18.4 焦耳定律（同步练习）

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18.4 焦耳定律
一．选择题（共11小题）
1．（2018 潍坊）最先精确确定电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间关系的物理学家是（　　）
A．欧姆 B．焦耳 C．奥斯特 D．法拉第
2．（2018 宜昌）两个定值电阻R1、R2并联在电路中，如图甲所示，它们的电流与其两端的电压关系如图乙所示，闭合开关S，则R1，R2产生的热量之比为（　　）
A．2：1 B．1：2 C．4：1 D．1：4
3．（2018 西宁）图是课本“探究电流通过导体产生的热量与导体电阻间关系”的实验装置，两个透明容器中封闭着等量的空气，电路正确连接后，通电进行实验过程中，下列说法正确的是（　　）
A．左边容器电阻丝中的电流比右边容器电阻丝中的电流大
B．U形管中液面高度的变化反映电阻丝产生热量的多少
C．要保持两个电阻丝两端电压相等
D．通电时间相同，两个容器中空气吸收的热量相同
4．（2018 胶州市一模）甲、乙两电热丝电阻之比为3：4，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．27：4 B．9：4 C．4：9 D．4：27
5．（2018 宝安区二模）把两根阻值相同的电热丝串联接入电路，烧开一壶水所用时间为t0，若将这两根电热丝并联接入同一电路，则烧开同一壶水所需的时间为（不计热量损失）（　　）
A．t0 B． t0 C．t0 D．2 t0
6．（2018 武汉一模）如图是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验，下列正确的是（　　）
A．甲实验中两个电阻串联只是为了保证流过两个电阻电流相等
B．甲实验通电一段时间后，左右两侧容器内空气吸收的热量之比为1：2
C．乙实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系
D．乙实验通电一段时间后，左右两侧容器内空气吸收的热量之比为1：4
7．（2018 薛城区校级模拟）在相等的时间内，电热丝甲比电热丝乙放出的热量多，则（　　）
A．甲的电阻一定比乙的电阻大
B．甲消耗的电功率一定比乙消耗的电功率大
C．甲两端的电压一定比乙两端的电压大
D．通过甲的电流一定比通过乙的电流大
8．（2018 平邑县模拟）用粗细均匀的电热丝加热烧水，通电10min可烧开一壶水，若将电热丝对折起来使用，电源电压不变，则烧开同样一壶水的时间是（　　）
A．2.5 min B．5 min C．20 min D．30 min
9．（2018 泸县校级一模）家用洗衣机的主要部件就是电动机，若一个洗衣机在220V电路中正常工作时通过的电流为2A，电动机线圈电阻为4Ω，则每分钟电流通过线圈产生的热量为（　　）
A．960J B．7.26×105J C．2.64×104J D．440J
10．（2018 铁东区校级模拟）有两根电热丝，R1=nR2，若单独用R1对一壶水加热，则所需时间为t，则将这两根电热丝同时连入电路，烧开同一壶水所需的最短时间为（不计热损失）（　　）
A．t B．t C．t D．t
11．（2018 江阴市模拟）如图，两只完全相同的烧瓶中装有电阻丝，电阻丝的阻值分别为RA、RB，利用该器材不能完成的实验是（　　）
A．若RA＜RB且串联，烧瓶中装入等质量的煤油，可以探究电热与电阻大小的关系
B．若RA＞RB且并联，烧瓶中装入等质量的煤油，可以探究电热与电流大小的关系
C．若RA=RB且串联，烧瓶中装入等质量的水和食用油，可以比较水和食用油的吸热能力
D．若RA=RB且串联，烧瓶中装入等质量的水和食用油，可以探究电热与通电时间的关系
　
二．多选题（共3小题）
12．（2018 北京）小辉想探究电流通过电阻时产生的热量与哪些因素有关。他连接了如图所示的电路进行实验，其中两个完全相同的烧瓶内分别装有质量相等、初温均为25℃的煤油，阻值为5Ω和10Ω的电阻丝R1、R2．闭合开关一段时间后，记录此时两个温度计的示数。根据上述实验，下列说法中正确的是（　　）
A．此实验探究的是热量与电阻的关系
B．此实验探究的是热量与电流的关系
C．此实验探究的是热量与时间的关系
D．此实验中用温度计示数变化的大小反映产生热量的多少
13．（2018 新乡一模）小华利用如图所示的实验装置来探究“影响通电导体产生热量的因素”，下列说法正确的是（　　）
A．甲图是控制电流、通电时间相同时，探究电热与电阻的关系
B．乙图是控制电压、通电时间一定时，探究电热与电流的关系
C．甲图中闭合开关后，a管中液面上升比b快
D．乙图中闭合开关后，c管中液面上升比d快
14．（2018 河南三模）如图所示，甲、乙装置中的相同透明容器装有等质量的空气，所连接的U形管内的液柱可以反映空气温度的变化，小李将两套装置分别接到电压相同的电原上，来探究“电流通过导体产生的热的多少与什么因素有关”，对此下列说法正确的是（　　）
A．甲实验装置是为了探究电流产生热的多少与电阻的关系
B．乙实验装置是为了探究电流产生热的多少与电流的关系
C．甲实验装置容器外电阻的作用是使通过两容器内电阻的电流不相等
D．乙实验装置中左管的液面上升得比右管慢
　
三．填空题（共8小题）
15．（2018 黔南州）1840年，英国物理学家　 　最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和时间的关系：从能量转化的角度看，电热器的电热丝工作时是将电能转化为　 　能。
