由實(shí)驗(yàn)可知,(1)小燈泡的實(shí)際功率不一定等于其額定功率;
(2)實(shí)驗(yàn)中需對小燈泡的電功率至少進(jìn)行三次測量,但不能根據(jù)三次測量的數(shù)據(jù)計(jì)算出小燈泡的平均電功率,因?yàn)楸敬卧囼?yàn)中多次測量的目的不是為了減少誤差,而是為了測量在不同電壓下小燈泡的實(shí)際功率。
【典型例題】
類型一、基礎(chǔ)知識
1、電爐中的電阻絲通電一段時(shí)間后變得很燙,而連接電爐的導(dǎo)線卻不怎么熱,主要是因?yàn)椋? )
A.通電導(dǎo)線的電流小于通過電阻絲的電流
B.導(dǎo)線的絕緣皮隔熱
C.導(dǎo)線散熱比電阻絲快
D.導(dǎo)線的電阻遠(yuǎn)小于電阻絲的電阻,導(dǎo)線上產(chǎn)生的熱量很少
【思路點(diǎn)撥】電爐絲和導(dǎo)線串聯(lián),通過的電流和通電時(shí)間相同,根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt可知,電阻越大電流產(chǎn)生的熱量越多,據(jù)此分析判斷。
【答案】D
【解析】電爐絲跟銅導(dǎo)線串聯(lián),通過它們的電流I和通電時(shí)間t相等,故A錯誤;
因?yàn)镼=I2Rt,R電爐絲>R導(dǎo)線,所以產(chǎn)生的熱量:Q電爐絲>Q導(dǎo)線,即相同時(shí)間內(nèi)導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量小于電爐絲產(chǎn)生的熱量,而與散熱快慢、隔熱效果無關(guān),故D正確,B、C錯。故選D。
類型二、知識運(yùn)用
2、電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的機(jī)器,但由于線圈內(nèi)部有電阻,所以同時(shí)還有一部分電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。若一臺玩具電動機(jī)接在6V的電源兩端,使其正常轉(zhuǎn)動時(shí),通過電動機(jī)中的電流為0.3A;短暫地卡住電動機(jī)轉(zhuǎn)動軸,使其不能轉(zhuǎn)動,通過電動機(jī)中的電流為3A。則這臺電動機(jī)線圈的電阻為_____Ω,正常轉(zhuǎn)動時(shí)的效率是________________。
【思路點(diǎn)撥】當(dāng)電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動時(shí),消耗的電能(總功)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能(有用功)和內(nèi)能(額外功),轉(zhuǎn)化的內(nèi)能可用焦耳定律Q=I2Rt來計(jì)算,此時(shí)的電動機(jī)電流、電壓、電阻關(guān)系不適用歐姆定律。當(dāng)電動機(jī)被卡住時(shí),消耗的電能就全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,此時(shí)的電動機(jī)電流、電壓、電阻關(guān)系適用于歐姆定律。
【答案與解析】

一.選擇題(共2小題)
1.研究電功率與電壓、電流的關(guān)系時(shí),連接了如圖所示電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。下列關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說法,不合理的是( )
A.該電路所示實(shí)驗(yàn)研究電功率與電壓的關(guān)系
B.該實(shí)驗(yàn)?zāi)艿贸鲭娏飨嗤瑫r(shí),電功率與電壓成正比
C.小燈泡電功率的大小通過燈泡的亮度來比較
D.該實(shí)驗(yàn)選擇的兩個(gè)小燈泡燈絲的電阻不同
【分析】(1)要探究電功率和電壓、電流之間的關(guān)系,必須要求電壓或電流中的其中一個(gè)量不變來研究另一個(gè),所以采用控制變量法得到三者的關(guān)系。從圖可知,兩個(gè)燈泡串聯(lián),則通過兩個(gè)燈泡的電流相同,從而可以判斷出探究的問題。在該實(shí)驗(yàn)中功率的大小無法直接計(jì)算出來,可以借助轉(zhuǎn)換法進(jìn)行判斷。
(2)燈泡實(shí)際功率越大,燈泡越亮,通過燈泡的亮度可以比較燈泡電功率的大小。
(3)燈泡的亮暗無法準(zhǔn)確反映實(shí)際功率的大小,無法準(zhǔn)確得出實(shí)際功率和燈泡兩端的電壓關(guān)系。
【解答】解:A、從圖可知兩燈泡串聯(lián),通過兩燈泡的電流相同,所以該電路所示實(shí)驗(yàn)可以研究電功率與電壓的關(guān)系;故A正確;
B、兩個(gè)燈泡亮度不同,間接反映電功率大小,但是由于燈泡的亮暗無法準(zhǔn)確反映實(shí)際功率的大小,所以不能得出“電流相同時(shí),電功率跟電壓成正比”這個(gè)結(jié)論,故B錯誤;
C、為了判斷燈泡的功率大小,我們可以通過觀察燈泡的亮度來判斷燈泡功率的大小,燈泡越亮燈泡的功率越大。故C正確;
D、兩燈泡串聯(lián),流過它們的電流相同,LI、L2規(guī)格不同,則燈泡兩端的電壓不同,因此設(shè)計(jì)此實(shí)驗(yàn)可以探究電功率與電壓的關(guān)系;故D正確。
故選:B。
【點(diǎn)評】考查學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)探究電功率跟電流、電壓的關(guān)系的能力,考查學(xué)生動手操作的實(shí)踐能力。控制變量法在實(shí)驗(yàn)探究時(shí)的具體應(yīng)用是此題考查的重點(diǎn),使用這種方法時(shí)要充分理解控制包含的兩層含義:既要控制相同的物理量,又要控制不同的物理量。
2.李明同學(xué)為了探究“電功率與電阻的關(guān)系”,他找來額定電壓均為6V的L1、L2兩只燈泡。將兩燈串聯(lián)起來,按照如圖所示的電路開始了實(shí)驗(yàn)探究,閉合開關(guān)后,看見燈L2微微發(fā)光,燈L1幾乎不發(fā)光,則關(guān)于兩燈的電阻R1和R2、兩燈的額定功率P1和P2的大小關(guān)系成立的是(不考慮燈絲電阻值隨溫度的變化)( )
A.R1>R2,P1>P2B.R1<R2,P1<P2
C.R1>R2,P1<P2D.R1<R2,P1>P2
【分析】由兩個(gè)燈泡的亮度情況得出二者的電功率關(guān)系,然后根據(jù)P=I2R得出二者的電阻關(guān)系,最后根據(jù)P=得出二者的額定功率關(guān)系。
【解答】解:燈泡的亮度是由燈泡的實(shí)際功率決定的,因?yàn)闊鬖2微微發(fā)光,燈L1幾乎不發(fā)光,所以L2的實(shí)際功率比L1的實(shí)際功率大。
由于兩燈是串聯(lián),我們根據(jù)P=I2R可知,在電流相同的情況下,用電器的電功率與阻值成正比,所以R2>R1。
因?yàn)閮蔁舻念~定電壓U相同,根據(jù)P=可知,電功率與電阻成反比。由于R1<R2,所以P1>P2。
故選:D。
【點(diǎn)評】本題考查了電功率公式P=I2R和P=的應(yīng)用,在計(jì)算電功率的習(xí)題中,往往要用到這兩個(gè)公式。一般在串聯(lián)電路中,用公式P=I2R分析計(jì)算;在并聯(lián)電路中,用公式P=分析計(jì)算。
二.填空題(共2小題)
3.小明同學(xué)為了探究“電功率與電壓的關(guān)系”,選取三節(jié)新干電池串聯(lián)做電源,找來“”、“”兩只小燈泡按照如圖甲所示的電路開始了實(shí)驗(yàn)探究。實(shí)驗(yàn)中小明應(yīng)記錄的是 兩次電壓表示數(shù)和對應(yīng)的燈泡的發(fā)光情況 。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,小明選用了量程適當(dāng)?shù)碾娏鞅砝^續(xù)用原有器材探究“電功率與電流的關(guān)系”,實(shí)驗(yàn)電路如圖乙所示,請你幫助小明指出實(shí)驗(yàn)器材選取上應(yīng)該注意的事項(xiàng): 選用兩節(jié)干電池串聯(lián)做電源 。
【分析】(1)電功率與電壓和電流有關(guān),燈泡的實(shí)際功率越大、燈越亮,由此根據(jù)控制變量法分析解答;
(2)使用原有的器材探究電功率和電流關(guān)系時(shí),要考慮燈泡兩端電壓過高會燒壞燈泡。
【解答】解:(1)電功率與電壓和電流有關(guān),探究電功率與電壓關(guān)系時(shí)應(yīng)控制兩燈的電流相等,
圖甲中,串聯(lián)的兩燈電流相等,可以通過比較燈泡兩端電壓的大小比較燈泡的功率大小,所以應(yīng)記錄兩次電壓表的示數(shù),
