第18.4讲 焦耳定律【教材为纲·探题源】-2024年中考物理一轮复习讲义

这是一份第18.4讲 焦耳定律【教材为纲·探题源】-2024年中考物理一轮复习讲义，文件包含第18-4讲焦耳定律教材为纲·探题源-2024年中考一轮复习讲义原卷版docx、第18-4讲焦耳定律教材为纲·探题源-2024年中考一轮复习讲义解析版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共45页， 欢迎下载使用。
知识点1：电流的热效应
生活中，许多用电器接通电源后，都伴有热现象产生。电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。

实验表明，在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。，在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。
【典例探究】将规格都是“220V 180W”的一台电冰箱、一台电脑和一床电热毯，分别接入同一家庭电路中，若通电时间相同，则下列说法正确的是
A．电冰箱产生的热量最多B．电脑产生的热量最多
C．电热毯产生的热量最多D．三者产生的热量一样多
【解题思路】由题意知，三种用电器的额定电压都是220V，额定功率都是180W；家庭电路电压是220V，把这三个用电器接入家庭电路，三个用电器都正常工作，实际功率相同都等于额定功率，通电时间相同，根据可知消耗的电能相同；通过分析三种用电器工作时的能量转化情况，找出产生热量最多的用电器。
【答案】C
【解析】接在家庭电路中，U=220V，三种用电器的实际功率
由于W=Pt，用电器工作时间t相等，所以三种用电器消耗的电能相同；电冰箱与电风扇工作时，主要把电能转化为机械能，产生的热量很小，电热毯工作时电热丝产生热量，把电能全部转化为热量；因此产生热量最多的是电热毯。故选C。
知识点2：焦耳定律
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：
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。这个规律叫做焦耳定律（Jule law）。
如果热量用Q表示，电流用I 表示，电阻用R表示，时间用t 表示，则焦耳定律为
Q = I2Rt
电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，而没有同时转化为其他形式的能量，那么，电流产生的热量Q就等于消耗的电能W，即Q = W = UIt。再根据欧姆定律U = IR，就得到Q = I2Rt。
可见，在消耗的电能全部用来产生热量的情况下，根据电功的公式和欧姆定律的公式推导出来的结论与焦耳定律一致。

电炉通过导线接到电路中，流过导线的电流全部流过电炉丝，导线中的电流跟电炉丝中的电流相等。通过前面的学习我们已经知道，导线的电阻很小，1 m长的电线，电阻不过百分之几欧姆，而电炉丝的电阻可达几十欧姆到上百欧姆。所以，当通过的电流相等时，电炉丝很热，而导线却不热。
电热的利用和防止
生活中和许多产业中都要用到电热。家里的电热水器、电饭锅、电熨斗，养鸡场的电热孵化器，都是利用电热的例子。
但是，很多情况下我们并不希望用电器的温度过高。电视机的后盖有很多孔，就是为了通风散热，使用时一定要把防尘的布罩拿开。电脑运行时温度会升高，需要用微型风扇及时散热。过多的电热如果不能及时散失，会产生许多安全隐患。
【典例探究1】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（ ）
【答案】A
【解析】由并联电路的特点知道，R1、R2的电压是相同的，由图乙知道，在电压相同时，通过R1、R2的电流之比是2:1；由知道，R1、R2的电阻之比为1:2；由图甲知道，闭合开关S，则通电时间相同，由知道，产生的热量与电阻成反比，故R1、R2产生的热量之比是2:1，故选A。
【典例探究2】某手机电池容量为4200 mAh，，电池电压为3.7 V。用一个标有“输出5 V 4 A”的快速充电器，将手机电池从零电量充满。充电效率为84%，需要______min。快充充电线比普通手机充电线要粗一些，这是因为正常工作时，通过快充充电线的______较大。
【答案】55.5 电流
【解析】[1]手机电池充满电需要的电能为

