电流变小C. 接头处电阻变小，相同时间内释放的热量更多D. 接头处电阻变大，相同时间内释放的热量更多
3.为了找出电流通过导体时产生的热量跟导体电阻的关系，实验时必须同时保持不变的物理量是（　　）
A. 导体的电阻和导体中的电流 B. 导体的电阻和通电时间C. 导体中的电流和通电时间 D. 导体的电阻、导体中的电流和通电时间
4.某电阻丝通过2A的电流时，在某段时间内放出热量是Q，如果通过它的电流增加到4A时，在相同的时间内放出的热量是（　　）
A. 2Q B. 3Q C. 4Q D. 8Q
5.下列说法中正确的是（　　）
A. 通过导体的电流为零，导体的电阻也为零B. 导体的电阻由加在它两端的电压和通过它的电流的大小决定C. 通过导体的电流越大，产生的热量越多D. 通过导体的电流和通电时间一定时，导体电阻越大产生的热量越多
二、填空题：
6.输电线常采用铝线或铜线作为芯线，而不是用电阻更大的铁线，主要是为了（选填“增大”或“减小”）______电流在电线上产生的电热。如果将10Ω的电阻丝接在3V的电源上，5min产生的热量为______?J。
7.冬季，输电线结冰容易造成倒塔（杆）断线，影响电能的输送。为了保证正常供电，通常要给输电线除冰；在短时间内让输电线不经过用电器而直接接通，使电路______，输电线的电流______，产生的______增加，使冰熔化。
8.小朋在探究“电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关”的实验时，利用如图所示的甲、乙两套装置进行实验，其中“探究电流产生的热量与电阻大小是否有关”的实验装置是______（选填“甲”、“乙”）。实验中应控制的变量是通电时间和______。
能力题
一、单选题：
1.将两根电阻丝R1、R2分别插入甲、乙两瓶等量煤油中，串联接入电路，R1：R2=2：5．通电一段时间后，R1、R2产生的热量之比为（　　）
A. 2：5 B. 5：2C. 4：25 D. 25：4
2.电炉丝与导线串联接到电路里，通电后电炉丝热得发红，而与之相连的导线却不怎么热。由焦耳定律可知，造成上述现象的主要原因是（　　）
A. 电炉丝的电阻比导线的电阻小得多 B. 电炉丝的电阻比导线的电阻大得多C. 通过电炉丝的电流比导线的电流小得多D. 通过电炉丝的电流比导线的电流大得多
3.电阻R1，R2（R1＞R2）以不同的连接方式接到同一电源两极上，在相同时间内电路中产生热量最多的一种连接方式是（　　）
A. 只接R1 B. 只接R2 C. R1和R2并联 D. R1和R2串联
4.标有“4V??4W”和“6V??9W”的两个定值电阻，串联起来接在8V的电路上，则它们产生相同热量所需要的时间之比是（　　）
A. 1：2 B. 2：1 C. 1：1 D. 1：4
5.关于电流通过导体时产生的热量，下列说法中正确的是（　　）
A. 根据可知，时间相同，电阻越大，电流产生的热量越少B. 根据Q=I2Rt可知，时间相同，电阻越大，电流产生的热量越多C. 根据Q=UIt可知，时间相同，电压越大，电流产生的热量越多D. 根据Q=I2Rt可知，时间和电流相同时，电阻越大，电流产生的热量越多
二、填空题：
6.如图中，研究的是电流的热效应与______的关系。7.家庭使用的电饭煲是利用电流的______工作的，电饭煲通过导线接到电路里，通电后电饭煲内的电炉丝热得发红，而与之相连的导线却不怎么热，这是因为电炉丝的______（选填“电流”或“电阻”）比导线大得多。
8.某电热壶铭牌上标有“220V??1000W”字样，当其正常工作时，把质量为2kg、温度为30℃的水加热到80℃，用时10min【c水=4.2×103J/（㎏?℃）】．加热过程中，水吸收的热量是______J，电热壶烧水的效率是______。
9.如图所示，当开关S闭合，甲、乙两表均为电压表时，两表示数之比U甲：U乙=3：1；当开关S断开，甲、乙两表均为电流表时，两表示数之比I甲：I乙=______，相同时间内R1、R2产生的热量之比Q1：Q2=______。
提升题
一、单选题：
1.在探究实验中，用两根相同的电阻丝和一个电压不变的电源加热一杯水，则（　　）
A. 将两根电阻丝串联后加热，水温升高最快B. 将两根电阻丝并联后加热，水温升高最快C. 只用其中一根电阻丝加热，水温升高最快D. 因为电源电压一样，所以哪种连接方式加热，水温升高速度都相同
2.电阻丝剪掉十分之一后，接入原来电路，则在相同时间内产生的热量与原来产生的热量之比为（　　）
A. 10：9 B. 1：10 C. 10：1 D. 9：10
3.一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V，线圈的电阻为2Ω，线圈中通过的电流为10A．这台电动机工作1s消耗的电能为W，产生的热量为Q，则（　　）