而燈泡的實(shí)際功率越大時(shí)越亮,所以還應(yīng)觀察兩燈的發(fā)光情況;
(2)探究電功率與電流的關(guān)系時(shí),應(yīng)控制電壓相等,
圖乙中,并聯(lián)的兩燈電壓相等,可以通過比較通過兩燈的電流比較燈泡的功率大小,
使用原有的器材進(jìn)行探究,電源電壓為4.5V,超過兩燈的額定電壓比較多,這樣易燒壞燈泡,所以實(shí)驗(yàn)時(shí)選用兩節(jié)干電池串聯(lián)做電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
故答案為:兩次電壓表示數(shù)和對應(yīng)的燈泡的發(fā)光情況;選用兩節(jié)干電池串聯(lián)做電源。
【點(diǎn)評】本題是探究電功率和電壓、電流關(guān)系的實(shí)驗(yàn),注意控制變量法的應(yīng)用,并知道判斷燈泡功率大小的方法。
4.小華在探究“小燈泡發(fā)光時(shí)的亮度與電功率的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,所用的電源電壓是4V,小燈泡的額定電壓是2.5V,小燈泡兩端允許加的最大電壓為額定電壓的1.2倍。小華同學(xué)移動滑片P,記下多組對應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù),并繪制成下左圖所示的圖象。根據(jù)圖象信息,可計(jì)算出小燈泡的額定功率是 0.5 瓦。該圖象不是直線,主要原因是 燈絲電阻隨溫度升高而增大 。
【分析】從圖象上找到額定電壓對應(yīng)的點(diǎn),讀出對應(yīng)的電流,利用P=UI計(jì)算額定功率;該圖象不是直線,即電壓和電流的比值不是定值,說明小燈泡發(fā)光的過程中,電阻不是定值。
【解答】解:
由題知,小燈泡的額定電壓為2.5V,由圖象知,當(dāng)燈的電壓是2.5V時(shí),對應(yīng)的電流值為0.2A,
所以燈泡的額定功率:P=UI=2.5V×0.2A=0.5W;
小燈泡的電流隨電壓變化的圖象不是一條直線(不是正比例圖線),說明小燈泡的電阻不是定值,那是因?yàn)闊襞蓦妷涸酱螅ㄟ^它的電流越大,其實(shí)際功率越大,溫度越高,即燈絲的電阻隨溫度的升高而增大。
故答案為:0.5;燈絲電阻隨溫度升高而增大。
【點(diǎn)評】本題考查小燈泡功率測量實(shí)驗(yàn)中,額定功率的計(jì)算以及對電流隨電壓變化圖象的認(rèn)識和理解,關(guān)鍵要知道燈絲的電阻隨溫度的變化而變化。
三.實(shí)驗(yàn)探究題(共1小題)
5.如圖所示,圖甲是測量額定電壓為2.5V的小燈泡電功率的實(shí)驗(yàn)電路圖。
(1)請用筆畫線代替導(dǎo)線在圖乙中完成實(shí)物電路的連接。
(2)閉合開關(guān)前,需將滑動變阻器的滑片移到最 左 (選填“左”或“右”)端。
(3)閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動變阻器,改變小燈泡兩端電壓,同時(shí)讀出通過小燈泡的電流,記錄下每次電壓和電流的測量值,并依據(jù)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),以電壓為橫坐標(biāo),電流為縱坐標(biāo),建立直角坐標(biāo)系,用描點(diǎn)法得到小燈泡的I﹣U圖象如圖丙所示,該圖象不是一條直線的原因是 小燈泡的電阻隨溫度的升高而增大 。
(4)該小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流為0.48A,則其額定功率為 1.2W 。
【分析】(1)根據(jù)燈的額定電壓為2.5V確定電壓表選用小量程與燈并聯(lián);
(2)原電路中,變阻器滑片以左電阻絲與燈并聯(lián)后再與變阻器滑片以右電阻絲串聯(lián),閉合開關(guān)前,為保護(hù)電路,燈的電壓要最小,據(jù)此回答;
(3)小燈泡的電阻隨溫度的增大而增大;
(4)燈在額定電壓下正常發(fā)光時(shí),已知小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流,根據(jù)P=UI求出其額定功率。
【解答】解:
(1)燈的額定電壓為2.5V<3V,故電壓表選用小量程與燈并聯(lián),如下圖所示:
(2)原電路中,變阻器滑片以左電阻絲與燈并聯(lián)后再與變阻器滑片以右電阻絲串聯(lián),閉合開關(guān)前,為保護(hù)電路,燈的電壓要最小,故需將滑動變阻器的滑片移到最左端(燈短路,燈的電壓為0);
(3)小燈泡的I﹣U圖象如圖丙所示,則燈的電阻不是定值,該圖象不是一條直線的原因是:小燈泡的電阻隨溫度的升高而增大;
(4)該小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流為0.48A,則其額定功率為:
P=UI=2.5V×0.48A=1.2W。
故答案為:(1)如上所示; (2)左; (3)小燈泡的電阻隨溫度的升高而增大; (4)1.2W。
【點(diǎn)評】本題測量額定電壓為2.5V的小燈泡電阻,考查電路連接、注意事項(xiàng)、影響電阻大小的因素和功率計(jì)算,屬于??济}點(diǎn)。
焦耳定律
1.電流的熱效應(yīng):電流通過導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能,這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。電流通過任何有電阻的導(dǎo)體都會產(chǎn)生熱效應(yīng)。
2.焦耳定律:
(1)焦耳定律:電流通過導(dǎo)體是產(chǎn)生的熱量,跟電流的平方成正比,跟導(dǎo)體的電阻成正比,跟通電時(shí)間成正比。這個(gè)定律適用于一切電路。其表達(dá)式是,推導(dǎo)公式(只能在純電阻電路中使用):Q=UIt,。
(2)電功與電能:純電阻電路W=Q;非純電阻電路W>Q。
3.電熱的利用和防止:
(1)電熱的利用:利用電熱來工作的用電器稱為電熱器。例如:電爐子、電熨斗、電烙鐵等,這些用電器工作時(shí)都是將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,此時(shí)W=Q。
(2)電熱的危害和防止:電流通過任何導(dǎo)體都會產(chǎn)生熱量,有的用電器(電動機(jī)、電風(fēng)扇、電視機(jī)等)工作時(shí),不需要這些熱量,但又不得不產(chǎn)生,因此造成了能源的浪費(fèi),同時(shí)也會使用電器有燒毀的危險(xiǎn),為了防止電熱帶來的危害,應(yīng)采取設(shè)置散熱孔或者安裝小風(fēng)扇來降溫。
一.選擇題(共15小題)
1.額定功率相等的白熾燈和電風(fēng)扇,它們在正常工作狀態(tài)下工作1小時(shí),下列說法正確的是( )
A.兩種電器消耗的電能一樣多,產(chǎn)生的熱量也一樣多
B.兩種電器消耗的電能一樣多,白熾燈產(chǎn)生的熱量多
C.白熾燈耗的電能更多,電風(fēng)扇產(chǎn)生的熱量多
D.電風(fēng)扇消耗的電能更多,白熾燈產(chǎn)生的熱量多
【分析】用電器消耗的電能可以通過W=Pt進(jìn)行計(jì)算;白熾燈工作時(shí)電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;電風(fēng)扇工作時(shí),電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,少部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
【解答】解:
額定功率相同的白熾燈和電風(fēng)扇正常工作相同的時(shí)間,由W=Pt可知,它們消耗的電能一樣多,但它們產(chǎn)生的熱量不相同。
白熾燈工作時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為較多的內(nèi)能,電風(fēng)扇工作時(shí)主要將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,因此,白熾燈產(chǎn)生的熱量較多;故ACD錯、B正確。
故選:B。
【點(diǎn)評】知道白熾燈的發(fā)光原理是“發(fā)熱發(fā)光”,所以它產(chǎn)生的熱量多,同時(shí)知道消耗電能與產(chǎn)生熱量的關(guān)系可做出判斷。
2.下列用電器正常工作時(shí),在相同的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生熱量最多的是( )
A.“220V 60W”的電風(fēng)扇B.“220V 60W”日光燈