设需要充电时间为t1，则

代入数据
解得
[2]快充充电线的电流比普通手机电流要大，所以充电线要粗一些，使得导线电阻要小一些，可以减小电流热效应产生的热量。
【典例探究3】某物理学习小组进行“探究电流相同时通电导体产生热量的多少跟电阻的关系”时，可供选用的器材有：6V电源，5Ω的发热电阻两只，10Ω的发热电阻两只，量程适合的温度计两只，规格相同的烧瓶两只，水，酒精，煤油，开关，导线若干。
（1）他们设计了图甲和图乙所示的两个方案，本实验应该选用图___________所示方案。
（2）所选方案中两发热电阻的阻值应________ ，两个烧瓶内的液体应为质量_________的_______种类的液体。（均填“相同”或“不同”）
（3）已知比热容的大小为c水>c酒精>c煤油，为了缩短实验时间，应选用的液体是_______。完成上述实验后，实验小组利用以上器材，又添加了天平、烧杯、停表等器材，设计了“测定酒精的比热容”的实验。已知在本次实验条件下，水的沸点为100℃，酒精的沸点为78℃，忽略热量散失。
（4）实验小组认为图甲和图乙所示两个方案均可行，为了让两种液体相同时间内吸收的热量相同，不论选择哪种方案，两发热电阻的阻值应___________ （填“相同”或“不同”）。
（5）方案选定后，实验过程如下：
①将天平放在水平实验台上，把游码拨到标尺左端的零刻度线处，观察到指针偏向分度盘的左侧，向右调节___________，直至天平平衡。用烧杯和天平测量出质量相等的水和酒精，分别装入两个烧瓶里。
②记下两种液体的初始温度，接通电路，加热一段时间后，记下液体的末态温度。该实验过程中应保证酒精的温度低于___________。
③根据表中数据可得酒精的比热容为___________J/（kg·℃）。
（6）结合表中数据进一步分析，可知实验过程中选择的是图___________所示方案。
【答案】 甲 不同 相同 相同 煤油 相同 右 78℃ 2.4×103 乙
【解析】（1）[1]电流通过导体产生的热量与通过的电流、导体的电阻和通电时间有关，研究与其中一个因素的关系时，要控制另外两个因素不变。 探究电流相同时通电导体产生热量的多少跟电阻的关系时，要控制通电时间相同，只改变电阻的大小，根据串联电路各处的电流都相等（甲乙方案中通电时间都相等），本实验应该选用图甲所示方案。
（2）[2]根据[1]可知，所选方案中两发热电阻的阻值应不同。
[3][4]实验中电流产生的热量不易直接测量，可给质量相等的同种液体（比热容相同）加热，根据
通过温度计示数变化的多少反映产生热量的多少，采用了转换法。故两个烧瓶内的液体应为质量相同的相同种类的液体。
（3）[5]已知比热容的大小为c水>c酒精>c煤油，根据，质量相同的液体升高相同的温度，比热容越小，吸热越少，故为了缩短实验时间，应选用的液体是煤油。
（4）[6]实验小组认为图甲和图乙所示两个方案均可行，为了让两种液体相同时间内吸收的热量相同，根据Q=I2Rt，对甲图而言，两发热电阻要相同；对乙图而言，两电阻并联，由并联电路各支路电压相等，根据
可知，两发热电阻的阻值也应相同，即无论选择哪种方案，两发热电阻的阻值应相同。
（5）①[7]将天平放在水平实验台上，把游码拨到标尺左端的零刻度线处，根据指针偏转的方向，平衡螺母调节的原则是：左偏右调，右偏左调。故观察到指针偏向分度盘的左侧，即向右调节平衡螺母，直至天平平衡。
②[8]因酒精的沸点为78℃，故该实验过程中应保证酒精的温度低于78℃。
③[9]电阻丝相同，相同时间放出的热量相同，因忽略热量散失，水吸收的热量等于酒精吸收的热量，根据有
即
故酒精的比热容为
（6）结合表中数据，实验过程中，电阻丝放出的热量为
若用甲方案，用两个5Ω的发热电阻，根据串联电阻的规律及欧姆定律，电路的电流为
根据焦耳定律Q=I2Rt，产生的热量为
Q1=I12Rt=(0.6A)2×5Ω×420s=756J
若选用两个10Ω的发热电阻，同理，电路的电流为0.3A，产生的热量为
Q2=I22Rt=(0.3A)2×10Ω×420s=378J
两种情况下电阻丝产生的热量都不等于3024J，故可知实验过程中选择的不是图甲所示的方案，只能是图乙所示方案（根据可知，实验中选用的两个5Ω的发热电阻）。
一、单选题
1．（2023·黑龙江大庆·统考中考真题）下面几个实验探究， 研究方法相同的是（ ）
①探究“声音的产生条件”时，利用扬声器上泡沫塑料小球的跳动说明声源在振动
②探究“压力的作用效果与哪些因素有关”时，保持压力相同，改变受力面积
③探究“电流产生热量与哪些因素有关”时，保持电阻和通电时间相同，改变电流大小
④探究“同一直线上二力的合成”时，一个力与两个力分别使橡皮筋产生相同形变量
A．①和④B．②和③C．①和③D．②和④
【答案】B
【解析】①．探究“声音的产生条件”实验时，利用扬声器上泡沫塑料小球的跳动说明声源在振动，采用的是转换法；
②．探究“压力的作用效果与哪些因素有关”时，保持压力不变，改变受力面积，采用的是控制变量法；
③．探究“电流产生热量与哪些因素有关”时，保持电阻和通电时间相同，改变电流大小，采用的是控制变量法；
④．探究“同一直线上二力的合成”时，一个力与两个力分别使橡皮筋产生相同形变量，采用的是等效替代法；
综上，研究方法相同的是②③。故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
2．（2023·福建·统考中考真题）下列利用电流热效应工作的用电器是（ ）
A．电视机B．电风扇C．电脑D．电炉
【答案】D
【解析】A．电视机工作时电能不是主要转化为内能，不是利用电流热效应工作的，故A不符合题意；
B．电风扇工作时电能主要转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故B不符合题意；
C．电脑工作时电能不是主要转化为内能，不是利用电流热效应工作的，故C不符合题意；
D．电炉工作时电能主要转化为内能，是利用电流热效应工作的，故D符合题意。
故选D。
3．（2023·湖南湘潭·统考中考真题）取口香糖锡纸，剪成如图所示形状，其中 AB和CD段等长。戴好防护手套，将锡纸条（带锡的一面）两端连接电池正、负极，如图所示，发现锡纸条很快开始冒烟、着火。下列分析正确的是（ ）