A. W=3800J，Q=200J B. W=3800J，Q=3800JC. W=7200J，Q=200J D. W=7200J，Q=3800J
4.某长度为z的均匀导线接在电源上．每分钟产生的热量为Q．把这段导体对折后仍接在这个电源上，则每分钟产生的热量是（　　）
A. 2Q B. 4Q C. D.
二、填空题：
5.如图所示，是某种电热保暖鞋的工作原理示意图．供电电压6V，R1、R2的阻值分别为3Ω、6Ω，通过旋转扇形开关S，接触不同触点，实现高、中、低三个档位的转换。保暖鞋在低温档工作时的电功率是______ W，它的高温档工作1min产生的热量是______ J。
6.某电热水壶部分参数，额定电压220V，额定功率模糊不清，容积1L，加热效率90%，在额定电压下，将满壶水从10°C加热至沸腾（在1标准大气压下），用时5min，则水吸收的热量是______ J，电热水壶的额定功率是______ W。[C水=4.2×103J/（kg?℃）]。
三、实验探究题：
7.研究“电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关”的实验电路如图所示。甲、乙、丙为三只规格相同的烧瓶，其中装有质量相同的煤油，烧瓶中电阻丝的阻值R甲=R丙＜R乙。请你观察图所示实验电路，应用所学知识回答下列问题：（1）若探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，应控制的变量是通电时间和______，自变量是______。实验过程中，根据______，比较烧瓶甲和烧瓶______中电阻丝放热的多少。在此过程中利用了转换法和______法来研究物理问题。（2）利用此实验器材，还可以探究电流通过导体产生的热量跟______是否有关。
四、计算题：
8.某家庭用一个标有“220V??1000W”的电热水器来烧水．该电热水器正常工作20min，可将质量为5kg温度为20℃的水加热到60℃．[水的比热容为4.2×103J/kg?℃）]，求这段时间内：（1）水吸收的热量；（2）电热水器消耗的电能；（3）电热水器的热效率（水吸收的热量与消耗的电能之比叫热效率）。
答案和解析
基础题
【答案】
1. B 2. D 3. C 4. C 5. D
6. 减小；270??
7. 短路；变大；热量??
8. 甲；电流??
【解析】
1.解析】选B。1min通过线圈的电流产生的热量：Q=I2Rt=（5A）2×2Ω×60s=3000J。故选B。电流通过电动机做功消耗的电能W=UIt转化为两部分，一部分是机械能，另一部分是转化为内能产生热量Q=I2Rt。2.【解析】选D。将电阻丝的两个断头接上后，接头处是两根导线相切，由于接触的部位很少，很细，电阻就较大。根据焦耳定律公式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，因此接头处烧焦就是因为电阻过大造成的。故选：D。解答本题的关键就是理解接头处被烧焦的原因是电阻变大，实际功率变大，温度过高造成的，而温度过高是因为热量多。3.【解析】选C。根据焦耳定律的公式Q=I2Rt可知，如果要探究电流做功产生的热量与电阻的关系应同时保持电流I和通电时间t不变，这样才符合控制变量法的要求。故选C。根据焦耳定律的公式Q=I2Rt可判断，如果要探究电流做功产生的热量与电阻的关系所应控制的变量是什么。4.【解析】选C。由题可知，电阻丝的电阻不变，电流变为原来的2倍；由由焦耳定律Q=I2Rt可知，在相同的时间内放出的热量是原来的4倍，即4Q。故选：C。电阻丝的电阻和通电时间相同，电流变为原来的2倍，运用Q=I2Rt即可判断。5.【解析】选D。电阻是导体本身的一种性质，它的大小决定于导体的材料、长度和横截面积，与导体中的电流和导体两端的电压都无关。故选项A、B都是错的；焦耳定律告诉我们：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。也就是说电流通过导体产生的热量多少是由三个因素共同决定的，而选项C缺少“电阻一定和通电时间一定”这一条件，无法比较大小电流产生热量的多少，故选项D是正确的。