C.“220V 60W”的電熱器D.一樣多
【分析】分別接入220V的電路中,三個(gè)用電器都正常工作,實(shí)際功率相同(等于額定功率)、通電時(shí)間相同,根據(jù)W=Pt可知消耗的電能相同,通過分析三種用電器使用時(shí)的能量轉(zhuǎn)化情況,找出產(chǎn)生熱量最多的用電器。
【解答】解:因額定電壓下用電器的電功率和額定功率相等,
所以,三種用電器的實(shí)際功率相等,
由W=Pt可知,相同時(shí)間內(nèi)三種用電器消耗的電能相等,
因電風(fēng)扇中的電動機(jī)將電能大部分轉(zhuǎn)化機(jī)械能,日光燈將大部分電能轉(zhuǎn)化為光能,電熱器將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,
所以,產(chǎn)生熱量最多的是電熱器。
故選:C。
【點(diǎn)評】電流做功的實(shí)質(zhì):電流做功的過程就是消耗電能轉(zhuǎn)化為其它形式能的過程,能分析三種用電器的能量轉(zhuǎn)化是本題的關(guān)鍵。
3.將規(guī)格都是“220V 100W”的一臺電風(fēng)扇、一臺電視機(jī)和一把電烙鐵分別接入家庭電路中,通電時(shí)間相同,下列說法正確的是( )
A.三個(gè)用電器產(chǎn)生的熱量一樣多
B.三個(gè)用電器消耗的電能一樣多
C.電視機(jī)產(chǎn)生的熱量最多
D.電風(fēng)扇產(chǎn)生的熱量最多
【分析】由題意知,三種用電器的額定電壓都是220V,額定功率都是100W;家庭電路電壓是220V,把這三個(gè)用電器接入家庭電路,三個(gè)用電器都正常工作,實(shí)際功率相同都等于額定功率,通電時(shí)間相同,根據(jù)W=Pt可知消耗的電能相同;通過分析三種用電器工作時(shí)的能量轉(zhuǎn)化情況,找出產(chǎn)生熱量最多的用電器。
【解答】解:三用電器接入家庭電路中時(shí)它們兩端的電壓均為U=220V,實(shí)際功率P實(shí)=P額=100W,
由P=的變形式W=Pt可知,通電時(shí)間相同時(shí),三用電器消耗的電能相同,故B正確;
因電風(fēng)扇中的電動機(jī)將電能大部分轉(zhuǎn)化機(jī)械能,電視機(jī)將一部分電能轉(zhuǎn)化為光能,電烙鐵把電能全部轉(zhuǎn)化為熱量,
所以,產(chǎn)生熱量最多的是電烙鐵,故ACD錯誤。
故選:B。
【點(diǎn)評】知道電流做功的實(shí)質(zhì):電流做功的過程就是消耗電能轉(zhuǎn)化為其它形式能的過程,能分析三種用電器的能量轉(zhuǎn)化是本題的關(guān)鍵。
4.如圖所示是探究“電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置圖,電阻絲R1和R2浸沒在煤油中,R1與R3并聯(lián),關(guān)于此實(shí)驗(yàn)以下說法正確的是( )
A.此實(shí)驗(yàn)中通過電阻R1與R2的電流相同
B.此實(shí)驗(yàn)中R1與R2的阻值可以不同
C.此實(shí)驗(yàn)中放有R2的燒瓶中煤油升溫比較快
D.此實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)燒瓶內(nèi)的煤油質(zhì)量可以不同
【分析】(1)根據(jù)串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的電流關(guān)系可以判斷電流大??;
(2)要探究電流產(chǎn)生熱量與電阻的關(guān)系,運(yùn)用控制變量法,需使電阻和通電時(shí)間相同,電流不同;
(3)根據(jù)焦耳定律公式Q=I2Rt可知燒瓶內(nèi)電阻放出熱量的多少,進(jìn)一步判斷燒瓶中煤油升溫快慢;
(4)實(shí)驗(yàn)中通過溫度計(jì)的示數(shù)高低反映產(chǎn)生熱量多少,兩燒瓶中應(yīng)放相同質(zhì)量的同種液體。
【解答】解:A、電阻絲R1與R3并聯(lián),再與電阻絲R2串聯(lián),通過R2的電流等于通過R1與R3的電流之和,故A錯誤;
B、運(yùn)用控制變量法探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流關(guān)系時(shí),由公式Q=I2Rt可知,應(yīng)控制兩電阻絲的電阻和通電時(shí)間相等,只有電流不同,故B錯誤;
C、由題意可知,R1與R2的阻值相等,通過R2的電流大于通過R1的電流,通電時(shí)間相等,由公式Q=I2Rt可知,R2放出的熱量較多,所以放有R2的燒瓶中煤油升溫比較快,故C正確;
D、實(shí)驗(yàn)時(shí),為了比較產(chǎn)生的熱量的多少,在兩個(gè)相同的燒瓶中裝有質(zhì)量相等的同種液體;故D錯誤。
故選:C。
【點(diǎn)評】本題考查的是利用焦耳定律Q=I2Rt分析問題,解題的關(guān)鍵是要正確分析電路連接關(guān)系,靈活運(yùn)用控制變量法分析問題。
5.如圖是探究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱的多少跟什么因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置。兩個(gè)透明容器中密封著等量的空氣,U形管中液面高度的變化反映密閉空氣溫度的變化。下列說法正確的是( )
A.通電一段時(shí)間后,左側(cè)U形管中液面的高度差比右側(cè)的小
B.若容器外面的電熱絲R3發(fā)生了斷路,若與沒斷時(shí)的 通電時(shí)間相同,則左側(cè)U形管中液面高度差變小
C.將右邊并聯(lián)的兩根5Ω的電阻絲都放入到容器內(nèi),通 電一段時(shí)間后,右側(cè)U形管中液面的高度差比左側(cè)的大
D.該實(shí)驗(yàn)裝置是利用U形管中液體的熱脹冷縮來反映 電阻絲放出熱量的多少
【分析】(1)(4)電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少不能直接觀察,但液體溫度的變化可以通過液面高度差的變化來反映,這種研究方法叫轉(zhuǎn)換法;在電阻和通電時(shí)間相同時(shí),電流越大,產(chǎn)生的熱量越多;
(2)比較R3發(fā)生斷路前后電路總電阻的變化,根據(jù)歐姆定律判定電流的變化,從而判定出產(chǎn)生熱量的變化;
(3)將右邊并聯(lián)的兩根5Ω的電阻絲都放入到容器內(nèi),根據(jù)左右兩側(cè)電阻的大小判定液面高度的變化。
【解答】解:
A、由圖可知,右側(cè)的兩個(gè)電阻并聯(lián)后與左側(cè)的電阻串聯(lián)在電路中,根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)可知,左側(cè)電阻中的電流大于右側(cè)盒中電阻的電流,在電阻和通電時(shí)間相同的情況下,左側(cè)盒中的電流大,產(chǎn)生的熱量多,所以左側(cè)U形管中液面的高度差大,故A錯誤;
B、R3發(fā)生斷路前,左側(cè)的電阻為5Ω,右側(cè)的電阻為=2.5Ω,則電路的總電阻為5Ω+2.5Ω=7.5Ω;
R3發(fā)生斷路后,電路中只有R1和R2串聯(lián),則總電阻為:5Ω+5Ω=10Ω;
R3發(fā)生斷路后,整個(gè)電路的總電阻增大了,根據(jù)I=可知,電路中的總電流減小了,在電阻、通電時(shí)間不變時(shí),電流減小,則產(chǎn)生的熱量變少,所以左側(cè)U形管中液面高度差變小,故B正確;
C、將右邊并聯(lián)的兩根5Ω的電阻絲都放入到容器內(nèi),右側(cè)的電阻為=2.5Ω,左右兩側(cè)的電流和通電時(shí)間相同,左側(cè)的電阻大于右側(cè)的電阻,則左側(cè)產(chǎn)生的熱量多,右側(cè)U形管中液面的高度差比左側(cè)的小,故C錯誤;
D、該實(shí)驗(yàn)裝置是利用容器中空氣的熱脹冷縮來反應(yīng)放熱的多少,產(chǎn)生熱量的多少不能直接觀察,通過U形管液面高度差的變化來反映,故D錯誤。
故選:B。
【點(diǎn)評】此題主要考查的是學(xué)生對“電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與什么因素有關(guān)的”實(shí)驗(yàn)的理解和掌握,注意控制變量法和轉(zhuǎn)換法的運(yùn)用,同時(shí)考查了學(xué)生對焦耳定律變形公式的理解和掌握,難度較大。
6.探究“電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)”時(shí),兩個(gè)相同的透明容器中密封著質(zhì)量相等的空氣,用電阻R1、R2對容器中的空氣進(jìn)行加熱,如圖所示。下列說法正確的是( )