A．通过 AB和CD段的电流不相等B．正常情况下， AB段会先着火
C．AB和 CD段的电压相等D．AB和 CD段的电阻相等
【答案】B
【解析】根据电阻的影响因素可知，导体的材料、长度相同时，导体的横截面积越小，电阻越大，所以AB段导体的电阻大。
A．因为AB和CD段串联，根据串联电流规律可知，电流相等，故A错误；
B．根据可知，其他条件相同时，电阻越大，产生的电热越多，越容易着火AB段电阻大，所以越容易着火，故B正确；
C．根据可知，电阻越大，电压越大，AB段的电压大，故C错误；
D．根据分析可知，两段导体AB段的电阻大，故D错误。
故选B。
二、填空题
4．（2023·江苏泰州·统考中考真题）小华将电阻丝和分别浸没在质量和初温均相同的煤油中，按如图所示接入电路，开关闭合后，通过两电阻丝的 相等，根据温度计示数的变化可比较电阻丝产生 的多少，通电一段时间，发现甲瓶中温度计的示数上升 。

【答案】 电流 热量 高
【解析】[1]如图所示，两电阻丝串联，通过的电流相等。
[2]电阻丝通电后产生热量，热量被煤油吸收，导致煤油温度升高，所以可根据温度计示数的变化可比较电阻丝产生热量的多少。
[3]如图所示，两电阻丝串联，通过的电流相等，通电时间相同，且R1>R2，通电一段时间后，根据焦耳定律可知，电阻丝 R1产生的热量多，由于瓶内的煤油质量、初温相同，不考虑热量损失，甲瓶中温度计的示数上升高。
5．（2023·山东济南·统考中考真题）1953年我国第一条220kV高压输电线路工程破土动工，1981年500kV超高压输变电工程正式投入运行，2009年1000kV特高压交流试验示范工程投入商业运行，我国高压输电技术从“跟跑”到“领跑”，已成为中国制造的“金色名片”。为什么远距离输电的电压越来越高？原来，当电流通过输电线时，由于电流的热效应，输电线上就不可避免地有电能损失。在输电线电阻一定的情况下，要减小输电线上的电能损失，就要尽可能减小 ；为了在一定时间内输送更多的电能，就应该采用 来输电。
【答案】 输电电流 更高电压
【解析】[1][2]在输电时，尽可能减小输电电流，在输电线电阻一定的情况下，由P=I2R可知输电线上损失的功率较小，由P=UI可知，在输送电功率不变的情况下，要减小电流，必须提高电压，所以远距离输电主要采取高压输电的方式来减少线路上的电能损失。
6．（2023·黑龙江哈尔滨·统考中考真题）如图所示，电源电压3V，，先闭合开关，再闭合开关，电流表示数将 （选填“变大”或“变小”）；当闭合，断开时，通电10s，电流通过产生的热量是 J。

【答案】 变大 4.5
【解析】[1] 先闭合开关，再闭合开关，电路中电阻由和串联变为只有接入电路，电路中电阻变小，由可得，电流表示数变大。
[2]当闭合，断开时，由和串联，通过的电流
通电10s，电流通过产生的热量
7．（2023·江苏无锡·统考中考真题）如图所示，是超市常用的塑料袋封口夹电路原理图，电源电压为，电热丝R阻值为。闭合开关S，电热丝温度升高，利用电流的 效应实现高温封口，内产生的热量为 J，若使用时总把塑料袋烫坏，可以 （选填“增大”或“减小”）电热丝的阻值。

【答案】 热 75 增大
【解析】[1]塑料袋封口夹是当电热丝有电流通过时，电热丝能发出热量，所以利用电流的热效应实现高温封口的。
[2]电源电压为 5V ，电热丝R阻值为 1Ω ，则3s 内产生的热量
[3]使用时总把塑料袋烫坏，即产生热量过多，则需要减小电热丝的功率，由可知，电压一定时，增大电阻，可以减小电热丝的功率。
8．（2023·辽宁本溪·统考中考真题）小明为了探究电流产生的热量与电流大小的关系，利用阻值相等的电阻丝R1、R2、R3，设计了如图甲所示电路，将电阻丝R3和 （填“R1”或“R2”）分别放在如图乙所示的两个相同装置中，实验通过U形管中 反映电阻丝产生热量的多少；通过实验分析可知，当电阻和通电时间相同时，通过电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越 。
【答案】 R1 液面高度差 多
【解析】[1]为了探究电流产生的热量与电流大小的关系，应采用控制变量法，控制电阻和通电时间相同，电流不同，故应选用R3和R1进行实验，因为在电路中R2起到给R3分流的作用，使R3和R1的电流不同。
[2]实验中采用两个相同的U型管，产生的热量越多，U型管液面的高度差就越大，实验通过U形管中液面高度差来反映电阻丝产生热量的多少。
[3]电流的热效应与电阻有关，在电阻和通电时间一定时，流过电阻的电流越大，产生的热量越多。
三、计算题
9．（2023·四川德阳·统考中考真题）如图甲所示，电路中电源电压保持不变，电压表量程可选，电流表量程0~1.2A，滑动变阻器R2（最大阻值未知），定值电阻R3=100Ω。闭合开关S1、S3，断开开关S2，将滑动变阻器R2的滑片从b端移动到a端，流过定值电阻R1的电流与其两端的电压关系图像如图乙所示。求：
（1）定值电阻R1的阻值和滑动变阻器R2的最大阻值；
（2）若闭合开关S2、S3，断开开关S1，使R2的滑片位于滑动变阻器的中点位置c，整个电路通电100s产生的电热；
（3）若闭合开关S1、S3，断开开关S2，若电压表的量程为0~15V，在保证电路元件都安全的情况下，调节滑动变阻器的滑片，电路总功率的变化范围。