故选D。影响电阻大小的因素是材料、长度的横截面积，与是否有电流、电压无关。电流通过导体产生的热量与电流的二次方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比。6.【解析】由焦耳定律Q=I2Rt可知，电流一定时，电阻越小，电流通过该电阻产生的热量越少，所以，用铝线或铜线作为芯线，而不是用电阻更大的铁线，主要是为了减小电流在电线上产生的电热。电阻丝在5min内产生的热量：Q=W=t=×5×60s=270J。故答案为：减小；270。影响电阻大小的因素：导线的长度、横截面积、材料、温度等，根再据Q=I2Rt作出分析和解答。知道电阻丝的电阻和两端的电压，根据Q=W=t求出在5min内产生的热量。7.【解析】由题知，在短时间内让输电线不经过用电器而直接接通，即两输电线直接接通形成短路，电路中电流增大，在输电线电阻一定时，根据Q=I2Rt可知，在短时间内电流通过输电线产生的热量增大，冰由于吸收大量的热量而熔化。故答案为：短路；变大；热量。根据焦耳定律分析解答，当电阻、通电时间一定时，电流越大，产生的热量越多，冰会吸热而熔化。8.【解析】 “探究电流产生的热量与电阻大小是否有关”应控制通电时间和通电电流大小相同；从实验装置图中可以看出，甲串联通电时间和通电电流大小相同，电阻大小不同，因此要探究电流产生的热量与电阻的关系，应选择装置甲装置。故答案为：甲；电流。要探究电流产生的热量与电阻的关系，应控制通电时间和通电电流大小相同，据此选择实验装置。
能力题
【答案】
1. A 2. B 3. C 4. C 5. D
6. 电流??
7. 热效应；电阻??
8. 4.2×105；70%??
9. 2：3；1：2??
【解析】
1.【解析】选A。由图知，两电阻丝串联，所以通过两电阻丝的电流和通电时间相等，根据公式Q=I2Rt，则产生的热量之比等于电阻之比2：5。故选：A。利用串联电路中电流相等，并两电阻的加热时间也相同，将已知条件代入公式Q=I2Rt便可得出结论。
2.【解析】选B。电炉在使用时，电炉丝和导线串联，在串联电路中，电路处处相等，即：I电炉丝=I导线，通电时间t相同，因为电流产生的热量Q电炉丝＞Q导线，根据Q=I2Rt知，R电炉丝＞R导线，所以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的主要原因是电炉丝的电阻比导线的电阻大得多。故选B。电炉丝和连接的导线串联在电路中（通过的电流相等），通电时间是相同的，由此据焦耳定律分析判断。
3.【解析】选C。根据电阻的串并联知识可知，串联后的总电阻等于各分电阻之和，比任何一个分电阻都大；而并联后的总电阻比任何一个分电阻都小。根据Q=t可知，R越小，产生的热量就越多。故选C。将不同的电阻接在相同的电源上，则电压是相等的，所以我们应选择含电压的计算热量的方式：Q=t。电压和时间都相同，比较总电阻的大小就可以比较热量的多少，总电阻越大，产生的热量越小，总电阻越小，产生的热量越多。
4。【解析】选C。由P=UI=可得，两定值电阻的阻值之比：==×=×=，当两定值电阻串联起来接在8V的电路上时，因串联电路中各处的电流相等，所以，由Q=I2Rt可得，它们产生相同热量所需要的时间之比：===。故选C。知道两定值电阻所加最大电压时的功率，根据P=UI=求出两定值电阻的阻值之比，当两定值电阻串联起来接在8V的电路上时通过它们的电流相等，根据Q=I2Rt求出它们产生相同热量所需要的时间之比。5.【解析】选D。
A、没有说明控制电压一定，故不可用该公式进行计算，结论不一定正确；B、没有说明控制电流一定，故不可用该公式进行计算，结论不一定正确；C、此公式是导出式，只能说明电热在数值上等于电流、电压、时间的乘积，与电阻是否有关要看定义式，故结论不正确；D、电流、时间一定时，电热与电阻成正比，故结论正确。故选D。焦耳定律的定义式是Q=I2Rt，导出式有和Q=UIt，如果不是纯电阻电路，只能用定义式来算，如果是纯电阻电路，关键是看控制什么因素一定，决定用哪个公式来计算，如电流一定时用Q=I2Rt，电压一定时用。判断电热的多少，一要判断是否纯电阻电路，决定导出式是否可用，如果非纯电阻，只能用Q=I2Rt，如果是纯电阻，Q=I2Rt和都适用；二要找出U不变还是I不变，如果U不变，用，如果I不变，用Q=I2Rt。