16．（2018 赤峰）某校为师生饮水方便，安装了电热水器。为测定热水器消耗的电能，关闭其他用电器，只用电热水器给水加热，一段时间后，电能表的示数，由图甲示数变为图乙示数，则该电热水器在这段时间内消耗的电能为　 　kW h，等于　 　J．若消耗电能的87%被水吸收，则可把　 　kg初温为13℃的水加热至100℃【水的比热容c=4.2×103J/（kg ℃）】。
17．（2018 德阳）小辉家使用功率为1000W的电热壶烧水，电热壶工作7min所消耗的电能是　 　J；假设这些电能全部转化成内能后有80%被20℃的水吸收，那么可以烧开的水质量　 　Kg【（c水=4.2×103J/（kg ℃），当地气压为一个标准大气压】
18．（2018 遂宁）如图所示电路，电源电压不变，滑动变阻器的规格“20Ω 2A”，L1的规格“10V 5W“，L2的规格“15V 15W”，不考虑温度对灯丝电阻的影响。
（1）只闭合开关S，当滑动变阻器接入电路的阻值为4Ω时，灯泡L1正常发光，则电源电压为　 　V。
（2）闭合开关S、S1、S2，滑动变阻器滑片置于中点，通电1min整个电路产生的热量是　 　J。
19．（2018 威海）标有“220V，2000W“的“即热式”电热水龙头，其加热电阻丝的阻值是　 　Ω；在额定电压下工作21s，若不计热量损失，能够使　 　kg的水从15℃上升到35℃．[水的比热容为4.2×103J/（kg ℃）]
20．（2018 贺州）如图所示，闭合S1、S2、S3时，电压表示数为3V，电流表示数为0.5A，R1在10s内产生的热量是　 　J；闭合S1、S3，断开S2时，电压表示数为2V，此时R1与R2的功
率之比为　 　。
21．（2018 广安）如图，灯泡L上标有“6V 3W“字样，电源电压6V且保持不变，定值电阻R=80Ω（不计灯丝电阻的变化）。只闭合S1和S3，电阻R在100s产生的热量是　 　J，电路在工作状态下，整个电路消耗的最小功率是　 　W。
22．（2018 郑州二模）将10kg的水从20℃加热到70℃要吸收　 　J的热量；如果这个过程利用电功率为1000W的电加热器进行加热，电加热器的能量损失率为30%，则水需要加热　 　s．[c水=4.2×103（kg ℃）]。
　
四．实验探究题（共2小题）
23．（2018 河北）用如图1所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，相同烧瓶内装满了煤油。
（1）烧瓶中装入的煤油是　 　（选填“导体”或“绝缘体”）。
（2）请根据实物电路，在虚线框图2内画出对应的电路图。
（3）为达到实验目的，选用的两电阻丝R1与R2的阻值应　 　，通过R1的电流　 　通过R2的电流。
（4）通电一段时间后，乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大，说明　 　。
（5）小红用如图3示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流的关系图象，根据焦耳定律可知，图4中能正确反映h﹣I关系的是　 　。
【拓展】用Q=I2Rt可以算电流通过任何用电器产生的热量，能用Q=UIt计算电流通过任何用电器产生的热量吗？请用实例说明原因　 　
24．（2018 潍坊模拟）小明利用如图所示的装置，探究电流通过导体时产生热量的多少与电阻大小的关系。在两个相同的烧瓶中盛着质量和温度都相同的煤油，煤油中都浸泡着一段金属丝，甲烧瓶中的金属丝是铜丝，电阻比较小，乙烧瓶中的电阻丝是镍铬合金丝，电阻比较大。
（1）通电一段时间后，乙烧瓶中温度计的示数大，这表明：　 　，产生的热量越多
（2）在这个实验中，电流通过导体产生热量的多少，是通过　 　的大小体现出来，这种方法在研究许多物理问题时都用到，下列几个研究实例中也是采用相同研究方法的有　 　。
A．探究电流与电压、电阻的关系 B．真空不能传声
C．用铁屑显示磁体周围磁场分布 D．研究光的传播时，引入“光线”
（3）小明想把该装置改成探究物质吸热能力的实验装置，则他将甲烧瓶中的煤油换成质量相同的水、铜丝换成与乙烧瓶中镍铬合金丝的　 　相等的镍铬合金丝，并将两个烧瓶中的金属丝做了绝缘处理，加热一段时间后小明发现　 　烧瓶（填“甲”或“乙”）中温度升高的快。（煤油的比热容为2.1×103J/（kg ℃）
　
五．计算题（共6小题）
25．（2018 临沂）小明妈妈为奶奶买了一个电热足浴盆（如图所示），内部由加热系统和按摩系统两部分组成。加热系统的加热电阻额定电压220V，额定功率605W．问：
（1）小明帮奶奶泡脚时，向足浴盆中加入6kg初温为20℃的水，加热系统的加热电阻正常工作15min将水加热到40℃，此加热过程中水吸收的热量是多少？消耗的电能是多少？[c水=4.2×103J/（kg ℃）]
（2）当小明家的实际电压是200V时，加热电阻工作的实际功率是多少？
（3）足浴盆按摩系统中的电动机工作电压是12V（按摩系统将交流电压转换为12V），工作电流为4A，其电阻为0.5Ω，电动机工作中因发热损失的功率是多少？
26．（2018 绥化）妈妈为了给小丽增加营养，买了一款煲汤用的电热锅，额定电压是220V，加热时的额定功率是1100W，加热效率为84%，简化电路如图所示，S1为温控开关，发热电阻R1与R2的阻值恒定，电阻R2在保温状态与加热状态时的功率之比为
4：25．请解答：
（1）当同时闭合开关S、S1时，电热锅处于　 　（选填“加热”或“保温”）状态；
（2）若正常工作时，电热锅将4L水从40℃加热到65℃，水吸收的热量是多少？
（3）电阻R1的阻值是多少？
（4）在用电高峰期，家中只有电热锅和液晶电视机工作时，电热锅将4L水从40℃加热到65℃，实际用时550s。若此过程中共消耗6.1×105J的电能，计算这时通过液晶电视机的电流是多少？（假设加热过程中电热锅的加热效率不变）