A.該裝置是探究電流產(chǎn)生的熱量與電流大小的關(guān)系
B.該裝置中R1與R2的阻值應(yīng)相同
C.電流產(chǎn)生的熱量越多,U形管內(nèi)液面高度差越小
D.由圖中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知,R2阻值比R1大
【分析】A、電流產(chǎn)生的熱量跟電流大小、電阻大小、通電時(shí)間有關(guān),研究與其中一個(gè)因素的關(guān)系時(shí),要控制另外兩個(gè)因素不變,根據(jù)串聯(lián)電路電流的規(guī)律分析;
BCD、因右邊容器中液面高度差大,根據(jù)轉(zhuǎn)換法結(jié)合Q=I2Rt分析。
【解答】解:
A、兩電阻絲串聯(lián),通過的電流和時(shí)間相同,而電阻大小不同,故該裝置是探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系,A錯誤;
BCD、因右邊容器中液面高度差大,根據(jù)轉(zhuǎn)換法,故R2電阻絲產(chǎn)生的熱量多,根據(jù)Q=I2Rt,故R2阻值比R1大,B錯誤,D正確;
根據(jù)轉(zhuǎn)換法,電流產(chǎn)生的熱量越多,U形管內(nèi)液面高度差越大,C錯誤。
只有D正確。
故選:D。
【點(diǎn)評】本題研究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān),考查控制變量法和轉(zhuǎn)換法的運(yùn)用和串聯(lián)電路的規(guī)律等知識。
7.小軍用玩具電動車的小電動機(jī)做趣味實(shí)驗(yàn)。他將一個(gè)電壓恒定不變的3V直流電源按圖所示的電路接在電動機(jī)兩端,閉合開關(guān)后,電動機(jī)穩(wěn)定勻速轉(zhuǎn)動了10s,此時(shí)電流表的示數(shù)為0.6A,關(guān)于本實(shí)驗(yàn),以下說法正確的是( )
A.電動機(jī)在勻速轉(zhuǎn)動過程中的電阻為5Ω
B.電動機(jī)在勻速轉(zhuǎn)動過程中的功率為1.8W
C.電動機(jī)在勻速轉(zhuǎn)動的10s內(nèi)產(chǎn)生18J的熱量
D.電動機(jī)在勻速轉(zhuǎn)動過程中電能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能
【分析】電動機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)為非純電阻電路,將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機(jī)械能,不能用歐姆定律進(jìn)行計(jì)算電阻,由P=UI可計(jì)算其消耗電功率,由W=Pt可計(jì)算消耗的電能,由此分析解答。
【解答】解:圖中電流表測電動機(jī)的電流,由題知,電源電壓恒為3V,電流表示數(shù)0.6A。
A、根據(jù)歐姆定律R===5Ω,但由于電動機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)是非純電阻電路,不能運(yùn)用歐姆定律計(jì)算,故A錯誤;
B、電動機(jī)勻速轉(zhuǎn)動過程中消耗的電功率P=UI=3V×0.6A=1.8W,故B正確;
CD、電動機(jī)勻速轉(zhuǎn)動時(shí)消耗電能W=Pt=1.8W×10s=18J,
由于電動機(jī)工作時(shí),將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機(jī)械能,所以勻速轉(zhuǎn)動的10s內(nèi)產(chǎn)生的熱量小于18J,故CD錯誤。
故選:B。
【點(diǎn)評】本題考查電動機(jī)工作時(shí)消耗功率和電能的計(jì)算、能量轉(zhuǎn)化的認(rèn)識,要計(jì)算其線圈電阻可在電動機(jī)不轉(zhuǎn)動時(shí)運(yùn)用歐姆定律進(jìn)行計(jì)算。
8.甲、乙兩個(gè)電熱器的電阻之比為5:4,通電相同時(shí)間產(chǎn)生的熱量之比為5:1,則通過甲、乙的電流之比為( )
A.4:1B.1:4C.2:1D.1:2
【分析】知道甲、乙兩個(gè)電熱器的電阻之比、產(chǎn)生的熱量之比和通電時(shí)間關(guān)系,利用焦耳定律Q=I2Rt求通過的電流之比。
【解答】解:
由題意可知,R甲:R乙=5:4,產(chǎn)生的熱量之比Q甲:Q乙=5:1,通電時(shí)間之比t甲:t乙=1:1,
由Q=I2Rt可得通過甲、乙兩個(gè)電熱器的電流之比:
I甲:I乙=:=:=1:=2:1,故C正確、ABD錯誤。
故選:C。
【點(diǎn)評】本題考查了焦耳定律的應(yīng)用,要注意各量之間的關(guān)系,不要顛倒。
9.如圖所示,將三個(gè)相同空燒瓶口分別用完全相同的氣球密封,將多個(gè)阻值相同的電阻R以不同的連接方式接入電路中,通電一段時(shí)間后體積變化最大的氣球是( )
A.a(chǎn)B.bC.cD.三個(gè)相同
【分析】由圖示根據(jù)焦耳定律分析,產(chǎn)生的熱量越多,氣體溫度越高,氣球體積膨脹的越大。
【解答】解:
由圖可知,三個(gè)燒瓶的電阻(相同的電阻R)以不同方式接入電路中時(shí)是串聯(lián)的,所以通過電流相等,通電時(shí)間也相等,
由電阻的串聯(lián)和并聯(lián)特點(diǎn)知,電阻串聯(lián)后電阻最大,并聯(lián)后電阻最小,即被b氣球密封的燒瓶里的電阻最大,由Q=I2Rt可知這個(gè)燒瓶里電阻放出熱量最多,瓶中氣體溫度最高,氣球的體積變化最大。
故選:B。
【點(diǎn)評】本題主要考查對焦耳定律和串并聯(lián)電阻特點(diǎn)的應(yīng)用,注意控制變量法和轉(zhuǎn)換法的運(yùn)用。
10.甲乙兩個(gè)電阻之比為2:1,串聯(lián)在同一電源上,閉合開關(guān)一段時(shí)間,電流通過甲電阻產(chǎn)生的熱量600J,則電流通過乙電阻產(chǎn)生的熱量為( )
A.300JB.600JC.1200JD.2400J
【分析】在串聯(lián)電路中,各處的電流是相同的,知道甲電阻產(chǎn)生的熱量,根據(jù)Q=I2Rt求出乙產(chǎn)生的熱量。
【解答】解:甲乙兩個(gè)電阻串聯(lián)在同一電源上,閉合開關(guān)一段時(shí)間,通電時(shí)間相同,通過的電流也相同,電阻之比為2:1,根據(jù)Q=I2Rt可知,電阻產(chǎn)生的熱量之比為2:1,則乙電阻產(chǎn)生的熱量為:×600J=300J。
故選:A。
【點(diǎn)評】本題考查了串聯(lián)電路的特點(diǎn)、焦耳定律的靈活應(yīng)用,計(jì)算過程要注意各量之間的關(guān)系,不要顛倒。
11.電爐工作時(shí),電爐絲很快變熱但連接的電線卻不怎么熱,這是因?yàn)椋? )
A.電爐絲的電阻較大B.電爐絲與導(dǎo)線是并聯(lián)的
C.電爐絲的橫截面大D.通過電爐絲的電流較大
【分析】由焦耳定律知道,電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的平方、導(dǎo)體電阻大小和通電時(shí)間成正比。電爐絲和連接的導(dǎo)線串聯(lián)在電路中(通過的電流相等),通電時(shí)間是相同的,而電爐絲的電阻比導(dǎo)線的電阻大,據(jù)焦耳定律分析判斷。
【解答】解:電爐絲橫截面積小,電阻大,電爐子在使用時(shí),電爐絲和導(dǎo)線串聯(lián),I電爐絲=I導(dǎo)線,通電時(shí)間t相同,
因?yàn)镼=I2Rt,R電爐絲>R導(dǎo)線,
所以電流產(chǎn)生的熱量:Q電爐絲>Q導(dǎo)線,
從而出現(xiàn)電爐絲熱得發(fā)紅,而與電爐絲相連的導(dǎo)線卻不怎么發(fā)熱的現(xiàn)象。
故選:A。
【點(diǎn)評】分析電流產(chǎn)生熱量多少問題,一般要用焦耳定律,常見題目。
12.小明發(fā)現(xiàn)當(dāng)給家中的電燈通電后,燈絲熱得發(fā)光,而與燈泡串聯(lián)的導(dǎo)線溫度幾乎感覺不到變化,對這一現(xiàn)象的解釋,正確的是( )
A.通過燈絲的電流大些
B.電流在導(dǎo)線中不發(fā)生熱效應(yīng)
C.制成燈絲的材料電阻較小
D.導(dǎo)線和燈絲中的電流相同,但燈絲電阻更大
【分析】由焦耳定律知道,電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的平方、電阻大小和通電時(shí)間成正比。燈絲與導(dǎo)線串聯(lián)在電路中,電流、通電時(shí)間相同,而燈絲電阻比導(dǎo)線的電阻大,由焦耳定律可知電阻大的產(chǎn)生的熱量多,據(jù)此分析。
