九年级物理全一册举一反三系列专题18.4焦耳定律【四大题型】(人教版)(原卷版+解析)

这是一份九年级物理全一册举一反三系列专题18.4焦耳定律【四大题型】(人教版)(原卷版+解析)，共23页。

TOC \ "1-3" \t "正文,1" \h
\l "_Tc1161" 【题型1 探究电流热效应的实验原理和电路图】
\l "_Tc25206" 【题型2 电流产生的热量与电阻的关系】
\l "_Tc9103" 【题型3 焦耳定律的推导及其应用】
\l "_Tc9103" 【题型4 综合与计算】 \l "_Tc1161"
【知识点1 探究电流热效应的实验原理和电路图】
1、实验目的：探究电流通过导体产生的热量与电流的关系;探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系。
2、实验电路图：
3、实验方法：控制变量法(控制其他量一定，只研究一个量)，转换法(将抽象的现象具体化)。
4、注意事项：要检查装置的密闭性，容器中被加热液体的初始温度和质量要相等，通过观察液面高度差来间接观察导体产生的热量大小。
5、实验过程：
(1)探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，控制电流和通电时间一定，如图甲。闭合开关，通电一段时间后观察U形管中液面差，发现右边电阻大的U形管中液面差大。
(2)探究电流通过导体产生的热量与电流的关系，控制电阻与通电时间一定，如图乙。闭合开关，通电一段时间后观察左右两边U形管中的液面差，发现左边电流大的管中液面差大。
【题型1 探究电流热效应的实验原理和电路图】
【例1】（2022·内蒙古通辽·中考真题）在“探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验中，某同学采用了如图甲、乙所示的实验装置（两个透明容器中封闭着等量的空气）。下列说法正确的是（ ）
①U形管中液面高度变化主要是由液体热胀冷缩引起的
②图甲装置能探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系
③图乙实验过程中右边透明容器中电阻丝阻值应该等于10Ω
④用图甲中的实验结论能解释“电炉丝热得发红而与电炉丝相连的导线几乎不发热”的现象
A．①②B．②③C．②④D．③④
【变式1-1】（2021·四川自贡·中考真题）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
【变式1-2】（2021·四川广元·中考真题）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
【变式1-3】（2022·广东·广州市育才中学二模）俊羲在探究某个科学问题时，把阻值均为5Ω的两段电热丝R1、R2分别放在两个完全相同的烧瓶中，烧瓶中分别盛有质量和初温均相同的不同液体（绝缘体），并连接成了如图所示的实验电路（两温度计完全相同），接通电路进行实验（忽略热损失）。则下列说法正确的是（ ）
A．该装置能用来探究电流通过导体产生热量跟导体的电阻的关系
B．该装置能用来探究电流通过导体产生热量跟流过导体电流的关系
C．某时刻A温度计示数比B温度计的大，则电热丝R1产生的热量比R2的多
D．某时刻A温度计示数比B温度计的大，则左侧烧瓶中液体的比热容比右侧的小
【知识点2 电流产生的热量与电阻的关系】
电流产生的热量与电流大小、导体的电阻大小、通电时间有关。具体关系是：电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比、与导体的电阻成正比、与通电时间成正比。
电流通过导体会产生热量，这是电流的热效应。焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。内容是：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，跟通电的时间成正比。焦耳定律数学表达式：Q=I²Rt，适用于所有电路。
2、【题型2电流产生的热量与电阻的关系】
【例2】（2022·广西柳州·中考真题）在“探究通电导体放出的热量跟哪些因素有关”的实验中发现，电路中的电阻丝温度升高而导线温度没有明显变化，这是因为二者的（ ）
A．电阻不同B．电流不同
C．密度不同D．通电时间不同
【变式2-1】（2022·山东聊城·中考真题）如图所示是“探究电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气，通电一段时间后，左侧形管中液面高度差比右侧的大。下列说法错误的是（ ）
A．形管中液面高度的变化反映了电阻产生热量的多少
B．通过左、右两边容器中电阻丝的电流相同
C．右边容器中的电阻比左边容器中的电阻小
D．通电时间相同，两个容器中空气吸收的热量相同
【变式2-2】（2022·湖南常德·中考真题）用如图所示的实验装置探究“电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”。以下说法中不正确的是（ ）