27．（2018 靖远县校级二模）小刚同学家有一个电热水壶。额定电压220V，额定功率2KW，容积2L，在1个标准大气压下将温度为20℃的一壶水烧开（不计热量损失）：
（1）水吸收多少热量？
（2）烧开这壶水至少需要多少秒钟？
（3）若夏天用电高峰时家庭电路的实际电压只有198V，不考虑电热丝电阻随温度的变化。则电热水壶在用电高峰时的实际功率为多少？
28．（2018 洛阳三模）如图甲所示的电水壶，具有加热和保温两项功能，图乙是该电水壶内部的简化电路图。
（1）当开关S1闭合，S2断开时，电热水壶处于　 　（选填保温”或加热”）状态。
（2）若电阻R1=22Ω，R2=2200Ω；则该电水壶的加热功率为多少？
（3）将3kg、20℃的水加热到100℃，用时8min，求加热水时电水壶的效率。[水的比热容4.2×103J/（kg ℃）]
29．（2018 青神县模拟）如图所示，是某家用电热水壶内部的电路简化结构图，其中R1、R2为阻值相同的电热丝，有甲、乙、丙、丁四种不同的连接方式。该电热水壶有高温、中温、低温三档，中温档的额定功率为500W．求：
（1）电热水壶调至中温档正常加热，将2kg温度为30℃的水烧开（标准大气压下）需要20min，水所吸收的热量及电热水壶的效率；[c水=4.2×103J/（kg ℃）]
（2）电热水壶高温档的额定功率。
30．（2018 盘龙区一模）如图所示，电源电压恒定为6V，定值电阻R=8Ω，小灯泡L标有“6V3W”字样，假设灯L的阻值不随温度变化。求：
（1）小灯泡L的电阻；
（2）只闭合S2时，电路中的总功率及通电10s电阻R产生的热量；
（3）只闭合S1、S3时，电路中的总电流。
　
　
一．选择题（共11小题）
1．（2018 潍坊）最先精确确定电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间关系的物理学家是（　　）
A．欧姆 B．焦耳 C．奥斯特 D．法拉第
【解答】解：
英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系，得出Q=I2Rt；为了纪念他做出的贡献，人们将他的名字命名为热量（能量）的单位，
故选：B。
　
2．（2018 宜昌）两个定值电阻R1、R2并联在电路中，如图甲所示，它们的电流与其两端的电压关系如图乙所示，闭合开关S，则R1，R2产生的热量之比为（　　）
A．2：1 B．1：2 C．4：1 D．1：4
【解答】解：由图可知，该电路为并联电路，电压是相同的，由图乙可知，电压相同，通过R1、R2的电流之比为2：1；根据I=可知，R1、R2的电阻之比为1：2；
通电时间相同，电压相同，则根据焦耳定律公式Q=W=可知，产生的热量与电阻成反比，故热量之比为2：1。
故选：A。
　
3．（2018 西宁）图是课本“探究电流通过导体产生的热量与导体电阻间关系”的实验装置，两个透明容器中封闭着等量的空气，电路正确连接后，通电进行实验过程中，下列说法正确的是（　　）
A．左边容器电阻丝中的电流比右边容器电阻丝中的电流大
B．U形管中液面高度的变化反映电阻丝产生热量的多少
C．要保持两个电阻丝两端电压相等
D．通电时间相同，两个容器中空气吸收的热量相同
【解答】解：
A、由图可知，两阻值不同的电阻丝串联，通过电阻丝的电流相同，即左边容器电阻丝中的电流等于右边容器电阻丝中的电流，故A错误；
B、据实验装置可知，电流通过导体产生热量使容器中的空气受热膨胀，从而导致U型管中的液面会发生变化，虽然产生热量的多少不能直接观察，但可以通过U型管液面高度差的变化来反映，故B正确；
C、由图可知，两阻值不同的电阻丝串联，通过电阻丝的电流与通电时间相等而电阻阻值不同，此装置可以探究：电流产生的热量与电阻的关系，故需要保持的是两个电阻丝两端电流相等，故C错误；
D、两电阻丝串联，电流相同，根据Q=I2Rt可知，由于图中右边容器的电阻丝阻值较大，在相同时间内，电流在右容器中产生的热量较多，B管液面上升得高，故D错误。
故选：B。
　
4．（2018 胶州市一模）甲、乙两电热丝电阻之比为3：4，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．27：4 B．9：4 C．4：9 D．4：27
【解答】解：由题意可知，R甲：R乙=3：4，I甲：I乙=3：1，
由Q=I2Rt可得，在相同时间内产生的热量之比：
==（）2×=（）2×=。
故选：A。
　
5．（2018 宝安区二模）把两根阻值相同的电热丝串联接入电路，烧开一壶水所用时间为t0，若将这两根电热丝并联接入同一电路，则烧开同一壶水所需的时间为（不计热量损失）（　　）
A．t0 B． t0 C．t0 D．2 t0
【解答】解：
两根阻值相同的电热丝串联后的总电阻为2R，两根阻值相同的电热丝并联后的总电阻为0.5R，烧开同一壶水所需要的热量是相等的；
则：
Q=W==t，
解得：t=t0，故C正确。
故选：C。
　
6．（2018 武汉一模）如图是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验，下列正确的是（　　）
A．甲实验中两个电阻串联只是为了保证流过两个电阻电流相等
B．甲实验通电一段时间后，左右两侧容器内空气吸收的热量之比为1：2
C．乙实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系
D．乙实验通电一段时间后，左右两侧容器内空气吸收的热量之比为1：4
【解答】解：