【答案】（1）10Ω，50Ω；（2）720J；（3）2.4W~14.4W
【解析】解：（1）闭合开关S1、S3，断开开关S2，滑动变阻器R2的滑片在a端时，此时只有定值电阻R1接入电路，由乙图可知，此时电路中的电流最大，故流过定值电阻R1的电流为I1=1.2A，此时电压表的示数等于电源的电压为U1=12V；定值电阻R1的阻值
滑动变阻器R2的滑片在b端时，滑动变阻器最大值R2与R1串联，此时流过定值电阻R1的电流最小，由乙图可知，流过定值电阻R1的电流为I2=0.2A，R1两端的电压为U'=2V，滑动变阻器的电压
U2=U-U'=12V-2V=10V
滑动变阻器的最大阻值
（2）电源电压保持不变，若闭合开关S2、S3，断开开关S1，电阻R2与R3并联，电流表测干路电流，使R2的滑片位于中间位置c点，滑动变阻器接入电路的电阻为R'=25Ω，此时通过滑动变阻器R2的电流
通过R3的电流
干路中的电流
I干=I3+I'2=0.12A+0.48A=0.60A
整个电路通电100s产生的电热为
Q=UI干t=12V×0.60A×100s=720J
（3）若闭合开关S1、S3，断开开关S2，滑动变阻器R2的滑片在b端时，滑动变阻器R2与R1串联，变阻器连入电路的电阻最大，此时R1两端的电压为2V，电流为0.2A，电路中的电流最小，电路的功率最小，最小功率为
Pmin=UImin=12V×0.2A=2.4W
滑动变阻器R2的滑片在a端时，接入电路的电阻最小，电路中的电流最大，尽管电压表的量程0~15V，但电源电压为12V，此时电压表的示数最大值为12V，根据图像知，此时电流为1.2A；电路的最大功率
Pmax=UImax=12V×1.2A=14.4W
电路总功率的变化范围为2.4W~14.4W。
答：（1）定值电阻R1的阻值是10Ω，滑动变阻器R2的最大阻值50Ω；
（2）若闭合开关S2、S3，断开开关S1，使R2的滑片位于滑动变阻器的中点位置c,整个电路通电100s产生的电热720J；
（3）若闭合开关S1、S3，断开开关S2，若电压表的量程为0~15V，在保证电路元件都安全的情况下，调节滑动变阻器的滑片，电路总功率的变化范围是2.4W~14.4W。
10．（2023·黑龙江大庆·统考中考真题）图甲为某品牌饮水机及其铭牌，图乙为其内部简化电路图，该饮水机有加热和保温两个挡位。R1、R2均为电热丝，当热水箱中水温降至70℃时通过自动开关S2切换到加热挡，当温度达到100℃时自动切换到保温挡，饮水机始终在额定电压下工作，已知c水=4.2×103J/（kg·℃）。求：
（1）电热丝R1的阻值；
（2）热水箱中的水由70℃加热到 100℃所吸收的热量；
（3）饮水机处于保温挡工作22s时间内电热丝R1产生的热量。

【答案】（1）440Ω；（2）；（3）2000J
【解析】解：（1）由图乙可知，当开关S1闭合，开关S2接b时，电路中只有R2，由可知，饮水机处于加热状态，则R2的阻值为
当开关S1闭合，开关S2接a时，R1和R2串联，总电阻最大，由可知，饮水机处于保温状态，则此时电路的总电阻为
则电热丝R1的阻值为
（2）根据可得，热水箱中的水由70℃加热到 100℃所吸收的热量为
（3）当饮水机处于保温挡工作时，由欧姆定律可得，电路中电流为
根据串联电路的电流特点和可得，饮水机处于保温挡工作22s时间内电热丝R1产生的热量为
答：（1）电热丝R1的阻值为440Ω；
（2）热水箱中的水由70℃加热到 100℃所吸收的热量为；
（3）饮水机处于保温挡工作22s时间内电热丝R1产生的热量为2000J。
11．（2023·甘肃金昌·统考中考真题）如图所示，电源电压为9V且保持不变。闭合开关后，电流表的示数为0.4A，电阻。求：
（1）电流表的示数；
（2）1分钟内，电阻上产生的热量。

【答案】（1）1A；（2）324J
【解析】解：由电路图可知，、并联，电流表测支路的电流，电流表测干路电流。
（1）因并联电路中各支路两端的电压相等，则流过电阻的电流为
电流表A2的示数为
（2）1分钟内，电阻上产生的热量为
答：（1）电流表的示数是1A；
（2）1分钟内，电阻上产生的热量是324J。
四、实验题
12．（2023·云南·统考中考真题）实验小组在老师的指导下探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”。同学们在烧瓶内安装一根电阻丝，装入适量的煤油，插入一支温度计，设计了如图甲所示的电路。