A．观察温度计的示数比较电流产生的热量
B．该实验装置可以探究通电时间一定时，导体产生的热量与电阻的关系
C．该实验装置还可以探究通电时间一定时，导体产生的热量与电流的关系
D．甲、乙两瓶中可以装质量相同的不同液体
【变式2-3】（2022·甘肃兰州·中考真题）现有“6V 3W”和“12V 6W”字样的甲、乙两只灯泡，不考虑灯丝电阻的变化，下列说法正确的是（ ）
A．通电时间相同时，甲灯泡消耗的电能一定比乙灯泡少
B．通电时间相同时，电流通过乙灯泡比甲灯泡做功一定快
C．两只灯泡串联工作时，甲灯泡产生的热量一定比乙灯泡少
D．两只灯泡并联工作时，干路中允许通过的最大电流为1A
3、【题型3 焦耳定律的推导及其应用】
【例3】（2022·山东聊城·中考真题）以下说法正确的是（ ）
A．只有正电荷的定向移动才能形成电流
B．金属容易导电是因为内部有大量电子
C．导体的电阻越大，导体对电流的阻碍作用越大
D．电流通过用电器产生的热量等于消耗的电能
【变式3-1】（2022·湖北湖北·中考真题）某款家用电热取暖器有两个档位，它正常工作时，下列说法正确的是（ ）
A．取暖器的电热丝是由电阻率小、熔点高的材料制成
B．“高温”档一定比“低温”档产生的热量多
C．“高温”档一定比“低温”档的工作电阻大
D．连接电热丝的导线比电热丝的电阻小
【变式3-2】（2022·河南·中考真题）如图所示，两个相同透明容器中密封着等量的空气。用该装置探究电流产生的热量与哪些因素有关时，下列说法正确的是（ ）
A．用U形管中液面高度差反映电流产生热量的多少
B．通电后可探究电流产生的热量与电流大小的关系
C．通电后可探究电流产生的热量与电阻大小的关系
D．通电一段时间后，左侧U形管中液面高度差较大
【变式3-3】（2022·辽宁锦州·中考真题）如图甲所示电路，电源电压保持不变，R1、R2为定值电阻，R为滑动变阻器。闭合开关S1，断开开关S2，将R的滑片从b端移到a端过程中，两个电压表示数与电流表示数关系如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A．电源电压为4.5V
B．滑动变阻器的最大阻值为20Ω
C．R1的最小电功率为0.225W
D．闭合开关S1、S2，通电10s整个电路最多产生热量为36J
4、【题型4 综合与计算】
【例4】（2022·内蒙古通辽·中考真题）如图所示，电源电压恒定，R1=12Ω，R2=5Ω，滑动变阻器R3的规格是“20Ω 1.5A”，电流表的量程是0～3A，电压表的量程是0～15V。
（1）只闭合开关S，移动滑片，当电流表的示数为0.8A时，电压表示数为8V，求电源电压。
（2）将滑片移到最右端，闭合所有开关，在1min内R1产生多少热量？
（3）闭合所有开关，为保证电路安全，滑动变阻器接入电路的阻值范围应为多少？
【变式4-1】（2022·湖北·荆州市教育科学研究院中考真题）如图所示的电路中，电源电压恒定为4.5V，灯泡L上标有“2.5V；1.25W”字样（灯丝电阻不变），定值电阻R1阻值为15Ω，滑动变阻器R2的规格为“20Ω；1A”，电流表量程为0~0.6A，电压表量程为0~3V，求：
（1）小灯泡L的电阻；
（2）闭合开关S、断开开关S1、S2，电流表示数为0.3A，此时滑动变阻器R2连入电路的阻值；
（3）闭合开关S、S1、S2，滑动变阻器的滑片滑至最右端，通电1min定值电阻R1产生的热量；
（4）闭合开关S、S1、S2，在确保电路各元件安全的情况下，滑动变阻器R2的最大功率。
【变式4-2】（2022·湖南长沙·中考真题）某电热水壶有加热和保温两挡，简化电路如图所示。其中、为电热丝（不考虑其电阻变化）。已知该壶的额定电压为220V，只闭合开关时，电路中的电流为0.5A。
（1）求电热丝的阻值；
（2）只闭合开关时，求电热水壶的电功率；
（3），求使用加热挡时电热水壶在10s内产生的热量。
【变式4-3】（2022·甘肃金昌·中考真题）厨艺最讲究“火候”二字，如图甲所示的智能蛋糕机就是通过智能化技术控制制作时间和温度，制作出口感好、营养价值高的蛋糕。该蛋糕机的电路简图如图乙所示，其中R1、R2均为发热电阻（假定电阻不随温度变化），部分参数如下表所示。求：
（1）当开关S1断开，单刀多掷开关S2打到3时，蛋糕机处于 ___________档（选填“高温”、“中温”或“低温”）；
（2）该蛋糕机以高温挡正常工作时，10分钟产生的热量；( )
（3）该蛋糕机正常工作时R2的电阻值；( )
（4）该蛋糕机低温挡的额定功率。( )
额定电压/V
220
额定功率/W
高温1100
中温880
低温
专题18.4 焦耳定律【四大题型】
【人教版】
TOC \ "1-3" \t "正文,1" \h
\l "_Tc1161" 【题型1 探究电流热效应的实验原理和电路图】
\l "_Tc25206" 【题型2 电流产生的热量与电阻的关系】
\l "_Tc9103" 【题型3 焦耳定律的推导及其应用】