【解答】解:因?yàn)闊艚z和導(dǎo)線串聯(lián),所以通過燈絲和導(dǎo)線的電流、通電時(shí)間都相同,根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt,燈絲電阻大,產(chǎn)生熱量多,而導(dǎo)線電阻非常小,產(chǎn)生的熱量就很小,所以電燈通電后,燈絲熱得發(fā)光,而與燈泡串聯(lián)的導(dǎo)線溫度幾乎感覺不到變化。故選項(xiàng)A、B、C都不正確,D選項(xiàng)正確。
故選:D。
【點(diǎn)評】本題主要考查學(xué)生對焦耳定律及應(yīng)用的了解和掌握,利用好“燈絲和導(dǎo)線串聯(lián)電流相等”是本題的關(guān)鍵。
13.圖為是某種暖手寶及其主要參數(shù),暖手寶內(nèi)有水及電加熱元件等,使用前要先給暖手寶通電加熱,假設(shè)暖手寶加熱效率是70%,在額定電壓下,水由室溫10℃加熱至自動斷電[c水=4.2×103J/(kg?℃)].則( )
A.暖水寶加熱時(shí)電加熱元件是利用熱傳遞增加了內(nèi)能
B.暖水寶電加熱時(shí)間為660s
C.暖水寶電加熱時(shí)消耗的電功率一定是500W
D.暖水寶暖手時(shí)放出熱量是3.3×105J
【分析】A、暖水寶加熱時(shí)電加熱元件是利用電流的熱效應(yīng)增加了內(nèi)能;
B、水的溫度從10℃升高到65℃,根據(jù)Q吸=cm△t求出此過程中水吸收的熱量;根據(jù)η=可得暖手寶消耗的電能;由P=可得加熱時(shí)間;
C、暖水寶在額定電壓220V下的功率為500W;
D、由B知,暖手寶消耗的電能為3.3×105J,暖水寶暖手時(shí)放出熱量小于。
【解答】解:
A、暖水寶加熱時(shí)電加熱元件是利用電流的熱效應(yīng)(或電流做功)增加了內(nèi)能,故A錯誤;
B、由題和圖示可知,水的溫度從10℃升高到65℃,此過程中水吸收的熱量:
Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg?℃)×1kg×(65℃﹣10℃)=2.31×105J;
由η=可得,暖手寶消耗的電能:
W===3.3×105J;
由P=可得暖水寶的電加熱時(shí)間:
t===660s,故B正確;
C、暖水寶在額定電壓220V下的功率為500W,若實(shí)際電壓不是220V,其實(shí)際功率不是500W,故C錯誤;
D、由B知,在電加熱過程中暖手寶消耗的電能為3.3×105J,由于存在熱損失,所以暖水寶暖手時(shí)放出熱量小于3.3×105J,故D錯誤。
故選:B。
【點(diǎn)評】本題考查電流的熱效應(yīng)、Q吸=cm△t、電功率公式、效率公式的運(yùn)用和額定功率的理解,關(guān)鍵是從題中獲取有效的信息,綜合性較強(qiáng)。
14.小黃家中新購置了一臺掛式電熱水器,他查看了電熱水器說明書后,將電熱水器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)簡化成如圖所示電路圖,該熱水器設(shè)有高,中,低三檔,電熱絲R1=48.4Ω,電熱絲R2=24.2Ω,容積為20L,使水從20℃加熱到70℃,下列說法不正確的是[水的比熱容為4.2×103J/(kg?℃)]( )
A.開關(guān)S、S1閉合,S2斷開,處于低溫?fù)?br>B.水從20℃加熱到70℃需要吸收的熱量4.2×106J
C.若利用中溫?fù)跫訜嵝枰?200s,則電熱轉(zhuǎn)化效率為50%
D.高溫?fù)醯募訜峁β?800W
【分析】(1)由電路圖可知,開關(guān)S、S1閉合,S2斷開,電路中電阻最大,根據(jù)P=分析功率大小,
(2)由ρ=可求得水的質(zhì)量,根據(jù)Q=cm△t可求得需要吸收的熱量;
(3)由電路圖可知,開關(guān)S、S2閉合,S1斷開,電路中電阻較大,根據(jù)P=可知,為中溫?fù)酰?br>由P=求得中溫?fù)豕β?,利用P=求出消耗電能,然后利用η=×100%可求得電熱轉(zhuǎn)化效率;
(4)閉合S、S1、S2時(shí),R1與R2并聯(lián),電路的總電阻最小,由P=可知,電路的總功率最大,熱水器處于高檔,高溫?fù)醯募訜峁β实扔诘蜏負(fù)豕β始由现袦負(fù)豕β省?br>【解答】解:A、由電路圖可知,開關(guān)S、S1閉合,S2斷開,電路中電阻最大,由P=可知,功率最小,熱水器處于低溫?fù)?,故A正確;
B、由ρ=可得,水的質(zhì)量m=ρV=1.0×103kg/m3×20×10﹣3m3=20kg,
水從20℃加熱到70℃需要吸收的熱量Q=cm△t=4.2×103J/(kg?℃×20kg×(70℃﹣20℃)=4.2×106J,故B正確;
C、由電路圖可知,開關(guān)S、S2閉合,S1斷開,電熱絲R2接入電路,根據(jù)P=可知,為中溫?fù)酰?br>中溫?fù)豕β蔖中溫===2000W,
利用中溫?fù)跫訜?200s,需要消耗電能W=P中溫t=2000W×4200s=8.4×106J,
電熱轉(zhuǎn)化效率η=×100%=×100%=50%,故C正確;
D、閉合S、S1、S2時(shí),R1與R2并聯(lián),電路的總電阻最小,由P=可知,電路的總功率最大,熱水器處于高檔,
低溫?fù)醯募訜峁β蔖低溫===1000W,
高溫?fù)醯募訜峁β蔖高溫=P低溫+P中溫=1000W+2000W=3000W.故D錯誤。
故選:D。
【點(diǎn)評】本題考查了并聯(lián)電路特點(diǎn)、熱量計(jì)算公式和電功率公式的靈活應(yīng)用,正確分析出熱水器的工作狀態(tài)是關(guān)鍵。
15.用電熱絲燒水,當(dāng)電壓為U時(shí),t秒內(nèi)可將水燒開,如果電壓降為原來的一半,則同樣燒開這些水所需的時(shí)間應(yīng)為( )
A.B.C.2tD.4t
【分析】燒開相同一壺水時(shí),電熱絲產(chǎn)生的熱量相等,根據(jù)Q=I2Rt=t得出等式即可得出答案。
【解答】解:∵燒開相同一壺水時(shí),電熱絲產(chǎn)生的熱量相等,
∴根據(jù)Q=I2Rt=t可得:
t=t′=t′=t′,
解得:t′=4t。
故選:D。
【點(diǎn)評】本題考查了焦耳定律變形公式的靈活應(yīng)用,知道燒開相同一壺水時(shí)電熱絲產(chǎn)生的熱量相等是關(guān)鍵。
二.填空題(共10小題)
16.現(xiàn)有兩電熱水壺分別是甲“220V﹣1500W”、乙“220V﹣1000W”,甲壺中裝有2kg的水,乙壺中裝有1kg的水(水的初溫相同),當(dāng)同時(shí)給它們通電正常工作時(shí), 甲 壺(選填“甲”或“乙”)電流做功快;要想把水燒開, 甲 壺(選填“甲”或“乙”)電流做功多; 乙 壺(選填“甲”或“乙”)把水燒開需要的時(shí)間少。
【分析】(1)電功率是表示電流做功快慢的物理量;
(2)根據(jù)Q=cm△t判斷出電流做功的多少;
(3)比較電功率與電功的關(guān)系以及t=比較出哪一個(gè)把水燒開需要的時(shí)間少。
【解答】解:電功率是表示電流做功快慢的物理量,甲壺的功率越大,電流做功越快;
根據(jù)Q=cm△t知,甲的質(zhì)量是乙質(zhì)量的2倍,甲吸收的熱量是乙的2倍,甲電流做的功是乙的2倍,即甲壺電流做功多;
根據(jù)P=變形得t=,已知甲的功率是乙功率的=1.5倍、甲電流做的功是乙的2倍,所以乙壺把水燒開需要的時(shí)間少。
故答案為:甲;甲;乙。
【點(diǎn)評】本題考查了電功率、電功、吸熱大小的比較,熟練各個(gè)公式是解題的關(guān)鍵。
17.圖中①為一種便攜封口機(jī),②是這種封口機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。裝入電池后,按③所示操作即可對塑料袋進(jìn)行封口。封口時(shí)電能轉(zhuǎn)化為 內(nèi) 能,該封口機(jī)只能對 熱塑性 (選填“熱塑性”或“熱固性”)塑料進(jìn)行封口,塑料屬于 合成 材料(選填“天然”“復(fù)合”或“合成”)。
【分析】(1)根據(jù)消耗的能量和得到的能量判斷出能量的轉(zhuǎn)化;
(2)熱塑性塑料是指塑料加熱成型固化后可以再次加熱仍然能夠達(dá)到流動性,并可以再次對其進(jìn)行加工成型;熱固性塑料表示的是,經(jīng)過一次加熱成型固化以后,再次對其加熱也不能讓其再次達(dá)到粘流態(tài),而對其進(jìn)行再次加工成型。
(3)塑料屬于合成材料,據(jù)此解答。
【解答】解:
(1)封口機(jī)封口時(shí),消耗電能,得到內(nèi)能,將塑料熔化;
(2)塑料袋常用加熱的方法封口,這種封口方法利用的是塑料的熱塑性;這種塑料屬于有機(jī)合成材料。
故答案為:內(nèi);熱塑性;合成。
【點(diǎn)評】本題考查了物質(zhì)的屬性,這種物質(zhì)學(xué)生不熟悉,解答有一定的難度。