（1）用笔画线代替导线，将图甲的电路连接完整。要求滑动变阻器的滑片向右移动时，电流表示数变大，且导线不交叉 ；
（2）闭合开关后，发现电流表指针未偏转，经检查仅电阻丝R有故障，则电阻丝R （选填“短路”或“开路”）。排除故障后进行实验，实验中通过观察 来比较相同时间内不同电流产生热量的多少；
（3）调节滑动变阻器改变电流的大小，经过多次实验发现：电阻丝阻值和通电时间一定时，电流I越大，通电导体产生的热量Q越多。小明猜想：当电阻和通电时间一定时，Q可能与I成正比。随后在老师帮助下，实验小组测出了多组Q与I的数据。请提出一种判断小明猜想是否正确的方法： ；
（4）同学们进一步学习了解到：物理学家焦耳1840年就确定了当电阻和通电时间一定时，电流产生的热量跟电流的二次方成正比的关系。生活中利用电热工作的家用电器有 （请举一例）；
（5）若要探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，可选择图乙中 （选填“A”或“B”）烧瓶中的电阻与图甲烧瓶中的电阻 联（选填“串”或“并”）进行实验。
（6）本实验应用的研究方法有转换法和 法。
【答案】 开路 温度计示数的变化 见解析 电热水壶 B 串 控制变量
【解析】（1）[1]滑动变阻器的滑片向右移动时，电流表示数变大，则滑动变阻器接入电路的阻值变小，则滑动变阻器应接右下的接线柱，如图所示：

（2）[2]闭合开关后，发现电流表指针未偏转，说明电路没有电流通过，经检查仅电阻丝R有故障，故电阻丝R断路，即开路。
[3]实验中通过移动滑片，使烧瓶中电阻丝通过的电流不同，产生的热量不同，则烧瓶中的煤油吸收的热量不同，则温度计示数的变化不同，故通过观察温度计示数的变化来比较相同时间内不同电流产生热量的多少。
（3）[4]想验证猜想：“当电阻和通电时间一定时，Q可能与I成正比。”是否正确，根据测出的多组Q与I的数据画出对应的Q～I图像，再根据图像判断猜想是否正确，若图像是一条过原点的直线，则猜想正确；若不是一条过原点的直线，则猜想不正确。
（4）[5]生活中利用电热工作的家用电器有电热水壶。
（5）[6][7]要探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，则电阻应不同，而通过导体的电流要相同，故应将两电阻串联，由图甲可知，烧瓶中的电阻是20Ω，所以应选择电阻为30Ω的B烧瓶串联进行实验。
（6）[8]电流通过导体产生的热量受电流的大小、电阻、通电时间的影响，则应该应用控制变量法进行探究。
一、单选题
1．（2023·湖北宜昌·统考一模）2023年3月8日，美国罗切斯特大学宣布研发出一种在室温下超导的材料（电阻为零），立即引起国际科学界的极大兴趣和质疑。超导材料可以（ ）
A．用作导线实现远距离无损耗的电能输送
B．用1kW·h的电能使1kW电动机工作2h
C．制成更轻便的电热毯
D．制成大功率的电炉丝
【答案】A
【解析】A．因为超导体的电阻为零，通电后不会发热，超导体用作导线实现远距离无损耗的电能输送，故A符合题意；
B．电动机工作的时间为
故B不符合题意；
C．因为超导体的电阻为零，通电后不会发热，不能制成电热毯，故C不符合题意；
D．因为超导体的电阻为零，通电后不会发热，不能制成大功率的电炉丝，故D不符合题意。
故选A。
2．（2023·云南昆明·统考一模）图甲所示电路中，电源电压不变，R2是“20Ω，1A”的滑动变阻器，R1是定值电阻，电压表量程为0~15V。闭合开关S，在保证电路元件安全的情况下，滑片移动过程中，电压表示数与滑动变阻器接入电路的电阻的变化情况如图乙所示。下列说法正确的是（ ）