\l "_Tc9103" 【题型4 综合与计算】 \l "_Tc1161"
【知识点1 探究电流热效应的实验原理和电路图】
一、实验
1、实验目的：探究电流通过导体产生的热量与电流的关系;探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系。
2、实验电路图：
3、实验方法：控制变量法(控制其他量一定，只研究一个量)，转换法(将抽象的现象具体化)。
4、注意事项：要检查装置的密闭性，容器中被加热液体的初始温度和质量要相等，通过观察液面高度差来间接观察导体产生的热量大小。
5、实验过程：
(1)探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，控制电流和通电时间一定，如图甲。闭合开关，通电一段时间后观察U形管中液面差，发现右边电阻大的U形管中液面差大。
(2)探究电流通过导体产生的热量与电流的关系，控制电阻与通电时间一定，如图乙。闭合开关，通电一段时间后观察左右两边U形管中的液面差，发现左边电流大的管中液面差大。
【题型1 探究电流热效应的实验原理和电路图】
【例1】（2022·内蒙古通辽·中考真题）在“探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验中，某同学采用了如图甲、乙所示的实验装置（两个透明容器中封闭着等量的空气）。下列说法正确的是（ ）
①U形管中液面高度变化主要是由液体热胀冷缩引起的
②图甲装置能探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系
③图乙实验过程中右边透明容器中电阻丝阻值应该等于10Ω
④用图甲中的实验结论能解释“电炉丝热得发红而与电炉丝相连的导线几乎不发热”的现象
A．①②B．②③C．②④D．③④
【答案】C
【详解】①U形管中液面高度变化主要是由透明容器中空气的热胀冷缩引起的，故①错误；
②图甲装置中，两电阻串联，电流相等，电阻不相等，能探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，故②正确；
③图乙实验过程中右边两个电阻丝并联，右边容器中的电阻通过的电流与左边电阻丝通过的电流不相等，探究的是电热与电流的关系，需要保持电阻相同，故阻值应该等于5Ω，故③错误；
④电炉丝热与电炉丝相连的导线串联，电流相等，电阻不相等；用图甲中的实验结论能解释“电炉丝热得发红而与电炉丝相连的导线几乎不发热”的现象，故④正确；故①③错误，②④正确。
故选C。
【变式1-1】（2021·四川自贡·中考真题）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
【详解】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，故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，故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，故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，故D正确，不符合题意。
故选B。
【变式1-2】（2021·四川广元·中考真题）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
【详解】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错误；
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，故C正确；
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；故D错误．
选C．
【变式1-3】（2022·广东·广州市育才中学二模）俊羲在探究某个科学问题时，把阻值均为5Ω的两段电热丝R1、R2分别放在两个完全相同的烧瓶中，烧瓶中分别盛有质量和初温均相同的不同液体（绝缘体），并连接成了如图所示的实验电路（两温度计完全相同），接通电路进行实验（忽略热损失）。则下列说法正确的是（ ）
A．该装置能用来探究电流通过导体产生热量跟导体的电阻的关系
B．该装置能用来探究电流通过导体产生热量跟流过导体电流的关系
C．某时刻A温度计示数比B温度计的大，则电热丝R1产生的热量比R2的多
D．某时刻A温度计示数比B温度计的大，则左侧烧瓶中液体的比热容比右侧的小
【答案】D
【详解】AB．通过两电阻的电流、通电时间、电阻都相同，故无法探究导体产生热量跟导体的电阻、电流的关系，故AB错误。
CD．根据题意，两个电阻串联，通过两电阻的电流、通电时间、电阻都相同，则电阻产生的热量相同，忽略热损失的情况下，两个烧杯中液体吸收的热量相同。两个烧瓶中的液体的种类是不同的，但是质量和初温也相同，可以根据温度计升高的示数来区别两种液体的比热容，故C错误，D正确.
