16.4科学探究：电流的热效应 练习
一、单选题
1．下列设备属于热机的是（ ）
A．电热小太阳 B．电热挂烫机
C．家庭的地暖 D．火箭发动机
2．同学们梳理了部分物理实验，如图所示。其中分析正确的是（ ）
A． 如图所示实验，是探究电热与电阻的关系，闭合开关后，A管中液面上升比B快
B． 如图所示实验，是分子间相互作用的引力把塑料吸盘吸在光滑的墙上
C． 如图所示实验，当探头在水中深度逐渐增大时，U形管两边液面高度差不变
D． 如图所示实验，口吹硬币跳越木块，说明流速越大的位置，压强越小
3．如图是探究“电流通过导体时产生热量的多少与什么因素有关”的实验装置．两个透明容器中封闭着等量的空气,连接电路后,通电进行实验过程中,下列说法正确的是
A．左边容器中电阻丝的电流等于右边容器中电阻丝的电流
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．如图是探究流通过导体时产生热量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，U形管中液面高度的变化反应密闭空气温度的变化，下列说法正确的是
A．该实验装置是为了探究电流产生的热量与电阻大小的关系
B．通电一段时间后，右侧U型管内液面高度差比左侧大
C．该实验装置是为了探究电流产生的热量与电流大小的关系
D．该实验装置是利用U型管中液体的热胀冷缩来反映电阻丝放出热量的多少
5．如图所示的电路中，电源电压恒为4.5V，滑动变阻器的规格为“10Ω；1A”，灯泡上标有“2.5V；1.25W”字样。闭合开关S后调节滑动变阻器的滑片，在保证各元件安全的情况下，下列说法中正确的是（ ）
A．小灯泡L正常发光时的电阻为2Ω
B．小灯泡L正常发光时，电压表V2示数为2.5V
C．向右移动滑片时，电压表V2与电流表A的示数之比不变
D．让小灯泡L正常发光2min，滑动变阻器产生的电热为120J
6．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，下列说法不正确的是（ ）
A．U 形管液面高度变化是因为密闭容器内气体受热膨胀
B．通电后透明容器中电阻丝的内能增大是通过做功方式改变的
C．图乙所示的装置可以用来探究电流通过电阻产生的热量多少跟电流大小的关系
D．乙图中，通电一段时间后，左右两边容器内电阻产生的热量之比是 2：1
7．下列家用电器中，利用电流热效应工作的是（ ）
A． 抽油烟机 B． 电视机
C． 电饭煲 D． 电风扇
8．张研同学有两段电热丝，电阻分别是R1、R2（R1＞R2），他将这两段电热丝在电路中串联起来，分别放入两个相同的容器中，两个容器中装有相同质量的水，如图所示．当他将开关闭合后，关于甲乙两个容器中水温的变化，下面的说法中正确的是
A．甲容器中的水温度上升的快
B．乙容器中的水温度上升的快
C．甲、乙容器中的水温度上升的一样快
D．条件不足，无法判断
二、多选题
9．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，通电一段时间后，右侧U形管中液面高度差比左侧的大，下列说法正确的是（ ）
A．左侧容器中电阻丝的阻值比右侧容器中的小
B．该装置用来探究电流通过导体产生的热量跟电流大小的关系
C．该装置可以用来探究电流通过导体产生的热量跟通电时间的关系
D．电流通过导体产生热量的多少可通过U形管中液面高度差的变化来反映
10．下列说法中正确的是（ ）
A．通过导体的电流越大，导体的电阻就越小
B．家用电热水器的发热体用的是超导体材料
C．验电器是利用同种电荷相互排斥的原理制成的
D．金属导体中自由电子定向移动的方向与电流方向相反
三、判断题
11．有一个小电动机，其外壳上标有“3V 1.5W”的字样，经检测其电阻为1Ω，则该小电动机正常工作100s，产生的热量为25J。( )
四、填空题
12．一款新型电动汽车，直流电动机的铭牌上标有“220V 5.5kW”，电动机线圈的电阻为0.4Ω，该电动机正常工作时的效率为 。
13．在一次探险活动中，探险队需要生火，在没有打火机等取火工具的情况下，探险队长将口香糖的锡箔纸剪成了类似图所示的形状，然后将M、N分别接在从手电筒中取出的干电池正负两极上。根据你的判断，温度最高最适合点火的位置是 ，理由是 。
14．冬天在浴室里洗热水澡，浴室内的玻璃上会变得很“模糊”。小敏将废旧的电吹风机内的电热丝拆下，制作了一款平面镜防雾膜，膜内装有电热丝，将它贴在镜的背面并通电，可防止镜面“模糊”，如图所示，这是利用电流的 。若防雾膜的额定功率为20W，正常工作10min消耗的电能是 J。
15．从发电站到用户，通常都有较远的距离，要实现电能输送，就要采取高压输电，这是为了减少 ， 材料的出现，为我们将来利用其零电阻特性实现远距离大功率输电提供了可能
16．如图所示，A、B两根导线接在3V的电源两端，通电2min，电流通过电阻R 和R 产生的总热量为 J。
五、实验题
17．小刚用了如图所示的装置，分别将加热丝接在了 220V的电路中，给两杯初温均为20℃的水加热（m甲
②水沸腾前，同一时刻，甲的内能 乙的内能（填“大于”、“小于”或“等于”）.