A．电源电压为10V
B．R1的阻值为10Ω
C．R2的最大功率是4.5W
D．当滑动变阻器调至最右端，通电1min，电流通过R1产生的热量为1080J
【答案】C
【解析】AB．由图知，两电阻串联，电压表测R1两端电压，由串联电路特点知，在电路安全情况下，变阻器连入阻值最小时，电压表示数最大，由图像知此时电压表示数为
变阻器连入阻值
由欧姆定律可得此时电路中电流
电源电压
……①
当变阻器连入阻值最大时，电压表示数最小，由图像知此时电压表示数
变阻器连入阻值
此时电路中电流
电源电压
……②
电源电压不变，由①②可得
解得
电源电压
故AB错误；
C．R2的功率等于电路总功率（）减去定值电阻的功率（），所以R2的功率
整理得
这是一个开口向下的抛物线，当
时，P2有最大值
故C正确；
D．根据滑动变阻器的规格可知，滑动变阻器允许通过的最大电流为1A，滑动变阻器向右移动的过程中，当滑动变阻器接入电路中的阻值为4Ω时，电路中的总电阻为
通过电路中的电流
继续向右移动滑片，电路中的总电阻变小，电路中的电流大于1A时，滑动变阻器会烧杯，所以当滑动变阻器调至最右端的过程中，滑动变阻器被烧坏，电路开路，没有电流，则通电1min，电流通过R1产生的热量无法计算，故D错误。
故选C。
3．（2023·吉林长春·统考一模）我国成都青年曹原，解决了困扰世界物理学家多年的难题，取得了在石墨烯超导领域中的重大突破。超导材料能用来制作（ ）
A．电炉丝B．输电导线
C．发光二极管D．电位器中的电阻丝
【答案】B
【解析】A．电炉丝需要将电能转化为内能，电阻为0无法将电能转化为内能，故A不符合题意；
B．用超导体做输电导线，可以减小由电能到内能的损耗，提高传输效率，故B符合题意；
C．制作发光二极管的材料是半导体，故C不符合题意；
D．电位器中的电阻丝利用调节长度的方法改变电阻，不能用超导体制作，故D不符合题意。
故选B。
二、实验题
4．（2023·广东深圳·红岭中学校考三模）（1）综合实践课上，小微同学用“伏安法”测量小灯泡正常发光时的电阻，选用的小灯泡L标有“”字样、电源电压恒为、滑动变阻器规格为“”。

①请在图甲中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接；
②闭合开关进行实验，移动滑动变阻器的滑片P过程中，她应注视 （选填“电压表”、“电流表”或“滑动变阻器”）的变化情况；
③当电压表示数为时，电流表的示数如图乙所示，则小灯泡正常发光时的电阻 Ω。她发现小灯泡电阻发生了变化，其原因是灯丝电阻受 的影响；
（2）如果把甲电路图中小灯泡换成一系列的定值电阻，该电路图还可以探究电流与电阻的关系。步骤如下：
①将的定值电阻接入电路，调节滑动变阻器的滑片P，使电压表示数为，读出电流表的读数。
②不改变①的滑动变阻器的滑片位置，直接用的电阻替换的电阻，闭合开关后，应 （选填“向左”或“向右”）移动滑片才能继续完成实验；
③在、、、这一系列定值电阻中，当定值电阻换为 时，使用该滑动变阻器无法完成该组实验；
（3）如图丙装置可以探究电流通过导体时产生的热量与 有关，图中的作用是分电流，所以与的阻值 （选填“一定”或“不一定”）要相同。为了使左右两个U形管内液面高度差差异更大，应选用 （从、和的定值电阻中选出一个定值电阻）。如果将也放入右侧封闭容器内，通电一段时间后，两容器中电阻丝产生热量的大小关系为 。
A．左侧容器产生的热量多
B．右侧容器产生的热量多
C．左右两侧产生的热量一样
【答案】 电压表 9.6 温度 向右 25Ω 电流 不一定 2Ω A
【解析】（1）①[1]由图乙可知，电流表选用0~0.6A的量程，故图甲中将电流表小量程与开关串联在电路中，如下图所示：

②[2]当灯泡两端电压为额定电压时，灯泡正常发光，故闭合开关进行实验，移动滑动变阻器的滑片P过程中，她应注视电压表的变化情况。
③[3]当电压表示数为2.5V时，电流表的示数如图乙所示，电流表选用0~0.6A的量程，分度值0.02A，其示数为0.26A，则小灯泡正常发光时的电阻为
[4]小灯泡电阻发生了变化是因为灯丝电阻受温度的影响，随温度的升高而增大。
（2）②[5]实验中，当把10Ω的电阻换成15Ω的电阻后，根据分压原理，电阻两端的电压变大，研究电流与电阻关系时要控制电压不变，根据串联电路电压的规律，要增大滑动变阻器两端的电压，由分压原理，要增大滑动变阻器电阻阻值，故应向右移动滑片才能继续完成实验。
③[6]在探究电流与电阻的关系实验中，应控制定值电阻两端电压UV=2V不变，根据串联电路电压规律，滑动变阻器两端电压为
U滑=U-UV=4.5V-2V=2.5V
定值电阻两端电压是滑动变阻器两端电压的
因为滑动变阻器的最大电阻为25Ω，当滑动变阻器的电阻最大时，定值电阻阻值也最大；根据串联分压原理，定值电阻阻值为
R大=0.8R滑大=0.8×25Ω=20Ω
故当定值电阻换为25Ω时，使用该滑动变阻器无法完成该组实验。
（3）[7][8][9]图丙中，容器内电阻的阻值相同；右容器内一个电阻丝与容器外的一个电阻丝并联后再与左容器内一个电阻丝串联，根据串联、并联电路电流的规律，通过右容器内电阻丝的电流小于左容器内电阻丝的电流，故该装置探究的是电流产生的热量与电流有关。为了使实验现象更明显，可以将R3的阻值换成更小的，这样分流更多，R1和R2发热多少对比更明显，所以R2与R3的阻值不一定要相同，故R3应选用2Ω定值电阻。
[10]将图乙右侧容器外并联的电阻丝也放入右侧容器内，根据并联电阻小于其中任一电阻，即并联后的电阻小于5Ω，而通过的电流和通电时间相同，左侧容器内电阻较大，通电一段时间后，左侧容器产生的热量多；故选A。
5．（2023·江苏泰州·统考一模）（1）如图甲是小明研究“短路引起熔丝熔断”的实验装置，他增加一根导线，并将此导线接在 （选填“AC”、“BC”或“BD”）两点间，闭合开关，造成短路，可引起熔丝熔断；熔丝熔断前，导线AB中的电流 熔丝CD中的电流（选填“大于”、“等于”或“小于”）；在实际生活中，除短路外， 也会引起电路中的电流过大而将熔丝熔断；