故选D。
【知识点2 电流产生的热量与电阻的关系】
电流产生的热量与电流大小、导体的电阻大小、通电时间有关。具体关系是：电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比、与导体的电阻成正比、与通电时间成正比。
电流通过导体会产生热量，这是电流的热效应。焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。内容是：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，跟通电的时间成正比。焦耳定律数学表达式：Q=I²Rt，适用于所有电路。
2、【题型2电流产生的热量与电阻的关系】
【例2】（2022·广西柳州·中考真题）在“探究通电导体放出的热量跟哪些因素有关”的实验中发现，电路中的电阻丝温度升高而导线温度没有明显变化，这是因为二者的（ ）
A．电阻不同B．电流不同
C．密度不同D．通电时间不同
【答案】A
【详解】导线和电阻丝串联连接，由于电阻丝的阻值远远大于导线的阻值，而串联电路处处电流相等，因此通过电阻丝和导线中的电流和通电时间都相等，由Q=I2Rt可知，在电流和通电时间都相同时，电阻丝产生的热量较多，导线产生的热量较少，所以电路中的电阻丝温度升高而导线温度没有明显变化，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
【变式2-1】（2022·山东聊城·中考真题）如图所示是“探究电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气，通电一段时间后，左侧形管中液面高度差比右侧的大。下列说法错误的是（ ）
A．形管中液面高度的变化反映了电阻产生热量的多少
B．通过左、右两边容器中电阻丝的电流相同
C．右边容器中的电阻比左边容器中的电阻小
D．通电时间相同，两个容器中空气吸收的热量相同
【答案】D
【详解】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U形管液面高度差的变化来反映，这种研究方法叫转换法，故A正确，不符合题意；
B．由图可知两个电阻串联在一起，根据串联电路中电流的规律可知，通过左、右两边容器中电阻丝的电流相同，故B正确，不符合题意；
C．由电路图可知两电阻串联，根据串联电路的电流特点可知通过它们的电流大小相等，根据Q＝I2Rt可知，当通电时间和通电电流相同时，电阻越大产生的热量就越多，形管中液面高度差就越高，所以可得右边容器中的电阻比左边容器中的电阻小，故C正确，不符合题意；
D．两个容器中的通电电流和通电时间相同，电阻大小不同，由Q＝I2Rt可知，电流通过两个电阻产生的热量不同，两个容器中空气吸收的热量不同，故D错误，符合题意。
故选D。
【变式2-2】（2022·湖南常德·中考真题）用如图所示的实验装置探究“电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”。以下说法中不正确的是（ ）
A．观察温度计的示数比较电流产生的热量
B．该实验装置可以探究通电时间一定时，导体产生的热量与电阻的关系
C．该实验装置还可以探究通电时间一定时，导体产生的热量与电流的关系
D．甲、乙两瓶中可以装质量相同的不同液体
【答案】D
【详解】A．电流做功产生热量，通过热传递使液体的温度升高，温度计的示数增大，观察温度计的示数比较电流产生的热量，这里体现了转换法，故A正确，A不符合题意；
B．该实验装置两电阻丝串联，电流相同，通电时间相同，电阻不同，产热不同，可以探究通电时间一定时，导体产生的热量与电阻的关系，故B正确，B不符合题意；
C．通过移动滑动变阻器，改变电路中的电阻，从而改变电路中的电流，观察温度计示数的变化，比较电流产生的热量，所以该实验装置还可以探究通电时间一定时，导体产生的热量与电流的关系，故C正确，C不符合题意；
D．质量相同的不同液体，比热容不同，吸热能力不同，吸收相同的热量温度变化不同，无法通过温度计的示数的变化比较产热的多少，故D不正确，D符合题意。
故选D。