18.如圖所示是小明“探究影響電流熱效應(yīng)的因素”的實(shí)驗(yàn)裝置,在甲、乙兩瓶中裝入質(zhì)量和初溫均相同的煤油,R1、R2采用如圖連接方式的目的是 控制電流和通電時(shí)間相同 。閉合開關(guān)一段時(shí)間后,乙瓶中溫度計(jì)的示數(shù)較高,由此說明通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與 電阻 有關(guān)。小華用相同裝置(煤油質(zhì)量也相等)同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),細(xì)心的小紅看到小明和小華兩組電阻絲阻值相等的燒瓶中,小華這一組的煤油升溫比小明的快,比較發(fā)現(xiàn):小華的滑動變阻器接入電路的阻值較小,根據(jù)這一現(xiàn)象,小紅 能 (選填“能”或“不能”)初步判斷出通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與通過導(dǎo)體的電流有關(guān)。
【分析】(1)由Q=I2Rt可知,電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與通過的電流、導(dǎo)體的電阻和通電時(shí)間有關(guān),為了研究電流與導(dǎo)體電阻的關(guān)系,要控制通過的電流和通電時(shí)間不變;
(2)電路通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量通過液體溫度變化間接反映;
(3)在電壓一定時(shí),電流與電阻成反比;在電阻和通電時(shí)間一定時(shí),電流產(chǎn)生的熱量與電流有關(guān),電流越大,產(chǎn)生的熱量越多。
【解答】解:由圖可知,兩電阻串聯(lián),目的是控制R1和R2中的電流相同,而且還可以控制通電時(shí)間相同;
乙瓶中電熱絲阻值較大,溫度計(jì)的示數(shù)較高,說明在電流與通電時(shí)間相同的情況下,電阻越大,產(chǎn)生的熱量越多;說明通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻的大小有關(guān)。
由題意可知,小華和小明用相同的裝置做實(shí)驗(yàn),可知加熱的電阻阻值相同;但小華的滑動變阻器接入電路的阻值較小,由歐姆定律可知,小華做實(shí)驗(yàn)時(shí)電路中的電流較大,此時(shí)小華這一組的煤油升溫比小明的快,說明在通電時(shí)間和電阻大小相同的情況下,通過導(dǎo)體的電流越大,產(chǎn)生的熱量越大,即小紅可以初步判斷出通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與通過導(dǎo)體的電流有關(guān)。
故答案為:控制電流和通電時(shí)間相同;電阻;能。
【點(diǎn)評】此題考查了焦耳定律的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),需要掌握電流產(chǎn)生熱量多少的影響因素,會利用控制變量法和轉(zhuǎn)換法,正確探究電流產(chǎn)生熱量跟各因素之間的關(guān)系。
19.如圖是探究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱的多少與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置。三個(gè)密閉容器中的電阻如圖,三個(gè)容器串聯(lián),在其中一個(gè)容器的外部,將一個(gè)電阻和這個(gè)容器內(nèi)的電阻并聯(lián),通電后,觀察三個(gè)U形管中液面高度的變化。比較 甲丙 實(shí)驗(yàn)裝置可以探究電熱與電流大小的關(guān)系;比較 甲乙 實(shí)驗(yàn)裝置可以探究電熱與電阻的關(guān)系;通電相同時(shí)間,三個(gè)密閉容器中的電阻產(chǎn)生的電熱之比為 4:8:1 。
【分析】研究電流產(chǎn)熱與電流關(guān)系,根據(jù)控制變量法可知應(yīng)控制電阻和通電時(shí)間相同;研究電流產(chǎn)熱與電阻關(guān)系,根據(jù)控制變量法可知應(yīng)控制電流和通電時(shí)間相同;分析出各個(gè)容器中電流和電阻的關(guān)系,根據(jù)Q=I2Rt分析三容器內(nèi)電阻絲產(chǎn)生的熱量關(guān)系。
【解答】解:探究電熱與電流大小的關(guān)系時(shí),需要控制電阻和通電時(shí)間相同,電阻的電流不同,根據(jù)電路可知,丙中的兩個(gè)5Ω的電阻并聯(lián)后再與甲串聯(lián)在電路中,則通過丙的容器內(nèi)電阻的電流和通過甲的容器內(nèi)電阻的電流不同,通電時(shí)間和電阻相同,所以可以探究電熱與電流大小的關(guān)系;
探究電熱與電阻的關(guān)系時(shí),需要控制電流和通電時(shí)間相同,電阻不同,根據(jù)電路可知,需要對比甲乙裝置;
丙中兩個(gè)電阻的電流之和與甲、乙的電流相同,故I甲=I乙=2I丙,由Q=I2Rt可知,在通電相同時(shí)間下,三個(gè)容器中產(chǎn)熱量之比:I甲2×5Ω×t:I乙2×10Ω×t:I丙2×5Ω×t=4:8:1。
故答案為:甲丙;甲乙;4:8:1。
【點(diǎn)評】本題主要考查的是學(xué)生對“電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與什么因素有關(guān)的”實(shí)驗(yàn)以及焦耳定律的應(yīng)用,要注意控制變量法的應(yīng)用。
20.如圖所示電路中,R1:R2:R3=1:2:3,閉合開關(guān)后,兩電流表A1、A2示數(shù)之比I1:I2= 5:9 ,在相同的時(shí)間里,R1、R2、R3產(chǎn)生的熱量之比為Q1:Q2:Q3= 6:3:2 。
【分析】由圖可知,三個(gè)電阻并聯(lián),電流表A1測通過R2和R3的總電流,電流表A2測通過R1和R2的總電流;
已知R1:R2:R3=1:2:3,根據(jù)歐姆定律和并聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)可求出兩電流表A1A2示數(shù)之比,根據(jù)Q=W=UIt可求出在相同的時(shí)間里R1、R2、R3產(chǎn)生的熱量之比。
【解答】解:
由圖可知,三個(gè)電阻并聯(lián),電流表A1測通過R2和R3的總電流,電流表A2測通過R1和R2的總電流;
已知R1:R2:R3=1:2:3,設(shè)R1=R,R2=2R,R3=3R,電源電壓為U;
因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等,
則根據(jù)I=可知,通過R1、R2、R3的電流分別為:、、;
電流表A1測通過R2和R3的總電流,則A1的示數(shù):I1=+=×;
電流表A2測通過R1和R2的總電流,則A2的示數(shù):I2=+=×;
所以I1:I2=×:×=5:9;
在相同的時(shí)間里,R1、R2、R3產(chǎn)生的熱量之比為:
Q1:Q2:Q3=W1:W2:W3=UIR1t:UIR2t:UIR3t=IR1:IR2:IR3=::=6:3:2。
故答案為:5:9;6:3:2。
【點(diǎn)評】本題考查了并聯(lián)電路的特點(diǎn)、歐姆定律和電功公式應(yīng)用,看懂電路圖是正確解題的關(guān)鍵。
21.電熱飲水機(jī)通過機(jī)內(nèi)溫控開關(guān)S進(jìn)行自動控制,實(shí)現(xiàn)加熱和保溫兩種功能。電路原理如圖乙所示。電源電壓恒為220V,當(dāng)開關(guān)S接a時(shí),電路中電流為5A,則電阻R1阻值為 44 Ω,當(dāng)開關(guān)S接b時(shí),電路消耗的功率為66W.該飲水機(jī)在保溫狀態(tài)工作100s,R2產(chǎn)生的熱量為 6204 J。
【分析】(1)當(dāng)開關(guān)S接a時(shí),電路為R1的簡單電路,根據(jù)歐姆定律求出R1的阻值;
(2)開關(guān)S接b時(shí),R1與R2串聯(lián),根據(jù)P=UI求出電路中的電流;開關(guān)S接b時(shí),電路中的總電阻最大,根據(jù)P=UI=可知,飲水機(jī)的功率最小,處于保溫狀態(tài),根據(jù)歐姆定律求出電路中的總電阻,利用串聯(lián)電阻的特點(diǎn)求出R2的阻值,利用Q=I2Rt求出100s內(nèi)R2產(chǎn)生的熱量。
【解答】解:(1)當(dāng)開關(guān)S接a時(shí),電路為R1的簡單電路,
由I=可得,R1的阻值:R1===44Ω;
(2)開關(guān)S接b時(shí),R1與R2串聯(lián),電路消耗的功率為66W,