A、甲实验两电阻丝阻值不同，两电阻串联后，则通过电阻丝的电流和通电时间相同，可以探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，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，右侧电阻是左侧电阻的2倍，产生的热量也是左侧的2倍，故左右两侧容器内空气吸收的热量之比为1：2，故B正确；
C、乙实验，右侧电阻丝与另一电阻丝并联，故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，故左右空气盒中电阻丝的电阻和通电时间相同，左侧的电流是右侧电流的2倍，由焦耳定律Q=I2Rt可知，左侧电阻产生热量是右侧电阻产生热量的4倍，即左右两侧容器内空气吸收的热量之比为4：1，故D错误；
故选：B。
　
7．（2018 薛城区校级模拟）在相等的时间内，电热丝甲比电热丝乙放出的热量多，则（　　）
A．甲的电阻一定比乙的电阻大
B．甲消耗的电功率一定比乙消耗的电功率大
C．甲两端的电压一定比乙两端的电压大
D．通过甲的电流一定比通过乙的电流大
【解答】解：
ACD、电热丝产生的热量与电流大小、电阻大小和通电时间有关；所以，仅知道通电时间相同、电热丝甲放出的热量多，是不能直接判定电阻、电流与电压的大小，故ACD错误；
B、在相等的时间内，电热丝甲比电热丝乙放出的热量多，即电热丝甲消耗的电能较多，根据公式P=可知，甲的功率大，故B正确。
故选：B。
　
8．（2018 平邑县模拟）用粗细均匀的电热丝加热烧水，通电10min可烧开一壶水，若将电热丝对折起来使用，电源电压不变，则烧开同样一壶水的时间是（　　）
A．2.5 min B．5 min C．20 min D．30 min
【解答】解：（1）将电热丝对折起，电热丝长度变为原来的，横截面积变为原来的2倍，因此电阻变为原来的；
（2）电源电压U不变，烧开同样一壶水，水所吸收的热量Q不变，由Q=可知，烧水所用时间变为原来的，为10min×=2.5min。
故选：A。
　
9．（2018 泸县校级一模）家用洗衣机的主要部件就是电动机，若一个洗衣机在220V电路中正常工作时通过的电流为2A，电动机线圈电阻为4Ω，则每分钟电流通过线圈产生的热量为（　　）
A．960J B．7.26×105J C．2.64×104J D．440J
【解答】解：
通过线圈的电流产生的热量：
Q=I2Rt=（2A）2×4Ω×60s=960J。
故选：A。
　
10．（2018 铁东区校级模拟）有两根电热丝，R1=nR2，若单独用R1对一壶水加热，则所需时间为t，则将这两根电热丝同时连入电路，烧开同一壶水所需的最短时间为（不计热损失）（　　）
A．t B．t C．t D．t
【解答】解：水沸腾时吸收的热量相同，设为Q吸，则
Q吸=I2Rt=t，
因电阻越串越大、大于任何一个分电阻，电阻越并越小、小于任何一个分电阻，
所以，由Q=I2Rt=t可知，电压相同时，两电阻并联时，加热时间最短，
因并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和，
所以，R并===，
因Q吸=t′=t，
则t′=t=t=t。
故选：B。
　
11．（2018 江阴市模拟）如图，两只完全相同的烧瓶中装有电阻丝，电阻丝的阻值分别为RA、RB，利用该器材不能完成的实验是（　　）
A．若RA＜RB且串联，烧瓶中装入等质量的煤油，可以探究电热与电阻大小的关系
B．若RA＞RB且并联，烧瓶中装入等质量的煤油，可以探究电热与电流大小的关系
C．若RA=RB且串联，烧瓶中装入等质量的水和食用油，可以比较水和食用油的吸热能力
D．若RA=RB且串联，烧瓶中装入等质量的水和食用油，可以探究电热与通电时间的关系
【解答】解：
A、若RA＜RB，烧瓶装入等质量的煤油，将两个电阻串联，如题图。这样，通过的电流相同、通电时间相同，电阻大的产生的热量多，可以探究焦耳定律中电热与电阻大小的关系，故A正确；
B、若RA＞RB，烧瓶装入等质量的煤油，且并联。通过的电流不同，同时电阻不同，不能探究焦耳定律中电热与电流的大小关系，故B错误；
C、若RA=RB，烧瓶中装入等质量的水和食用油，如题图。通电一定时间，两电阻相同，通过的电流相同，两电阻产生的热量相同，水和食用油吸收的热量相同，比较水和食用油温度升高值，温度升高大的比热容小，可以比较他们的吸热能力，故C正确；
D、若RA=RB，烧瓶中装入等质量的水和食用油，如题图。让相同质量的水和食用油吸收相同的热量，测量二者温度变化，根据吸收热量相同可以探究电热与通电时间的关系，故D正确。
故选：B。
　
二．多选题（共3小题）
12．（2018 北京）小辉想探究电流通过电阻时产生的热量与哪些因素有关。他连接了如图所示的电路进行实验，其中两个完全相同的烧瓶内分别装有质量相等、初温均为25℃的煤油，阻值为5Ω和10Ω的电阻丝R1、R2．闭合开关一段时间后，记录此时两个温度计的示数。根据上述实验，下列说法中正确的是（　　）
A．此实验探究的是热量与电阻的关系
B．此实验探究的是热量与电流的关系
C．此实验探究的是热量与时间的关系
D．此实验中用温度计示数变化的大小反映产生热量的多少
【解答】解：
ABC、由图可知，两电阻丝串联，则通过两电阻丝的电流和通电时间是相同的，电阻不同，所以探究的是热量与电阻的关系，故A正确，BC错误；
D、电流通过电阻丝做功，消耗的电能转化为内能，产生的热量被煤油吸收，煤油吸收热量、温度升高，所以，本实验是通过温度计的示数变化反映电流产生的热量多少，故D正确。
故选：AD。
　
13．（2018 新乡一模）小华利用如图所示的实验装置来探究“影响通电导体产生热量的因素”，下列说法正确的是（　　）
A．甲图是控制电流、通电时间相同时，探究电热与电阻的关系
B．乙图是控制电压、通电时间一定时，探究电热与电流的关系
C．甲图中闭合开关后，a管中液面上升比b快