6.【解析】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，右端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，即I右=I左，两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知I右=I内+I外，所以，I左＞I内，烧瓶内的电阻值都是5Ω，阻值相等，通电时间相等，电流不同，运用控制变量法，探究电流产生热量跟电流的关系。故答案为：电流。探究电流产生热量跟电流关系时，控制通电时间和电压不变，因此需要电阻并联。
7.【解析】电饭煲工作时，将电能转化为内能，是利用电流的热效应工作的；电饭煲在使用时，电饭煲和导线串联，I电饭煲=I导线，通电时间t相同，由Q=I2Rt、R电饭煲＞R导线可知：电流产生的热量：Q电饭煲＞Q导线，从而出现电饭煲内的电炉丝热得发红，但跟电炉丝连接的导线都不怎么热的现象。故答案为：热效应；电阻。（1）电饭煲等用电器利用了电流的热效应进行工作；（2）由焦耳定律知道，电流通过导体产生的热量跟电流的平方、电阻大小和通电时间成正比。电炉丝和连接的导线串联在电路中（通过的电流相等），通电时间是相同的，而电炉丝的电阻比导线的电阻大，据焦耳定律分析原因。
8.【解析】（1）水吸收的热量：Q吸=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg?℃）×2kg×（80℃-30℃）=4.2×105J；（2）电热壶正常工作时的功率为1000W，工作10min消耗的电能：W=Pt=1000W×600s=6×105J，电热壶烧水的效率：η=×100%=×100%=70%。故答案为：4.2×105；70%。（1）知道水的质量和温度的变化以及水的比热容，利用Q吸=cm（t-t0）求出水吸收的热量；（2）电热壶正常工作时的功率和额定功率相等，根据W=Pt求出消耗的电能，水吸收的热量和消耗电能的比值即为出电热壶烧水的效率。
9.【解析】当开关S闭合，甲、乙两表为电压表时，等效电路图如下图所示： 由于串联电路各处的电流相等，根据U=IR可知，两电压表的示数之比：====，解得：=；当开关S断开，甲、乙两表为电流表时，等效电路图如下图所示： 由于并联电路各支路两端的电压相等，根据I=可知，R1和R2的电流之比：==，两电流表的示数之比：===，由Q=W=t可知，相同时间内R1、R2产生的热量之比：==。故答案为：2：3；1：2。（1）当开关S闭合，甲、乙两表为电压表时，两电阻串联，甲测电源的电压，乙测R2两端的电压；根据串联电路的电流特点和欧姆定律得出两电阻的阻值之比；（2）当开关S断开，甲、乙两表为电流表时，两电阻并联，甲测通过R2的电流，乙测干路电流；根据并联电路的电压特点求出通过两支路的电流之比，根据并联电路的电流特点求出两电流表示数的比值；根据并联电路的电压特点和Q=W=求出R1、R2产生的热量之比。
提升题
【答案】
1. B 2. A 3. A 4. B
5. 6；1080??
6. 3.78×105；1.4×103??
7. 电流；电阻；温度计示数的变化；乙；控制变量；电流的大小??
8. 解：（1）水吸收热量：Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg?℃）×5kg×（60℃-20℃）=8.4×105J；（2）电热水器消耗的电能：W=Pt=1000W×20×60s=1.2×106J；（3）电热水器的热效率：η=×100%=×100%=70%．答：（1）水吸收的热量为8.4×105J。（2）电热水器消耗的电能为1.2×106J。（3）电热水器的热效率为70%。??