③由于两杯水温度升高的快慢相同，小刚推测，甲液体中加热丝的电阻比乙液体的大．小刚的猜想是否正确？你的判断依据是什么？
答: ， ．
18．为探究“电流产生的热量与哪些因素有关”的实验。
（1）珠珠小组采用如图甲乙的实验装置，请回答相关问题：
①电流产生的热量通过U形管中液面的 来反映，这种研究物理问题的方法叫 法；
②在图甲中两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，这样做可以得出的结论是 ；
③在图乙中容器外并联了一个阻值相同的电阻丝，其目的是为了研究当 相同时，电流产生的热量与 的关系；
（2）秀秀小组用图丙所示的装置来完成本实验。图中两个密封的烧瓶内盛满质量和温度都相同的煤油，瓶中插温度计。两瓶煤油中都浸泡着一段电阻丝，烧瓶A中的金属丝的电阻为5Ω，烧瓶B中的金属丝的电阻为10Ω。为了在较短的时间内达到明显的实验效果，选用了煤油而不选用水，主要是由于 。完成实验后，发现该装置可测量煤油的比热容。方法是：分别向两个相同的烧瓶中（内部电阻丝阻值相同）加入初温均为t0、质量相等的水和煤油，通电一段时间后，分别读出温度计的示数为t水、t煤油，请写出煤油比热容的表达式c煤油＝ （已知水的比热容为c水＝4.2×103J/（kg ℃））。
六、综合题
19．如图甲所示，是某型号的浴室防雾镜，其背面粘贴有等大的电热膜。使用时，防止了浴室镜面上出现“雾气”。如表是该防雾镜的相关数据。
面积大小 50cm×80cm 额定电压 220V/50Hz
总重量 2kg 额定功率 10W/dm2
玻璃重量 1kg 电热膜厚度 0.4mm
（1）这种防雾镜能够防止浴室镜面上出现“雾气”的原因是 ；
（2）求防雾镜正常工作时的电流；
（3）经测试，在-10℃环境下，正常工作2min，可以使平面镜的平均温度升高到30℃。求电热膜给平面镜的加热效率 ；[玻璃的比热容为0.75×103 J/(kg·℃)]
（4）如图乙所示，小秦给防雾镜电路连接了一个滑动变阻器，能使电热膜的功率在原功率的25%~100%之间变化，请求出R的最大阻值。
20．家庭电路中，当电路发生故障时，电工师傅常用一只额电压为220V的灯泡L0(检验灯泡)，放在保险丝位置上，并且断开保险丝，来检查家庭电路中每个支路的情况，如图所示，当S闭合时，再逐一闭合Sl、S2、S3(每次只闭合其中的一个开关)时，可能出现下列几种现象，请你根据所提供的现象判断电路的状况(选填：“短路”、“断路”或“正常”)：
(1) L0不亮，说明该支路 ．
(2) L0正常发光，说明该支路 ．
(3) L0发光呈暗红色，说明该支路 ．
(4)家庭电路中所有用电器都工作时，总电阻 ．（填最大或最小）．
(5)如果想再接一盏，把它接在开关的两端，与开关并联，则无论开关断开还是闭合，该灯不能正常发光，原因 ．
(6)测电笔的是用来辨别火线和零线的，使用时，笔尖与 接触，手与 接触，用电器两端氖管都发光表示是火线．
(7)当把台灯插入插座，家中熔丝立即烧断，则 ；若台灯开关闭合后家中熔丝立即烧断，则 ．
(8)利用家庭电路中的电能表和手表测家用电器的功率，其实验原理是P= .