D．乙图中闭合开关后，c管中液面上升比d快
【解答】解：
A、甲实验中，两电阻丝串联，则通过电阻丝的电流和通电时间相同，密闭容器中两电阻丝的阻值不相等，所以探究的是电热与电阻的关系，故A正确；
B、乙实验中，右侧2个5欧的电阻丝并联，再与左侧5欧的电阻丝并联，故左右密闭容器中电阻丝的电阻和通电时间相同，但通过电阻的电流不同，即控制电阻、通电时间一定时，探究电热与电流的关系，故B错误；
C、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，闭合开关后，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，气体压强大，则右侧b管中液面上升得快，故C错误；
D、乙实验中，右侧2个5欧的电阻丝并联，再与左侧5欧的电阻丝串联，故左右密闭容器中电阻丝的电阻和通电时间相同，右侧两电阻并联后和左侧电阻串联，所以左侧容器中电阻丝的电流大于右侧容器中电阻丝的电流，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c管中液面上升得快，故D正确。
故选：AD。
　
14．（2018 河南三模）如图所示，甲、乙装置中的相同透明容器装有等质量的空气，所连接的U形管内的液柱可以反映空气温度的变化，小李将两套装置分别接到电压相同的电原上，来探究“电流通过导体产生的热的多少与什么因素有关”，对此下列说法正确的是（　　）
A．甲实验装置是为了探究电流产生热的多少与电阻的关系
B．乙实验装置是为了探究电流产生热的多少与电流的关系
C．甲实验装置容器外电阻的作用是使通过两容器内电阻的电流不相等
D．乙实验装置中左管的液面上升得比右管慢
【解答】解：
A、由图知，甲图中右侧是两个5Ω的电阻并联，然后与左侧5Ω的电阻串联，根据串联电路的特点可知，左右两部分的电流虽然相等，但右侧对气体加热的电阻丝上的电流只有左侧电流的一半；所以，左右两侧加热电阻的阻值虽然相等，但流过电阻的电流不同，所以甲实验装置是为了探究电流产生热的多少与电流的关系，故A错误；
B、乙图中两个阻值不同的电阻串联，分别对两容器的气体加热，根据串联电路的特点可知，通过的电流是相等的，但电阻值不同，所以乙实验装置是为了探究电流产生热的多少与电阻的关系，故B错误；
C、由A的分析可知，甲实验装置容器外电阻的作用是使通过两容器内电阻的电流不相等，从而可以探究电流产生热的多少与电流的关系，故C正确；
D、乙图中两个阻值不同的电阻串联，通过的电流是相等的，根据P=I2R可知，右侧电阻的发热功率较大，则右侧气体的温度升高快，压强增加快，所以乙实验装置中左管的液面上升得比右管慢，故D正确。
故选：CD。
　
三．填空题（共8小题）
15．（2018 黔南州）1840年，英国物理学家　焦耳　最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和时间的关系：从能量转化的角度看，电热器的电热丝工作时是将电能转化为　内　能。
【解答】解：
（1）1840年，英国物理学家焦耳最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和时间的关系，得出了焦耳定律；
（2）从能量转化的角度看，电热器的电热丝工作时，消耗的电能转化为内能。
故答案为：焦耳；内。
　
16．（2018 赤峰）某校为师生饮水方便，安装了电热水器。为测定热水器消耗的电能，关闭其他用电器，只用电热水器给水加热，一段时间后，电能表的示数，由图甲示数变为图乙示数，则该电热水器在这段时间内消耗的电能为　2.1　kW h，等于　7.56×106　J．若消耗电能的87%被水吸收，则可把　18　kg初温为13℃的水加热至100℃【水的比热容c=4.2×103J/（kg ℃）】。
【解答】解：
（1）关闭其他用电器，只用电热水器给水加热，电热水器在这段时间内消耗的电能：
W=7626.9kW h﹣7624.8kW h=2.1kW h=7.56×106J；
（2）消耗电能的87%被水吸收，即：Q吸=87%W，
由Q吸=cm△t有：
cm△t=87%W，
所以水的质量：
m===18kg。
故答案为：2.1；7.56×106；18。
　
17．（2018 德阳）小辉家使用功率为1000W的电热壶烧水，电热壶工作7min所消耗的电能是　4.2×105　J；假设这些电能全部转化成内能后有80%被20℃的水吸收，那么可以烧开的水质量　1　Kg【（c水=4.2×103J/（kg ℃），当地气压为一个标准大气压】
【解答】解：
由P=可得，电热壶工作7min所消耗的电能：W电=P电t=1000W×7×60s=4.2×105J，
假设这些电能全路转化成内能后有80%被20℃的水吸收，
则水吸收的热量：Q吸=80%W电=80%×4.2×105J=3.36×105J，
由Q吸=cm△t可得，可以烧开水的质量：
m===1kg。
故答案为：4.2×105；1。
　
18．（2018 遂宁）如图所示电路，电源电压不变，滑动变阻器的规格“20Ω 2A”，L1的规格“10V 5W“，L2的规格“15V 15W”，不考虑温度对灯丝电阻的影响。
（1）只闭合开关S，当滑动变阻器接入电路的阻值为4Ω时，灯泡L1正常发光，则电源电压为　12　V。
（2）闭合开关S、S1、S2，滑动变阻器滑片置于中点，通电1min整个电路产生的热量是　1440　J。
【解答】解：（1）根据灯泡L1正常发光，可得流经灯泡的电流I1===0.5A，
灯泡L1正电阻R1===20Ω，
由图可知，只闭合开关S，灯泡L1与滑动变阻器串联，串联电路中电流处处相等，
即电路中的电流I=I1=0.5A，
由I=可得，电源电压U=IR总=0.5A×（4Ω+20Ω）=12V；