【变式2-3】（2022·甘肃兰州·中考真题）现有“6V 3W”和“12V 6W”字样的甲、乙两只灯泡，不考虑灯丝电阻的变化，下列说法正确的是（ ）
A．通电时间相同时，甲灯泡消耗的电能一定比乙灯泡少
B．通电时间相同时，电流通过乙灯泡比甲灯泡做功一定快
C．两只灯泡串联工作时，甲灯泡产生的热量一定比乙灯泡少
D．两只灯泡并联工作时，干路中允许通过的最大电流为1A
【答案】C
【详解】A．在额定电压下工作时，通电时间相同时，据W=Pt知，甲灯泡消耗的电能一定比乙灯泡的少，但不是在额定电压下工作时，无法比较两灯消耗电能的多少，故A错误；
B．电功率是指电流做功快慢的物理量，在额定电压下工作时，电流通过甲灯做功一定比乙灯慢，但不是在额定电压下工作时，无法比较电流通过两灯做功的快慢，故B错误；
C．由题意知，两灯的额定电压分别为6V和12V，额定功率分别为3W和6W，据 知，两灯的电阻
，
即R甲D．由题意知，两灯正常工作时通过的电流分别为
，
两灯并联时，灯两端的电压相等，最大电压为6V，甲灯正常工作，通过乙灯的电流
允许通过干路的最大电流
I=I甲+I乙实=0.5A+0.25A=0.75A
故D错误。
故选C。
3、【题型3 焦耳定律的推导及其应用】
【例3】（2022·山东聊城·中考真题）以下说法正确的是（ ）
A．只有正电荷的定向移动才能形成电流
B．金属容易导电是因为内部有大量电子
C．导体的电阻越大，导体对电流的阻碍作用越大
D．电流通过用电器产生的热量等于消耗的电能
【答案】C
【详解】A．电荷的定向移动形成电流，不管是正电荷还是负电荷只要是发生定向移动都能形成电流，故A错误；
B．金属容易导电，是因为金属内部有大量的自由电子，自由电子定向移动时可以形成电流，故B错误；
C．电阻表示导体对电流阻碍作用的大小，导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大，故C正确；
D．用电器把电能转化成了各种形式的能，而内能只是其中的一种，故D错误。
故选C。
【变式3-1】（2022·湖北湖北·中考真题）某款家用电热取暖器有两个档位，它正常工作时，下列说法正确的是（ ）
A．取暖器的电热丝是由电阻率小、熔点高的材料制成
B．“高温”档一定比“低温”档产生的热量多
C．“高温”档一定比“低温”档的工作电阻大
D．连接电热丝的导线比电热丝的电阻小
【答案】D
【详解】A．取暖器中的电热丝的作用是发热，材料应电阻率大、熔点高，熔点高的目的是防止电热丝发热后熔化，故A错误；
B．高温挡的功率大，相同时间，高温挡产生的热量一定比低温挡产生的热量多，故B错误；
C．高温挡的功率大，家庭电路的电压为220V，电压一定，根据可知，高温挡的电阻小，故C错误；
D．接通电路后，连接电热丝的导线与电热丝是串联的，所以通过的电流相等，导线上产生的热量小，根据Q=I2Rt可知，导线的电阻小，故D正确。
故选D。
【变式3-2】（2022·河南·中考真题）如图所示，两个相同透明容器中密封着等量的空气。用该装置探究电流产生的热量与哪些因素有关时，下列说法正确的是（ ）
A．用U形管中液面高度差反映电流产生热量的多少
B．通电后可探究电流产生的热量与电流大小的关系
C．通电后可探究电流产生的热量与电阻大小的关系
D．通电一段时间后，左侧U形管中液面高度差较大
【答案】AC
【详解】A．电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但空气吸收热量后温度的变化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，故A正确；
BC．由图可知，左侧容器中的电阻丝与右侧容器中的电阻丝串联，通过的电流与通电时间相同，两个容器中的电阻丝阻值不同，因此装置可探究电流产生的热量与电阻的关系，故B错误，C正确；
D．已知右侧容器中的电阻丝阻值大于左侧容器中电阻丝阻值，则装置中右侧容器中的电阻丝产生的热量较多，因此右侧容器中的U形管液面高度差较大，故D错误。
故选AC。