(9)其具体做法是：如图所示的电能表，只让待测用电器单独工作，观察电能表，数出转盘转过25圈所需的时间3min，则该用电器的功率为 W.
七、计算题
21．在如图所示的电路中，电源电压不变，R1=3Ω，R2=6Ω。
（1）当Sl、S3断开，S2闭合时，电流表示数为1A，求电源电压；
（2）当Sl、S3闭合，S2断开时，求：电路中的总功率；
（3）当Sl、S3闭合，S2断开时，通电1min，电阻R1产生的热量。
22．如图所示，标有“6V 3W”字样的小灯泡与最大阻值为10Ω的滑动变阻器串联在电路中。当变阻器连入电路中的电阻为6Ω时灯正常发光。（不考虑灯泡电阻受温度影响，电源电压不变）求：
（1）灯泡电阻；
（2）电源电压；
（3）灯泡正常发光1min，变阻器产生的热量。
参考答案：
1．D
【详解】AB．电热小太阳、电热挂烫机都是利用电流的热效应工作，不符合热机的特点，故AB不符合题意；
C．家庭的地暖利用水的比热容较大的特点，故C不符合题意；
D．火箭发动机利用内能做功，是把内能转化成机械能的装置，符合热机的特点，故D符合题意。
故选D。
2．D
【详解】A．由电路图可知，两个不同阻值的电阻丝串联，则通过它们的电流和通电时间相同，探究的是电热与电阻的关系，B中电阻大，产生热量多，B管中液面上升比A快，故A错误；
B．吸盘要固定在墙壁上，需要先用力挤压塑料吸盘，把盘内的空气挤出，然后吸盘就被外界的大气压紧压在了墙壁上，不是因为分子间存在引力，故B错误；
C．当压强计的探头在水中深度逐渐增大时，受到的压强变大，U形管两边液面高度差越大，故C错误；
D．口吹硬币跳越木块，是因为硬币上方空气流速快，压强小，硬币下方空气流速慢，压强大，使硬币受到向上的压强差，所以硬币会跳越木块，故D正确。
故选D。
3．B
【分析】（1）串联电路电流处处相等；并联电路中干路中的电流等于各个支路的电流之和；
（2）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但可以通过液面高度差的变化来反映，这种研究方法叫转化法；
（3）电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关；
（4）根据Q=I2Rt分析产生热量的多少．
【详解】AC、由图可知，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，两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点可知I右=I1+I2，两电阻阻值相等，则支路中电流相等，I1=I2，所以右边容器中的通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，保持两个容器中电阻和通电时间相同，电流大小不同，探究电流通过导体产生的热量与电流大小的关系，故AC错误；
B、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；
D、左右两容器中的电阻相同，而通过左侧容器中电阻的电流大于右侧容器中电阻的电流，通电时间相同，由Q=I2Rt可知，左边容器中的电阻产生的热量多，左边U形管内液面的高度差比右边U形管内液面的高度差大，故D错误．
故选B．
4．D
【详解】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以知道,右端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等,即,两个5Ω的电阻并联,根据并联电路的电流特点知,两电阻阻值相等,则支路中电流相等,,所以右边容器中的通过电阻的电流是左侧通过电流的一半,即是研究电流产生的热量与电流的关系，由可以知道,左边容器中的电阻产生的热量多,温度升得较快;因此通电一段时间后,玻璃管左侧液面高度差更大,故A、B、C错误；该实验装置是利用U型管中空气的热胀冷缩来反映热的多少,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D正确. 所以D选项是正确的.