（2）由P=可得，
L2的电阻R2===15Ω，
闭合开关S、S1、S2，灯泡L2、滑动变阻器并联，灯泡L1被短路，滑动变阻器滑片置于中点，
根据并联电路的电阻特点可得，
总电阻=+，
则=+，
解得R并=6Ω，
通电1min整个电路产生的热量：
Q=W=UIt=t=×60s=1440J。
故答案为：（1）12；（2）1440。
　
19．（2018 威海）标有“220V，2000W“的“即热式”电热水龙头，其加热电阻丝的阻值是　24.2　Ω；在额定电压下工作21s，若不计热量损失，能够使　0.5　kg的水从15℃上升到35℃．[水的比热容为4.2×103J/（kg ℃）]
【解答】解：
（1））根据P=可得，加热电阻丝的阻值：
R===24.2Ω；
（2）由P=可得，在额定电压下工作21s消耗的电能：
W=Pt=2000W×21s=4.2×104J；
若不计热量损失，则Q吸=W=4.2×104J，
由Q吸=cm△t可得，加热水的质量：
m===0.5kg。
故答案为：24.2；0.5。
　
20．（2018 贺州）如图所示，闭合S1、S2、S3时，电压表示数为3V，电流表示数为0.5A，R1在10s内产生的热量是　15　J；闭合S1、S3，断开S2时，电压表示数为2V，此时R1与R2的功
率之比为　2：1　。
【解答】解：
（1）由图知，闭合S1、S2、S3时，只有R1连入电路中，电压表测电源电压，电流表测电路中电流，所以电源电压为3V，
R1在10s内产生的热量：
Q=W=UIt=3V×0.5A×10s=15J；
（2）闭合S1、S3，断开S2时，两电阻串联，电压表测R1两端电压，即U1=2V，
由串联电路特点可知R2两端电压：U2=U﹣U1=3V﹣2V=1V，
由P=UI可得两电阻的功率比：
====。
故答案为：15；2：1。
　
21．（2018 广安）如图，灯泡L上标有“6V 3W“字样，电源电压6V且保持不变，定值电阻R=80Ω（不计灯丝电阻的变化）。只闭合S1和S3，电阻R在100s产生的热量是　45　J，电路在工作状态下，整个电路消耗的最小功率是　0.4　W。
【解答】解：（1）由P=UI可得，I额===0.5A，
由I=可得灯泡L的电阻值RL===12Ω；
（2）只闭合S1和S3，电阻R与灯泡并联，电阻R两端的电压为电源电压6V，
电阻R在100s产生的热量：
Q=W=t=100s=45J；
（3）闭合开关S2，断开开关S1、S3，电阻R和灯泡L串联，使其接入电路的阻值最大，则整个电路消耗的电功率最小。
最小电功率：P最小==≈0.4W。
故答案为：45；0.4。
　
22．（2018 郑州二模）将10kg的水从20℃加热到70℃要吸收　2.1×106　J的热量；如果这个过程利用电功率为1000W的电加热器进行加热，电加热器的能量损失率为30%，则水需要加热　3000　s．[c水=4.2×103（kg ℃）]。
【解答】解：
（1）水吸收的热量：
Q吸=c水m（t﹣t0）
=4.2×103J/（kg ℃）×10kg×（70℃﹣20℃）
=2.1×106J；
（2）因为电热水壶正常工作，
所以P=P额=1000W，
由题知，Q吸=（1﹣30%）×W
需要消耗电能：
W===3×106J，
由P=得需要加热：
t===3000s。
故答案为：2.1×106；3000。
　
四．实验探究题（共2小题）
23．（2018 河北）用如图1所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，相同烧瓶内装满了煤油。
（1）烧瓶中装入的煤油是　绝缘体　（选填“导体”或“绝缘体”）。
（2）请根据实物电路，在虚线框图2内画出对应的电路图。
（3）为达到实验目的，选用的两电阻丝R1与R2的阻值应　相等　，通过R1的电流　小于　通过R2的电流。
（4）通电一段时间后，乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大，说明　在电阻和通电时间相等时，电流越大产生的热量越多　。
（5）小红用如图3示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流的关系图象，根据焦耳定律可知，图4中能正确反映h﹣I关系的是　A　。
【拓展】用Q=I2Rt可以算电流通过任何用电器产生的热量，能用Q=UIt计算电流通过任何用电器产生的热量吗？请用实例说明原因　不能，含有电动的电路，电流做的功大部分转化为机械能，有一小部分转换化内能，即发热了，W=UIt＞Q。　
【解答】解：（1）烧瓶中装入的煤油是绝缘体。
（2）原实物图中，R与R1并联后与R2串联，根据实物电路，画出对应的电路图，如下所示：
（3）电流通过导体产生的热量与电流的关系”，要控制电阻相等，即选用的两电阻丝R1与R2的阻值应相等，根据并联电路电流的规律，通过R1的电流小于通过R2的电流。
（4）通电一段时间后，乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大，说明在电阻和通电时间相等时，电流越大产生的热量越。
（5）小红用如图3示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，要控制电阻与通电时间相同，经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流的关系图象，根据转换法，煤油吸热越多，膨胀程度越大，液柱升高的越多，且膨胀程度与吸热多少成正比，
根据焦耳定律可知，Q=I2Rt﹣﹣﹣﹣﹣①，Rt常数，且Rt＞0，故由数学知识①式为Q关于I的抛物线，且开向上，图4中能正确反映h﹣I关系的是 A。