（2）小明利用如图乙所示的电路探究“电功与电流的关系”；
①图中两只灯泡工作时的电阻要 （选填“相同”或“不同”）；
②小明闭合开关后，发现甲灯泡不亮，电流表A1无示数，但乙灯泡发光，电流表A2有示数。为排除故障，接下去他应该尝试进行的最合理的操作是 ；
A．检查滑动变阻器的滑片是否接触不良
B．将甲灯泡换成一个好的同规格灯泡
C．拧紧甲灯泡及它和电流表A1相连的两接线柱
③小明排除故障，正确操作，得到了正确的结论，支持该结论的实验现象是 。
【答案】 BD 等于 总功率过大（或超负荷运行） 不同 C 较亮灯泡支路中的电流表示数较大（或电流表示数较大的支路中灯泡较亮，意思相同即可）
【解析】（1）[1]如图甲是小明研究“短路引起熔丝熔断”的实验装置，他增加一根导线，并将此导线接在BD两点间，闭合开关，造成短路，可引起熔丝熔断。
[2][3]熔丝熔断前，导线AB中的电流等于熔丝CD中的电流，在实际生活中，除短路外，用电器的总功率过大也会引起电路中的电流过大而将熔丝熔断。
（2）[4]图中两只灯泡工作时的电阻要不同，在电压相同时，电流不同。
[5]小明闭合开关后，发现甲灯泡不亮，电流表A1无示数，但乙灯泡发光，电流表A2有示数。为排除故障，接下去应该用拧紧灯泡和接线柱的方法检查灯泡甲所在的支路是否因为接触不良造成断路。故C符合题意，AB不符合题意。
[6]小明排除故障，正确操作，得到了正确的结论，支持该结论的实验现象是：电流表示数越大的那条支路上的灯泡越亮。
三、计算题
6．（2023·内蒙古呼和浩特·统考一模）如图所示，电源电压恒定，R1、R2为定值电阻，R2=20Ω，灯泡L标有“6V 3W”字样。求：
（1）当S、S1、S2都闭合时，灯泡L正常发光，此时电流表示数和电路消耗的总功率；
（2）当S闭合，S1、S2断开时，电压表示数为2V，则通电1minR1产生的热量。

【答案】（1）0.8A；4.8W；（2）24J
【解析】解：（1）当S、S1、S2都闭合时，观察该电路图，根据电流的流法可知，定值电阻R2和灯泡L并联接在电路，定值电阻R1被短路，电流表测干路电流；由于灯泡L正常发光，灯泡L标有“6V 3W”字样，表示灯泡L的额定电压为6V，额定功率为3W，根据电功率的公式可知，流过灯泡L的电流为
流过灯泡L的电流为0.5A；由于灯泡L正常发光，灯泡L两端的电压为6V，根据并联电路的电压规律，定值电阻R2两端的电压也为6V，R2=20Ω，则根据欧姆定律，可知，流过定值电阻R2的电流为
流过定值电阻R2的电流为0.3A；根据并联电路的电流规律，电路的总电流为
电路的总电流为0.8A，即电流表示数为0.8A；
由上述解析可知，电路的总电流为0.8A，灯泡L正常发光，灯泡L两端的电压为6V，电源电压也为6V，根据电功率的公式可知，电路消耗的总功率为
电路消耗的总功率为4.8W。
（2）当S闭合，S1、S2断开时，根据电流的流法可知，R2和R1串联接在电路，没有电流流过灯泡L，电压表测R1的电压，电流表测串联电路电流，电压表示数为2V，而电源电压为6V，则R2的电压为4V，R2=20Ω，根据串联电路的分压特点，可知
代入数据可得
解得，根据欧姆定律可知，流过R1的电流为
通电时间为1min，根据焦耳定律可知，这段时间产生的热量为
通电1min，R1产生的热量为24J。
答：（1）当S、S1、S2都闭合时，灯泡L正常发光，此时电流表示数为0.8A，电路消耗的总功率为4.8W；
（2）当S闭合，S1、S2断开时，电压表示数为2V，通电1minR1产生的热量为24J。
7．（2023·甘肃张掖·校考二模）如图是某种小型家用电热水器的简化电路图，开关S可根据水温切换成加热和保温两种状态R1、R2都是发热电阻，热水器主要参数如下表。[水的比热容为]
（1）在上述加热状态下，正常工作10min将产生多少热量？
（2）水箱中装满初温为25°C的水，加热使水温度升高到45°C，水需要吸收多少热量
（3）R2的阻值为多大？
【答案】（1）5.28×105J；（2）8.4 ×105 J；（3）429Ω
【解析】解：（1）正常工作10min将产生多少热量
（2）电热水器的容积
水的质量
则水吸收的热量
（3）当开关S跳至a触点位置时，只有电阻R1接入电路，电热水器处于加热状态。电阻R1的阻值
开关S跳至b触点位置时，两电阻串联，电热水器处于保温状态，总电阻
R2的阻值
答：（1）在上述加热状态下，正常工作10min将产生5.28×105J的热量；
（2）水箱中装满初温为25°C的水，加热使水温度升高到45°C，水需要吸收8.4 ×105 J的热量；
（3）R2的阻值为429Ω。
四、填空题
8．（2023·广东·统考一模）小明用如图所示的装置做“导体产生的热与什么因素有关”的实验。（其中甲、乙是完全相同的密闭容器，闭合开关前，A、B两U形管内液面相平）。由于电流产生的热量不易直接测量，因此在实验中是通过观察 来显示甲、乙容器内空气温度的变化。通过对比观察，发现 （选填“甲”或“乙”）容器中导体的电阻产生的热量较多，由此可知，导体产生的热量多少与 有关。