5．D
【详解】由图示知，灯泡和滑动变阻器串联在电路中，电压表V1测小灯泡两端的电压，V2测变阻器两端的电压，电流表测电路中的电流。
A．由题意知，灯泡正常发光时的电阻
故A错误；
B．小灯泡正常发光时，两端电压为2.5V，则滑动变阻器两端的电压，即V2的示数
U2=U-U额=4.5V-2.5V=2V
故B错误；
C．电压表V2示数与电流表A的示数之比为变阻器接入电路的阻值，滑片向右移动时，变阻器接入电路的阻值变小，所以比值变小，故C错误；
D．小灯泡正常发光时，电路中的电流
此时，滑动变阻器产生的电热
故D正确。
故选D。
6．D
【详解】A.U形管中液面高度发生变化是因为透明容器中密封着等量的空气的热胀冷缩造成的，故A正确；
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，故B正确；
C.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，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左=I1I2，两电阻的阻值相等，则支路中电流相等，即I1=I2，所以右边容器中通过电阻的电流是左边容器中通过电阻的电流的一半，即这是研究电流产生的热量与电流的关系，故C正确；
D.乙图中，左右两边容器内电阻相同，通电时间t相同，由C知右边容器中通过电阻的电流是左边容器中通过电阻的电流的一半，由Q=I2Rt可得：左右两边容器内电阻产生的热量之比是 4：1，故D错误．
7．C
【详解】AD．抽油烟机、电风扇工作时主要是把电能转化为机械能，故AD不符合题意；
B．电视机主要是把电能转化为声能和光能，故B不符合题意；
C．电饭锅是把电能转化为内能，是利用电流的热效应工作的，故C符合题意。
故选C。
8．A
【详解】 解答：从图可知，两电热丝R1、R2串联，所以通过它们的电流和通电时间都相同，根据焦耳定律Q＝I2Rt可知，在电流和通电时间一定时，电阻越大产生的热量越多．因为R1＞R2，所以Q1＞Q2，即甲容器中水吸收的热量多，而两个容器中装有相同质量的水，所以甲容器中水温上升较快．
点睛：电流通过导体产生的热量跟电流的平方、电阻的大小和通电时间成正比，因此在分析电流通过导体产热多少时应用了控制变量法．即当电流、通电时间相等时，电阻越大产生的热量越多．
9．ACD
【详解】AD．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，图中左侧U形管中的液面高度差小于右侧U形管中的液面高度差，可知右侧容器中电阻丝产生的热量多，又容器中的两个电阻丝串联，通过它们的电流I与通电时间t相同，由焦耳定律Q=Rt可知，左边容器中电阻丝的阻值小于右边容器中电阻丝的阻值，故AD正确；
BC．在装置中，容器中的两个电阻丝串联，通过它们的电流I与通电时间t相同，左边容器中的电阻与右边容器中的电阻不同，所以该装置是为了探究电流产生的热量与电阻大小的关系，只看其中一个可以用来探究电流通过导体产生的热量跟通电时间的关系，故B错误，C正确。
故选ACD。
10．CD
【详解】A．电阻是导体本身的一种性质，与通过导体的电流无关，故错误；
B．超导体没有电阻，通电后不会发热，因此不能用在电热水器上，故错误；
C．同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，验电器的原理是利用同种电荷相互排斥来工作的，故正确；
D．金属导体中自由电子带负电，电子定向移动的方向与电流的方向相反，故正确。
故选CD。
11．正确
【详解】根据电功率的公式可得正常工作时的电流为
根据焦耳定律可得，产生的热量为
故本说法正确。
12．95.5%
【详解】已知电动机的功率为
由可知，设电动机正常工作时间为t，电动机正常工作消耗电能为
由可得，电动机正常工作时的电流为
线圈产生的热量为
电动机工作时的机械能为
该电动机正常工作时的效率为
13． c 见解析
【详解】[1]锡箔纸剪成中间狭窄的形状，中间部分横截面积小、电阻大。温度最高最适合点火的位置是c。
[2]锡箔纸是导体，用锡箔纸接在电池的两极形成了电源短路，此时电路中迅速产生大量热量，根据焦耳定律Q＝I2Rt知，在电流和时间相同时，锡箔纸中间狭窄的地方，即c处电阻较大，产生的热量多，使温度先达到锡箔纸的着火点而使之燃烧。
14． 热效应 1.2×104
【详解】[1]电流通过防雾膜内的电热丝时会产生热量，可以防止水蒸气在镜面上液化，是利用了电流的热效应。