【变式3-3】（2022·辽宁锦州·中考真题）如图甲所示电路，电源电压保持不变，R1、R2为定值电阻，R为滑动变阻器。闭合开关S1，断开开关S2，将R的滑片从b端移到a端过程中，两个电压表示数与电流表示数关系如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A．电源电压为4.5V
B．滑动变阻器的最大阻值为20Ω
C．R1的最小电功率为0.225W
D．闭合开关S1、S2，通电10s整个电路最多产生热量为36J
【答案】BCD
【详解】AB．由电路图知，S1闭合、S2断开时，三个电阻串联在电路中，电压表V1测R2两端的电压，V2测R2和R两端的总电压。电流表测电路中的电流。滑片由b端向a端移动的过程中，变阻器接入电路的阻值变小，电路的总电阻变小，据欧姆定律知，电路中的电流变大，则R2两端的电压变大，R2两端的电压变大，R两端的电压变小。由图乙知，当电路中的电流最小为0.15A时，V1的示数为1.5V，V2的示数为4.5V。此时变阻器接入电路的阻值最大，变阻器两端的电压
U滑=U2-U1=4.5V-1.5V=3V
变阻器的最大阻值
当变阻器接入电路的阻值为0时，R2两端的电压为3.0V，电路电流为0.3A。据串联电路的特点有
U-4.5V=0.15A×R1，U-3V=0.3A×R1
解以上两式得，电源电压及R1的阻值分别为
U=6V，R1=10Ω
故A错误，B正确；
C．R1的最小电功率
P1=I12R1=(0.15A)2×10Ω=0.225W
故C正确；
D．R2的阻值
闭合开关S1、S2，变阻器接入电路的阻值为0时，电路中的电流最大，此时电路中只有R2工作，通电10s整个电路最多产生的热量
故D正确。
故选BCD。
4、【题型4 综合与计算】
【例4】（2022·内蒙古通辽·中考真题）如图所示，电源电压恒定，R1=12Ω，R2=5Ω，滑动变阻器R3的规格是“20Ω 1.5A”，电流表的量程是0～3A，电压表的量程是0～15V。
（1）只闭合开关S，移动滑片，当电流表的示数为0.8A时，电压表示数为8V，求电源电压。
（2）将滑片移到最右端，闭合所有开关，在1min内R1产生多少热量？
（3）闭合所有开关，为保证电路安全，滑动变阻器接入电路的阻值范围应为多少？
【答案】（1）12V；（2）720J；（3）8～20Ω
【详解】解：（1）由图知道，当只闭合开关S时，R2和R3串联，电流表A测电路中的电流，电压表测R3两端的电压，由欧姆定律知道，此时R2两端的电压为
U2=IR2=0.8A×5Ω=4V
根据串联电路电压的规律，电源电压为
U=U2+U3=4V+8V=12V
（2）将滑片移到最右端，滑动变阻器接入电路的电阻最大，闭合所有开关，此时R2被短路，R1和R3并联，电压表测电源电压，电流表A测干路电流，由欧姆定律知道，通过R1的电流
流过滑动变阻器的电流为
由焦耳定律知道，1min内R1产生的热量为
（3）将滑片移到最右端，闭合所有开关时，由并联电路电流的规律知道，电流表A的示数为
I干=I1+I3=1A+0.6A=1.6A
由于干路电流最大为3A，滑动变阻器R3的规格是“20Ω 1.5A”，则通过滑动变阻器电流最大值为1.5A，此时滑动变阻器接入电路的电阻最小，为
故闭合所有开关，为保证电路安全，滑动变阻器接入电路的阻值范围为8～20Ω。
答：（1）电源电压是12V；
（2）将滑片移到最右端，闭合所有开关，在1min内R1产生的热量是720J；
（3）闭合所有开关，为保证电路安全，滑动变阻器接入电路的阻值范围应为8～20Ω。
【变式4-1】（2022·湖北·荆州市教育科学研究院中考真题）如图所示的电路中，电源电压恒定为4.5V，灯泡L上标有“2.5V；1.25W”字样（灯丝电阻不变），定值电阻R1阻值为15Ω，滑动变阻器R2的规格为“20Ω；1A”，电流表量程为0~0.6A，电压表量程为0~3V，求：
（1）小灯泡L的电阻；
（2）闭合开关S、断开开关S1、S2，电流表示数为0.3A，此时滑动变阻器R2连入电路的阻值；
（3）闭合开关S、S1、S2，滑动变阻器的滑片滑至最右端，通电1min定值电阻R1产生的热量；
（4）闭合开关S、S1、S2，在确保电路各元件安全的情况下，滑动变阻器R2的最大功率。