由P=UI可得,電路中的電流:I1===0.25A;
開關(guān)S接b時(shí),電路中的總電阻最大,消耗的總功率最小,飲水機(jī)處于保溫狀態(tài),此時(shí)電路中的總電阻:R===Ω,
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和,所以,R2的阻值:R2=R﹣R1=Ω﹣44Ω=Ω,
100s內(nèi)R2產(chǎn)生的熱量:Q2=I22R2t=(0.3A)2×Ω×100s=6204J。
故答案為:44;6204。
【點(diǎn)評】本題考查了歐姆定律、串聯(lián)電路的特點(diǎn)、電功率公式、焦耳定律的應(yīng)用,會判斷飲水機(jī)不同狀態(tài)時(shí)電路的連接方式是關(guān)鍵。
22.小宇同學(xué)利用身邊的器材做了以下兩個(gè)小實(shí)驗(yàn):
(1)小宇把口香糖包裝鋁紙剪成中間細(xì)兩端寬的鋁紙條,鋁紙條兩端的鋁面直接接觸電池的正負(fù)極,很快發(fā)現(xiàn)鋁紙條中間處開始冒煙,起火苗,如圖1所示。這是因?yàn)殇X具有 導(dǎo)電 性,鋁紙條中間最細(xì)處的電阻較 大 ,把它的兩端直接接入電池正負(fù)極,造成短路,電流很 大 ,迅速發(fā)熱使溫度達(dá)到紙的著火點(diǎn)而燃燒起來。
(2)小宇拿出兩根塑料吸管A、B,把A放在瓶蓋上,B用紙巾摩擦后靠近A,如圖2所示,發(fā)現(xiàn)A被 吸引 而轉(zhuǎn)動;若A也用紙巾摩擦過,則發(fā)現(xiàn)A被排斥而轉(zhuǎn)動,這是由于 同種電荷互相排斥 。
【分析】(1)金屬都具有導(dǎo)電性,導(dǎo)線直接將電源連接起來的電路叫短路,短路時(shí),容易燒壞電路或形成火災(zāi)。
(2)帶電體具有吸引輕小物體的性質(zhì),同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引。
【解答】解:(1)因?yàn)殇X屬于金屬,因此具有導(dǎo)電性,鋁紙條兩端的鋁面直接接觸電池的正負(fù)極,鋁紙條中間最細(xì)處的電阻較大,形成了電源短路,此時(shí)電路中迅速產(chǎn)生大量熱量使溫度達(dá)到錫紙的著火點(diǎn)而使之燃燒。
(2)塑料吸管B與紙巾摩擦產(chǎn)生電荷,帶電體B能夠吸引輕小的物體A,因此A被吸管B吸引而轉(zhuǎn)動;
如果吸管A也與紙巾摩擦,那么就會和吸管B排斥,這是因?yàn)橥N電荷相互排斥的原因。
故答案為:(1)導(dǎo)電;大;大;(2)吸引;同種電荷互相排斥。
【點(diǎn)評】本題考查了利用身邊器材能夠做的物理實(shí)驗(yàn)以及分析實(shí)驗(yàn)中蘊(yùn)含的物理知識,注重了物理和生活的聯(lián)系,屬于基礎(chǔ)知識的考查,相對比較簡單。
23.有甲、乙兩個(gè)電熱水壺,規(guī)格分別為“220V 1500W”和“220V 2000W”。
(1)這兩個(gè)電熱水壺中,內(nèi)部電熱絲的阻值較大的是 甲 。
(2)使用電熱水壺?zé)畷r(shí),發(fā)現(xiàn)水燒開了,而導(dǎo)線卻幾乎不熱,這是因?yàn)殡姛崴畨仉姛峤z的電阻比導(dǎo)線的電阻 大 。
【分析】(1)根據(jù)P=求出電熱絲的電阻;
(2)由焦耳定律知道,電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的平方、電阻大小和通電時(shí)間成正比。電熱絲和連接的導(dǎo)線串聯(lián)在電路中(通過的電流相等),通電時(shí)間是相同的,而電熱絲的電阻比導(dǎo)線的電阻大,據(jù)焦耳定律分析。
【解答】解:(1)由P=得:
甲電熱水壺的電阻:R甲==≈32.3Ω;
乙電熱水壺的電阻:R乙====24.2Ω,
所以甲內(nèi)部電熱絲的阻值較大。
(2)電熱水壺在使用時(shí),電熱絲和導(dǎo)線串聯(lián),I電熱絲=I導(dǎo)線,通電時(shí)間t相同,
因?yàn)镼=I2Rt,R電熱絲>R導(dǎo)線,
所以電流產(chǎn)生的熱量:
Q電熱絲>Q導(dǎo)線,
從而出現(xiàn)電熱絲熱得發(fā)紅,但跟電熱絲連接的導(dǎo)線幾乎不熱的現(xiàn)象
故答案為:(1)甲;(2)大。
【點(diǎn)評】本題主要考查對公式的應(yīng)用、電功率焦耳定律及應(yīng)用、串聯(lián)電路電流關(guān)系的了解和掌握,知道電熱絲和相連接的導(dǎo)線為串聯(lián)是本題的關(guān)鍵。
24.如圖所示是一款新型節(jié)能裝置:空氣能熱水器,它的制熱能效比(制熱量和壓縮機(jī)所耗電能之比)為3:1,某同學(xué)洗一次澡用水40kg,這些水溫度由17℃升高到42℃吸收的熱量為 4.2×106 J,若這些熱量分別由空氣能熱水器和效率為70%的電熱水器提供,則空氣能熱水器壓縮機(jī)所耗電能與電熱水器所耗電能相比,可節(jié)約電能 4.6×106 J.[c水=4.2×103J/(kg?℃)]
【分析】(1)知道水的比熱容和初溫、末溫,利用Q吸=cm(t﹣t0)求出水吸收的熱量;
(2)利用空氣能熱水器的制熱能效比為3:1求出空氣能熱水器提供這些熱量時(shí)消耗的電能,利用η=求出用電熱水器加熱時(shí)消耗的電能,兩者的差值即為空氣能熱水器壓縮機(jī)所耗電能與電熱水器所耗電能相比可節(jié)約的電能。
【解答】解:(1)這些水溫度由17℃升高到42℃吸收的熱量:
Q吸=c水m(t﹣t0)=4.2×103J/(kg?℃)×40kg×(42℃﹣17℃)=4.2×106J;
(2)因空氣能熱水器的制熱能效比為3:1,
所以,由空氣能熱水器提供這些熱量時(shí),消耗的電能:
W1=Q吸=×4.2×106J=1.4×106J,
已知電熱水器的效率為70%,
由η==70%可得用電熱水器加熱時(shí)消耗的電能:
W2===6×106J,
則空氣能熱水器壓縮機(jī)所耗電能與電熱水器所耗電能相比可節(jié)約的電能:
△W=W2﹣W1=6×106J﹣1.4×106J=4.6×106J。
故答案為:4.2×106;4.6×106。
【點(diǎn)評】本題考查了吸熱公式、效率公式的綜合應(yīng)用,明白制熱能效比的含義是關(guān)鍵。
25.某品牌電熱水壺上標(biāo)有“220V1400W”的字樣,小明發(fā)現(xiàn)燒水過程中電熱水壺的發(fā)熱體部分很快變熱,但連接的導(dǎo)線卻不怎么熱,這是因?yàn)閷?dǎo)線的電阻比發(fā)熱體的電阻 小 。在額定電壓下,電熱水壺?zé)?min。這段時(shí)間內(nèi)電熱水壺發(fā)熱體產(chǎn)生的熱量是 2.52×105 J.若發(fā)熱體產(chǎn)生的熱量全部被水吸收,能將 0.75 kg的水從20℃升高到100℃.[c水=4.2×103J/(kg?℃)]
【分析】(1)首先判斷電熱水壺中的發(fā)熱體與連接導(dǎo)線的連接方式,據(jù)此得出通過的電流、通電時(shí)間的大小關(guān)系,結(jié)合電阻大小關(guān)系,利用焦耳定律分析回答;
(2)在額定電壓下,電熱水壺的實(shí)際功率等于額定功率,利用Q=W=Pt求出3min內(nèi)發(fā)熱體產(chǎn)生的熱量。
(3)若發(fā)熱體產(chǎn)生的熱量全部被水吸收,則Q吸=Q,由Q吸=cm△t可求得水的質(zhì)量。
【解答】解:
(1)電熱水壺的發(fā)熱體與連接的導(dǎo)線是串聯(lián)的,所以通過它們的電流、通電時(shí)間都相等,但導(dǎo)線的電阻比電熱水壺的電阻小的多,由Q=I2Rt可知,電流通過導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量比通過發(fā)熱體產(chǎn)生的熱量小得多,所以在燒水過程中熱水壺的發(fā)熱體部分很快變熱,但連接的導(dǎo)線卻不怎么熱;
(2)在額定電壓下,電熱水壺的實(shí)際功率P=P額=1400W,
則3min內(nèi)發(fā)熱體產(chǎn)生的熱量:
Q=W=Pt=1400W×3×60s=2.52×105J。
(3)若發(fā)熱體產(chǎn)生的熱量全部被水吸收,則Q吸=Q=2.52×105J。
由Q吸=cm△t可得,水的質(zhì)量:
m===0.75kg。
故答案為:??;2.52×105;0.75。
【點(diǎn)評】本題考查了焦耳定律和電功率公式的應(yīng)用,注意電熱水壺屬于純電阻用電器,可以利用Q=W=Pt計(jì)算產(chǎn)生的熱量(消耗的電能全部用來產(chǎn)生熱量)。
三.計(jì)算題(共2小題)
26.小華家買了一個(gè)家用電吹風(fēng),其簡化電路如圖所示,主要技術(shù)參數(shù)如表。電吹風(fēng)在額定電壓下工作,請解答如下問題:
(1)電吹風(fēng)正常工作吹冷風(fēng)時(shí),開關(guān)應(yīng)置于 BC ,通過電動機(jī)的電流是多大?