【拓展】用Q=I2Rt可以算电流通过任何用电器产生的热量，而W=UIt是计算电功的普遍适用的公式，Q=W的条件是：纯电阻电阻即不含有电动机等的电路（将电能全部转化为内能的电路）。如含有电动的电路，电流做的功大部分转化为机械能，有一小部分转换化内能，即发热了，W=UIt＞Q。
W=UIt不能计算电流通过任何用电器产生的热量。
故答案为：（1）绝缘体；（2）如上；（3）相等；小于；（4）在电阻和通电时间相等时，电流越大产生的热量越多；（5）A；
【拓展】不能。含有电动的电路，电流做的功大部分转化为机械能，有一小部分转换化内能，即发热了，W=UIt＞Q。
　
24．（2018 潍坊模拟）小明利用如图所示的装置，探究电流通过导体时产生热量的多少与电阻大小的关系。在两个相同的烧瓶中盛着质量和温度都相同的煤油，煤油中都浸泡着一段金属丝，甲烧瓶中的金属丝是铜丝，电阻比较小，乙烧瓶中的电阻丝是镍铬合金丝，电阻比较大。
（1）通电一段时间后，乙烧瓶中温度计的示数大，这表明：　在电流、通电时间一定时，电阻越大　，产生的热量越多
（2）在这个实验中，电流通过导体产生热量的多少，是通过　U形管两侧液面的高度差　的大小体现出来，这种方法在研究许多物理问题时都用到，下列几个研究实例中也是采用相同研究方法的有　C　。
A．探究电流与电压、电阻的关系 B．真空不能传声
C．用铁屑显示磁体周围磁场分布 D．研究光的传播时，引入“光线”
（3）小明想把该装置改成探究物质吸热能力的实验装置，则他将甲烧瓶中的煤油换成质量相同的水、铜丝换成与乙烧瓶中镍铬合金丝的　电阻　相等的镍铬合金丝，并将两个烧瓶中的金属丝做了绝缘处理，加热一段时间后小明发现　乙　烧瓶（填“甲”或“乙”）中温度升高的快。（煤油的比热容为2.1×103J/（kg ℃）
【解答】解：
（1）因为两电阻串联，所以通过它们的电流相等；由焦耳定律Q=I2Rt得，电阻大的在相同时间产生的热量多，升高的温度快。乙烧瓶中温度计的示数大，这表明：在电流、通电时间一定时，电阻越大，产生的热量越多；
（2）电流通过导体产生热量的多少，我们通过肉眼直接观察看不到其多少，在此应用了转换法，把电流通过导体产生热量的多少用我们能看到的现象表现出来，实验中导体产生热量的多少是通过U形管两侧液面的高度差体现出来的。
A、探究电流与电压、电阻的关系，采用了控制变量法，故A不符合题意。
B、真空不能传声，采用的是理想实验法，故B不符合题意；
C、用铁屑显示磁体周围磁场分布，采用了转换法，故C符合题意。
D、研究光的传播时，引入“光线”，采用了模型法，故D不符合题意。
故选C。
（3）在探究物质吸热能力的实验中，控制水和煤油两种物质的质量相等，吸收相等的热量，通过比较温度变化量来比较比热容，或控制水和煤油两种物质的质量相等，升高相同的温度，通过吸收热量的多少来比较比热容。所以将其中一烧瓶的煤油换成质量相等的水，将乙烧瓶中的铜丝换成与甲烧瓶中镍铬合金丝的电阻相等的镍铬合金丝；因为煤油的比热容较小，水的比热容大，故发现煤油温度变化的快，即乙烧瓶中温度升高的快。
故答案为：（1）在电流、通电时间一定时，电阻越大；（2）U形管两侧液面的高度差；C；（3）电阻；乙。
　
五．计算题（共6小题）
25．（2018 临沂）小明妈妈为奶奶买了一个电热足浴盆（如图所示），内部由加热系统和按摩系统两部分组成。加热系统的加热电阻额定电压220V，额定功率605W．问：
（1）小明帮奶奶泡脚时，向足浴盆中加入6kg初温为20℃的水，加热系统的加热电阻正常工作15min将水加热到40℃，此加热过程中水吸收的热量是多少？消耗的电能是多少？[c水=4.2×103J/（kg ℃）]
（2）当小明家的实际电压是200V时，加热电阻工作的实际功率是多少？
（3）足浴盆按摩系统中的电动机工作电压是12V（按摩系统将交流电压转换为12V），工作电流为4A，其电阻为0.5Ω，电动机工作中因发热损失的功率是多少？
【解答】解：（1）水吸收的热量：
Q吸=c水m（t﹣t0）=4.2×103J/（kg ℃）×6kg×（40℃﹣20℃）=5.04×105J；
加热时间t′=15min=900s，
足浴盆加热时消耗的电能：
W=P额t′=605W×900s=5.445×105J。
（2）由P=得，加热电阻的阻值：
R===80Ω，
当小明家的实际电压是200V时，加热电阻工作的实际功率：
P实===500W。
（3）电动机工作中因发热损失的功率：
P损=I2R′=（4A）2×0.5Ω=8W。
答：（1）此加热过程中水吸收的热量是5.04×105J；消耗的电能是5.445×105J；
（2）加热电阻工作的实际功率是500W；
（3）电动机工作中因发热损失的功率是8W。
　
26．（2018 绥化）妈妈为了给小丽增加营养，买了一款煲汤用的电热锅，额定电压是220V，加热时的额定功率是1100W，加热效率为84%，简化电路如图所示，S1为温控开关，发热电阻R1与R2的阻值恒定，电阻R2在保温状态与加热状态时的功率之比为
4：25．请解答：
（1）当同时闭合开关S、S1时，电热锅处于　加热　（选填“加热”或“保温”）状态；
（2）若正常工作时，电热锅将4L水从40℃加热到65℃，水吸收的热量是多少？
（3）电阻R1的阻值是多少？
（4）在用电高峰期，家中只有电热锅和液晶电视机工作时，电热锅将4L水从40℃加热到65℃，实际用时550s。若此过程中共消耗6.1×105J的电能，计算这时通过液晶电视机的电流是多少？（假设加热过程中电热锅的加热效率不变）
【解答】解：（1）当同时闭合开关S、S1时，R1被短路，此时电路电阻最小，根据P=可知，此时电路功率最大，处于加热状态；
（2）由ρ=得，水的质量：
m=ρV=1×103kg/m3×4×10﹣3m3=4kg，