【答案】（1）；（2）；（3）；（4）
【详解】解：（1）由题意可得，小灯泡的电阻为
（2）闭合开关S，断开S1、S2时，灯泡L与滑动变阻器R2串联，电压表测灯L两端电压，电流表测电路中的电流，所以电路总电阻为
所以滑动变阻器此时接入电路的电阻为
（3）闭合开关S、S1、S2时，R1与R2并联，灯泡L和电压表被短接，所以此时R1两端的电压为
根据欧姆定律可得，R1所在支路的电流为
所以通电1min定值电阻R1产生的热量为
（4）因为电流表量程为0~0.6A，所以干路中的电流最大为0.6A，又因为R1所在支路的电流为0.3A，所以R2所在支路允许通过的最大电流为
因为R2两端的电压为
所以R2的最大功率为
答：（1）小灯泡L的电阻为。
（2）滑动变阻器R2连入电路的阻值为。
（3）通电1min定值电阻R1产生的热量为81J。
（4）滑动变阻器R2的最大功率为1.35W。
【变式4-2】（2022·湖南长沙·中考真题）某电热水壶有加热和保温两挡，简化电路如图所示。其中、为电热丝（不考虑其电阻变化）。已知该壶的额定电压为220V，只闭合开关时，电路中的电流为0.5A。
（1）求电热丝的阻值；
（2）只闭合开关时，求电热水壶的电功率；
（3），求使用加热挡时电热水壶在10s内产生的热量。
【答案】（1）440Ω；（2）110W；（3）12100J
【详解】（1）只闭合开关时，此电路是只有R1的电路，电路中的电流为0.5A，根据欧姆定律I=可得

（2）根据电功率的计算公式P=UI，可得
P=UI=220V0.5A=110W
（3）开关S1、S2闭合，是加热挡，R1、R2并联，通过R2的电流为
通过R1的电流为0.5A，则并联电路的总电流为
则并联电路的总电阻为
根据焦耳定律可得
答：（1）电阻R1的阻值为440Ω；
（2）电热水壶的电功率110W；
（3）电热水壶在10s内产生的热量为12100J。
【变式4-3】（2022·甘肃金昌·中考真题）厨艺最讲究“火候”二字，如图甲所示的智能蛋糕机就是通过智能化技术控制制作时间和温度，制作出口感好、营养价值高的蛋糕。该蛋糕机的电路简图如图乙所示，其中R1、R2均为发热电阻（假定电阻不随温度变化），部分参数如下表所示。求：
（1）当开关S1断开，单刀多掷开关S2打到3时，蛋糕机处于 ___________档（选填“高温”、“中温”或“低温”）；
（2）该蛋糕机以高温挡正常工作时，10分钟产生的热量；( )
（3）该蛋糕机正常工作时R2的电阻值；( )
（4）该蛋糕机低温挡的额定功率。( )
【答案】 低温 660000J 22Ω 176W
【详解】（1）[1]当开关S1断开，单刀多掷开关S2打到3时，此时电阻R1、R2串联，根据欧姆定律可知，此时电路中电流最小，再根据电功率公式P＝UI可知，电路中消耗的电功率最小，由参数表可知，此时蛋糕机处于低温档。
（2）[2]蛋糕机在工作过程中将电能完全转化为了内能，所以蛋糕机以高温档正常工作10min产生的热量为
Q＝W＝Pt＝1100W×10×60s＝660000）J
（3）[3]由题意可知，当R1、R2并联接入电路中时，电路中的总电阻最小，电路中的总电流最大，此时为高温档；当R1单独接入电路中时，电路中的总电阻较小，电路中的电流较大大，此时为中温档；当电阻R1、R2串联接入电路时，电路中的总电阻最大，电路中的总电流最小，此时为低温档；
当R1单独接入电路中时，电源电压为
U＝220V
电路总的电功率为
P中＝880W
根据电功率公式P＝UI可知，中温档时电路中通过R1的电流为
根据公式可得
当当R1、R2并联接入电路中时，因为电源电压不变，根据并联电路中电流的规律可知
I总＝I1＋I2
此时为高温档，根据公式P＝UI可知
所以通过电阻R2电流
I2＝ I总－I1＝5A－4A=1A
根据公式可得，电阻R2的阻值为
（4）[4]当电阻R1、R2串联接入电路时，电路中的总电阻
R总= R1+R2=220Ω+55Ω=275Ω
电路中的电流为
根据电功率公式P＝UI可知，电路的总功率为
P＝UI=220V×0.8A=176W
所以低温档的额定功率为176W。额定电压/V
220
额定功率/W
高温1100
中温880
低温