【解析】
1.【解析】选B。
A、将两根电阻丝串联后加热，根据Q=W=t可知，电源电压不变，通电时间一定，总电阻越大，产生的热量越少，水温升高越慢，故选项说法错误；B、将两根电阻丝并联后加热，因为电阻越并越小，所以根据Q=W=t可知，电源电压不变，通电时间一定，总电阻越小，产生的热量越多，水温升高越快，故选项说法正确；C、只用其中一根电阻丝加热，电阻大于两电阻丝并联，由以上分析可知，产生的产生的热量少于并联时，水温升高不是最快的，故选项说法错误；D、根据Q=W=t可知，虽然电源电压一定，但不同的连接方式，电阻的大小不同，故水温升高速度不同，故选项说法错误。故选B。水温升高的快慢反映了产生电热的多少，而根据焦耳定律可知，电热的多少与电流的大小、电阻的大小和通电时间有关，根据具体的关系，结合选项中的描述可做出判断。
2.【解析】选A。电阻丝剪掉后，电阻变为原来的，即现在电炉丝和原来的电炉丝的电阻关系：R现在：R原来=R：R=9：10，因电流通过电炉丝做功消耗电能全部转化为内能，且电源的电压不变，所以，由Q=W=可知，在相同时间内产生的热量与原来产生的热量之比：Q现在：Q原来=：=R原来：R现在=10：9。故选A。电阻丝剪掉后，电阻变为原来的，知道仍然接在原来的电源两端，所加电压不变，利用Q=W=分析判断。
3.【解析】选A。电动机消耗的电能：W=UIt=380V×10A×1s=3800J；产生的热量Q=I2Rt=（10A）2×2Ω×1s=200J；故选A。已知电压、电流与通电时间，由W=UIt可以求出电动机消耗的电能，由焦耳定律可以求出其产生的热量。电动机是非纯电阻电路，消耗的总电能等于输出的机械能与热量之和。
4.【解析】选B。某长度为z的均匀导线接在电源上，设其电阻为R，把这段导体对折后仍接在这个电源上，长度减半，横截面积同时增大一倍，所以电阻为R，在电源电压和通电时间相同时，由公式Q=?t知，产生的热量是原来的4倍。故选B。电源电压一定，相同时间用电器产生的热量利用公式Q=?t分析。特别需要注意的是：导线对折使用不仅长度减半，横截面积也增大一倍。
5.【解析】由电路图可知，开关S接触ab两个触点时，电路断路，电路的功率为0W；开关S接触bc两个触点时，电路为R2的简单电路，电路的电功率P1===6W；开关S接触cd两个触点时，R1与R2并联，由=+可得，电路的总电阻R===2Ω，电路的电功率P2===18W；开关S接触de两个触点时，电路为R1的简单电路，电路的电功率P2===12W，综上可知，保暖鞋在低温档工作时的电功率6W，高温档的功率为18W，它的高温档工作1min产生的热量：Q=W=P2t=18W×60s=1080J。故答案为：6；1080。由电路图可知，开关S接触ab两个触点时，电路断路；开关S接触bc两个触点时，电路为R2的简单电路；开关S接触cd两个触点时，R1与R2并联；开关S接触de两个触点时，电路为R1的简单电路；根据都电阻的并联和P=UI=求出它们对于的电功率，电功率最小的为低温档；根据Q=W=Pt求出它的高温档工作1min产生的热量。
6.【解析】（1）已知V=1L=1×10-3m3，由ρ=可得，装满水时水的质量m=ρV=1.0×103kg/m3×1×10-3m3=1kg；水吸收的热量：Q吸=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg?℃）×1kg×（100℃-10℃）=3.78×105J；（2）由η=可得，W===4.2×105J，电热水壶的额定功率P===1.4×103W。故答案为：3.78×105；1.4×103。（1）已知电热水壶的容积，利用密度公式变形可求得装满水时水的质量，知道水的质量及初温、末温，由吸热公式求水吸收的热量（有用能量）；（2）根据加热效率90%，可求得消耗的电能，再利用P=可求得电热水壶的额定功率。
7.【解析】（1）探究电流通过导体产生的热量与电阻的大小关系，应控制的变量是通电时间和电流相同，通过温度计示数的变化来比较烧瓶甲和烧瓶乙中电阻丝放热的多少，在实验中电流通过电阻产生的热量多少是通过观察温度计示数来体现的，这种方法叫“转换法”；此过程中利用了转换法和控制变量法来研究物理问题。（2）滑动变阻器可以调节电路中的电流，所以可以探究电流通过导体产生的热量跟电流的大小是否有关。故答案为：（1）电流；电阻；温度计示数的变化；乙；控制变量；（2）电流的大小。（1）导体产生的热量与通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关，若探究电流通过导体产生的热量与电阻的大小关系，应控制的变量是通电时间和电流相同；电流流经电阻丝产生热量，通过温度计示数的变化来反映电阻丝放出热量的多少；（2）根据滑动变阻器的作用分析。
8.（1）知道水的质量、水的比热容、水的初温和末温，利用吸热公式求水吸收的热量；（2）根据W=Pt即可求出电热水器消耗的电能；（3）根据η=×100%即可求出电热水器的热效率。