水吸收的热量：Q吸=cm（t﹣t0）=4.2×103J/（kg ℃）×4kg×（65℃﹣40℃）=4.2×105J；
（3）由P=得，R2的阻值：
R2===44Ω，
=，
电阻R2的保温功率：
P保温===176W，
由P=I2R得，电路中的电流：
I===2A，
由欧姆定律得，电路总电阻：
R===110Ω，
根据串联电路的电阻规律可得，R1的阻值：
R1=R﹣R2=110Ω﹣44Ω=66Ω；
（4）由η=得，电热锅消耗的电能：
W1===5×105J，
电视机消耗的电能：
W2=W﹣W1=6.1×105J﹣5×105J=1.1×105J，
电视机的实际功率：
P电视===200W，
电热锅的实际功率：
P电热锅===，
由P=得，电路两端的实际电压：
U实===200V，
由P=UI得，通过电视机的实际电流：
I电视===1A。
答：（1）加热；
（2）水吸收的热量是4.2×105J；
（3）电阻R1的阻值是66Ω；
（4）通过液晶电视机的电流是1A。
　
27．（2018 靖远县校级二模）小刚同学家有一个电热水壶。额定电压220V，额定功率2KW，容积2L，在1个标准大气压下将温度为20℃的一壶水烧开（不计热量损失）：
（1）水吸收多少热量？
（2）烧开这壶水至少需要多少秒钟？
（3）若夏天用电高峰时家庭电路的实际电压只有198V，不考虑电热丝电阻随温度的变化。则电热水壶在用电高峰时的实际功率为多少？
【解答】解：（1）由ρ=可得，水的质量：
m=ρ水V=1.0×103kg/m3×2×10﹣3m3=2kg，
在1个标准大气压下水的沸点是100℃，则水吸收的热量：
Q吸=cm（t﹣t0）=4.2×103J/（kg ℃）×2kg×（100℃﹣20℃）=6.72×105J；
（2）（不计热量损失）W=Q吸=6.72×105J；
由P=可得，烧开这壶水需要时间：
t===336s；
（3）由P=可得电热丝正常工作时的电阻：
R===24.2Ω；
不考虑电热丝电阻随温度的变化，实际电压为198V时，电热水器的实际功率：
P实===1620W。
答：（1）水吸收6.72×105J热量；
（2）烧开这壶水至少需要336s；
（3）电热水壶在用电高峰时的实际功率为1620W。
　
28．（2018 洛阳三模）如图甲所示的电水壶，具有加热和保温两项功能，图乙是该电水壶内部的简化电路图。
（1）当开关S1闭合，S2断开时，电热水壶处于　保温　（选填保温”或加热”）状态。
（2）若电阻R1=22Ω，R2=2200Ω；则该电水壶的加热功率为多少？
（3）将3kg、20℃的水加热到100℃，用时8min，求加热水时电水壶的效率。[水的比热容4.2×103J/（kg ℃）]
【解答】解：（1）由电路图可知，开关S1闭合、S2断开时，两电阻串联，电路中的电阻最大，根据P=可知，电功率最小，则电热水壶处于保温状态；
（2）当开关S1、S2闭合时，为电阻R1的简单电路，此时功率最大，该电水壶的处于加热状态，
则该电水壶的加热功率：P加热===2200W；
（3）将3kg、20℃的水加热到100℃，水吸收的热量：
Q=cm△t=4.2×103J/（kg ℃）×3kg×（100℃﹣20℃）=1.008×106J；
由P=得电水壶消耗的电能：
W=P加热t=2200W×8×60s=1.056×106J；
加热水时热水壶的效率：
η=×100%=×100%≈95.5%。
答：（1）保温；
（2）该电水壶的加热功率为2200W；
（3）加热水时电水壶的效率为95.5%。
　
29．（2018 青神县模拟）如图所示，是某家用电热水壶内部的电路简化结构图，其中R1、R2为阻值相同的电热丝，有甲、乙、丙、丁四种不同的连接方式。该电热水壶有高温、中温、低温三档，中温档的额定功率为500W．求：
（1）电热水壶调至中温档正常加热，将2kg温度为30℃的水烧开（标准大气压下）需要20min，水所吸收的热量及电热水壶的效率；[c水=4.2×103J/（kg ℃）]
（2）电热水壶高温档的额定功率。
【解答】解：
（1）标准大气压下水的沸点为100℃，则水吸收的热量：
Q吸=cm（t﹣t0）=4.2×103J/（kg ℃）×2kg×（100℃﹣30℃）=5.88×105J，
由P=可得，中温档加热20min消耗的电能：
W=P中t′=500W×20×60s=6×105J，
电热水壶的效率：
η=×100%=×100%=98%；
（2）由题知，R1、R2为阻值相同的电热丝，设R1=R2=R，
甲图为开路，P甲=0，
乙图中两电阻串联，R乙=2R，则P乙==，
丙图中只有电阻R1工作，R丙=R，则P丙==，
丁图中两电阻并联，R丁=R，则P丁===2，
由以上分析可知，丙图为中温档，丁图为高温档，
则电热水壶高温档的额定功率：
P高=2P中=2×500W=1000W；
答：（1）水所吸收的热量为5.88×105J，电热水壶的效率98%；
（2）电热水壶高温档的额定功率为1000W。
　
30．（2018 盘龙区一模）如图所示，电源电压恒定为6V，定值电阻R=8Ω，小灯泡L标有“6V3W”字样，假设灯L的阻值不随温度变化。求：
（1）小灯泡L的电阻；
（2）只闭合S2时，电路中的总功率及通电10s电阻R产生的热量；
（3）只闭合S1、S3时，电路中的总电流。
【解答】解：（1）小灯泡L标有“6V3W”字样，则灯泡的额定电流为：I额===0.5A；
小灯泡的电阻为：RL===12Ω；
（2）只闭合S2时，该电路为R和L的串联电路，此时电路中的总电流为：I===0.3A；
电路中的总功率为：P=UI=6V×0.3A=1.8W；
通电10s电阻R产生的热量为：Q=I2Rt=（0.3A）2×8Ω×10s=7.2J；
　
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