【答案】 U形管中液面的高度差 乙 电阻
【解析】[1]实验中是通过观察U形管中液面的高度差来显示甲、乙容器内空气温度的变化，像这种用能直接观测的量来显示不容易直接观测的量的方法叫转换法。
[2][3]由图知，B管的液面高度差比A管的液面高度差大，说明乙容器中气体膨胀程度较大，温度上升得较高，因此乙容器中电阻产生的热量较多；由于两电阻采用串联的方式，这样连接的目的是，控制通过两电阻丝的电流和通电时间相等，由图可知，乙容器中电阻大于甲容器中电阻，且乙容器中电阻产生的热量较多，由此可得:在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，电流产生的热量越多。
9．（2023·广东·统考模拟预测）小明用如图甲所示装置探究两种液体的吸热能力，两烧瓶中的电阻丝相同。甲实验中，必须取质量相等的A、B两种液体。根据实验测得的数据描绘出A、B两种液体的温度随加热时间变化的图像如图乙所示，分析图乙可知 （选填“A”或“B”）的吸热能力更强。若加热过程中无热量损失，已知A的比热容为2.4×103J/(kg·℃)，则B的比热容为 J/(kg·℃)；若在甲、乙两瓶中，液体是质量相同的同种液体，甲乙电阻丝的阻值不同，则该装置可用来探究电流产生的热量与 的关系。

【答案】 A 1.2×103 电阻
【解析】[1]A、B两种液体的温度随加热时间变化的图象如图乙所示，加热5分钟，A升温20℃，B升温40℃，根据比较吸热能力的第2种方法，可知A的吸热能力更强。
[2]已知A的比热容为2.4×103J/(kg·℃)，根据Q=cmΔt在吸热和质量相同条件下，比热容与升高的温度成反比，则B的比热容为1.2×103J/(kg·℃)。
[3]在甲、乙两瓶中，电阻丝串联，通过的电流和时间相等，液体是质量相同的同种液体，电阻丝的阻值不同，则该装置可用来探究电流产生的热量与电阻的关系。
10．（2023·河南周口·统考三模）夏天的晚上，为了驱赶蚊虫，小敏在房间里使用电蚊香，插上电后，电蚊器变热了，利用了电流的 ；电蚊器上的蚊香片温度会升高，通过 的方式改变蚊香片的内能；过了会儿房间里就充满蚊香的气味，这是因为 。
【答案】 热效应 热传递 分子在不停地做无规则运动
【解析】[1]电热驱蚊器工作时将电能转化为了内能，是利用电流的热效应来工作的。
[2]蚊香片放到电热驱蚊器的发热板上，发热板上的温度较高，会向蚊香片传递热量，蚊香片的温度升高，内能增加，这是通过热传递的方式改变内能的。
[3]通电一段时间后，整个房间里都能闻到蚊香片的气味，这是扩散现象，扩散现象说明了分子在永不停息地做无规则运动。
11．（2023·安徽六安·统考一模）美国罗切斯特大学的物理学家兰加•迪亚斯（RangaDias）宣布，他们的团队创造出能在室温条件下实现超导的超导体。若未来实现超导输电，根据 定律推断输电线路可实现电能零耗损。（选填“欧姆”或“焦耳”）
【答案】焦耳
【解析】当导体的温度降至某一低温时，它的电阻突然变为零，这种特性称超导性。由于超导体的电阻为零，根据知，产生的热量为零，所以在用超导体进行远距离输电时不会消耗电能产生热量，减少了在输电过程中的能量损耗，大大节约了能源。
12．（2023·黑龙江佳木斯·一模）一台电风扇正常工作时，两端的电压为220V，线圈电阻为1.5Ω，通过线圈的电流为0.2A，这台电扇正常工作1min消耗 J的电功，产生 J的热量。
【答案】 2640 3.6
【解析】[1]由可知，这台电风扇工作1min消耗的电能
[2]由 可知，1min内电流通过线圈产生的热量
液体
加热时间/s
质量/g
初始温度/℃
末态温度/℃
比热容/J/（kg·℃）
水
420
60
20
32
4.2×103
酒精
420
60
20
41
额定电压
220V
容积
10L
加热功率
880W
保温功率
100W