(2)電熱絲正常工作時(shí)的電阻是多大?
(3)電吹風(fēng)內(nèi)電動機(jī)的電阻是2Ω,電吹風(fēng)正常工作吹冷風(fēng)5min產(chǎn)生的熱量是多少?
【分析】(1)當(dāng)吹冷風(fēng)時(shí),只有電動機(jī)工作;根據(jù)P=UI求出通過電動機(jī)的電流;
(2)當(dāng)電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時(shí),電動機(jī)和電熱絲同時(shí)工作,電動機(jī)與電熱絲并聯(lián),電熱絲的功率等于電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時(shí)的功率減去吹冷風(fēng)時(shí)的功率,根據(jù)P=求出電熱絲R的電阻值。
(3)根據(jù)Q=I2Rt求出5min內(nèi)電流通過電動機(jī)產(chǎn)生的熱量。
【解答】解:(1)當(dāng)吹冷風(fēng)時(shí),只有電動機(jī)工作,所以開關(guān)在BC處;
冷風(fēng)時(shí)電功率P1=110W,由P=UI可得,此時(shí)通過電動機(jī)的電流:
I1===0.5A;
(2)當(dāng)電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時(shí),電動機(jī)和電熱絲同時(shí)工作,電動機(jī)與電熱絲并聯(lián),總功率P=1210W,
則電熱絲的電功率:
P2=P﹣P1=660W﹣110W=550W,
由P=得電熱絲的電阻值:
R2===88Ω;
(3)t=5min=300s,則電吹風(fēng)吹冷風(fēng)5min產(chǎn)生的熱量(電流通過電動機(jī)產(chǎn)生的熱量):
Q1=I12R1t=(0.5A)2×2Ω×300s=150J。
故答案為:(1)BC;電吹風(fēng)吹冷風(fēng)時(shí),通過電動機(jī)的電流是0.5A;
(2)電熱絲工作時(shí)的電阻是88Ω;
(3)電吹風(fēng)內(nèi)電動機(jī)的電阻是1Ω,電吹風(fēng)吹冷風(fēng)5min產(chǎn)生的熱量是150J。
【點(diǎn)評】本題考查了電功率公式和焦耳定律的應(yīng)用,關(guān)鍵是知道電熱絲的功率等于電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時(shí)的功率減去吹冷風(fēng)時(shí)的功率。
27.圖甲為某型號豆?jié){機(jī)外觀示意圖,將黃豆和清水放入杯體,經(jīng)過圖乙所示“三次加熱、二次打漿”的工序,可制作可口的豆?jié){。豆?jié){機(jī)“加熱”時(shí)功率為1000W,“打漿”時(shí)功率為200W.為了防止豆?jié){過少導(dǎo)致“干燒”和豆?jié){過多導(dǎo)致“溢漿”,小科設(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路,La、Lb是兩個(gè)完全相同的電磁鐵,Ra和Rb分別是安裝在“防溢漿”水位和“防干燒”水位下方的壓敏電阻,其阻值隨壓力的增大而減小。只有當(dāng)豆?jié){液面處在“防干燒”和“防溢漿”水位之間時(shí),電熱絲才能工作。[假設(shè)電磁鐵對銜鐵的吸引力不會隨距離的改變而改變,不考慮銜鐵的彈力和重力;泡好的黃豆和水的混合物可視同為水,水的比熱是4.2×103J/(kg?℃)]。
(1)在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下將1200ml、20℃泡好的黃豆和水倒入杯體中。求:
①黃豆和水的總質(zhì)量m是多少kg?
②第一次加熱完成時(shí),消耗的電能W是多少J?
③第一次加熱完成時(shí)黃豆和水的溫度最多能升高多少℃?
(2)若按圖乙工序完成一次豆?jié){制作,需消耗多少電能?
(3)已知“防干燒”水位h1和“防溢漿”水位h2,壓敏電阻Ra、Rb的阻值隨液面高度h的變化曲線如圖丁所示,請問曲線②是 Rb (選填“Ra”或“Rb”)的圖象。
【分析】(1)①由密度公式ρ=算出黃豆和水的總質(zhì)量;
②根據(jù)P=算出第一次加熱完成時(shí)消耗的電能;
③根據(jù)Q=cm△t算出升高的溫度,根據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)為100℃判斷出升高的溫度;
(2)由圖乙可得出加熱時(shí)間和打漿時(shí)間,根據(jù)W=Pt分別求出豆?jié){機(jī)加熱和打漿消耗的電能,二者相加即為完成一次豆?jié){制作需消耗的電能;
(3)當(dāng)液面高度為h0時(shí),閉合電路中的開關(guān)S,電阻Ra、Rb分別與電磁鐵La、Lb串聯(lián)后再并聯(lián),
電磁鐵La吸住銜鐵,說明La比Lb的磁性強(qiáng),電阻Ra所在支路的電流較大,根據(jù)R=可知,電阻Ra所在支路的電阻較小,據(jù)此選擇圖象。
【解答】解:(1)①由密度公式ρ=知,
黃豆和水的總質(zhì)量:m=ρV=1.0×103kg/m3×1200×10﹣6m3=1.2kg;
②根據(jù)P=知,
第一次加熱完成時(shí),消耗的電能為:
W=P加熱t(yī)=1000W×8×60s=480000J;
③根據(jù)Q=cm△t知,
升高的溫度為:△t==≈95℃,
在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)為100℃,20℃+95℃=115℃>100℃,
最高升高100℃﹣20℃=80℃;
(2)由圖乙可知,加熱時(shí)間t1=8min+2min+5min=15min=900s,
打漿時(shí)間t2=0.5min+0.5min=1min=60s,
由P=得,豆?jié){機(jī)加熱消耗的電能:
W1=P1t1=1000W×900s=9×105J,
豆?jié){機(jī)打漿消耗的電能:
W2=P2t2=200W×60s=1.2×104J,
則完成一次豆?jié){制作需消耗的電能:
W=W1+W2=9×105J+1.2×104J=9.12×105J;
(3)液面高度低于“防干燒”水位h1時(shí),工作電路不工作;
當(dāng)液面高度為h0時(shí),閉合電路中的開關(guān)S,電阻Ra、Rb分別與電磁鐵La、Lb串聯(lián)后再并聯(lián),
電磁鐵La吸住銜鐵,說明La比Lb的磁性強(qiáng),電阻Ra所在支路的電流較大,根據(jù)R=可知,電阻Ra所在支路的電阻較小,
因?yàn)長a、Lb是兩個(gè)完全相同的電磁鐵,即線圈電阻相同,所以,此時(shí)壓敏電阻的阻值的大小關(guān)系:Ra<Rb.所以曲線②是Rb的圖象。
答:(1)①黃豆和水的總質(zhì)量m是1.2kg;
②第一次加熱完成時(shí),消耗的電能W是480000J;
③第一次加熱完成時(shí)黃豆和水的溫度最多能升高80℃;
(2)若按圖乙工序完成一次豆?jié){制作,需消耗電能9.12×105J;
(3)Rb。
【點(diǎn)評】本題以家用豆?jié){機(jī)為背景,綜合考查了密度公式、吸熱公式、電功公式,歐姆定律的應(yīng)用以及電磁繼電器的工作過程等知識點(diǎn),解題的關(guān)鍵是分析電磁繼電器的工作原理和判斷電路的狀態(tài),也是本題的難點(diǎn)所在。
聲明:試題解析著作權(quán)屬菁優(yōu)網(wǎng)所有,未經(jīng)書面同意,不得復(fù)制發(fā)布
測小燈泡的電功率
測電阻
相同點(diǎn)
所測物理量
燈泡兩端的電壓(U),通過燈泡的電流(I)
電路圖
連入電路時(shí)
開關(guān)斷開,滑動變阻器位于阻值最大處
不同點(diǎn)
原理
計(jì)算公式
滑動變阻器的作用
保護(hù)電路,控制燈泡兩端電壓
保護(hù)電路,改變電路中的電流
熱風(fēng)溫度
50﹣75℃
額定功率
熱風(fēng)時(shí):660W
冷風(fēng)時(shí):110W
額定電壓
220V
質(zhì)量
0.5kg

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