[2]防雾膜正常工作10min消耗的电能
15． 输电线路上的电能损失 超导
【详解】[1]在远距离输送电能时输电线路上的电能损失主要指的是电流的热效应而产生的，根据Q=I2Rt可知，在电阻不变的情况下，电流越小，输电线上的电能损失就越小，由P=UI可知，在电功率一定时，要减小电流就要增大输电电压。
[2]根据焦耳定律Q=I2Rt可知，当电阻为零时，可使导线损耗为零，超导体的电阻为零，电流通过时不会有任何损失的性质，可实现远距离大功率输电。
16．72
【详解】由图可知，R1和R2串联在3V的电源两端，电路中的总电阻
R= R1+ R2=5Ω+10Ω=15Ω
电路中的电流
通电2min，电流通过电阻R 和R 产生的总热量
17． 58 小于 正确 详见解析
【详解】（1）由图乙可知，温度计的分度值是1℃，温度计的示数是58℃；
（2）内能与质量、状态和温度有关，水沸腾前，同一时刻，温度和状态相同，乙的质量较大，乙的内能较大；
（3）两杯水温度升高的快慢相同，两杯水的初温均为20℃，m甲
【详解】（1）①[1][2]实验中，电热的多少不好比较，但电流产生热量越多，密闭容器中的气体膨胀产生的压力越大，使得U形管中液面的高度差越大，所以电流产生热量的多少是通过U形管内液面的高度变化体现出来的，这种研究物理问题的方法叫转换法；。
②[3]在图甲中，两容器中的电阻丝串联，这样做的目的是为了控制电流大小和通电时间相同；可以得出的结论为：在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。
③[4][5]图乙中，两个相同的电阻串联在电路中，通电时间和电阻相同，当在图乙中容器外并联了一个阻值相同的电阻丝后，通过两容器内电阻丝的电流不同，所以，这是为了探究电流产生热量跟电流关系。
（2）[6]要在较短的时间内达到明显的实验效果，即要求液体升温较快；在吸收热量相同、液体质量相同时，根据Q吸＝cm△t可知，要液体升温较快，应选用比热容较小的煤油。
[7]图丙装置中，两电阻丝阻值相同，它们串联电流相同，通电一段时间后，电流产生的热量相同，则煤油和水吸收的热量相同。已知它们的质量相同，设为m，根据前面分析结合吸热公式有
c煤油m（t煤油﹣t0）＝c水m（t水﹣t0）
解得
19． 见解析 1.82A 62.5% 121Ω
【详解】（1）[1]防雾镜镜面受热，提高了镜面温度，避免空气中的水蒸气在镜面上遇冷而液化成小水珠附着在镜面上。
（2）[2]防雾镜的面积为
50cm×80cm=5dm×8dm=40dm2
由表格可得防雾镜正常的功率
P=10W/dm2×40dm2=400W
由P=UI可得防雾镜正常工作时的电流
（3）[3]正常工作2min=120s，平面镜温度的变化量
Δt=30℃-(-10℃)=40℃
平面镜吸收的热量
Q吸=cmΔt=0.75×103J/(kg·℃)×1kg×40℃= 3×104J
正常工作120s电热膜产生的热量
Q=W=Pt=400W×120s=4.8×104J
加热效率
（4）[4]由图知变阻器与电热膜串联，当电路中电阻最大时（变阻器阻值最大），由可得电热膜电阻
电热膜的功率在原功率的25%~100%之间变化，所以其最小电功率
P最小=25%×400W=100W
由P=I2R可得此时电路中电流
由串联电路特点和欧姆定律可得此时滑动变阻器的最大阻值
20．(1)断路（2）短路（3）正常(4)最小(5)当开关闭合时，该灯被短路，当开关断开时，该灯实际电压低所以不能正常工作（6）电线、笔尾金属电极(7)插头短路、台灯短路（8）P=W/t （9）200w
【详解】（1）当L0不亮时，说明电路是断路状态．
（2）当L0能正常发光，说明L0得到了220V的电压，该支路是发生了短路．
（3）L0发光呈暗红色时，L0与L是串联，两个灯得到的电压小于220V，故不能正常发光，反而说明L是正常的．
（4）在家庭电路中，所有用电器同时工作时，电流最大，由R="U" /I 知，此时电阻最小．
（5）灯泡如果与开关并联，闭合开关灯泡被短路，无电流通过不能发光；断开开关，灯泡与其它用电器串联，两端电压低于额定电压，电流较小，不能发光或发光较暗．
（6）使用测电笔检验电路时，笔尖要接触导线，手与笔尾的金属体接触．
（7）台灯功率不大，接入电路，保险丝熔断，原因是发生了短路．其中，将插头插入插座，保险丝烧断，说明插头短路；闭合开关，保险丝烧断，说明台灯短路．
（8）已知用电器消耗电能的多少W和所用的时间t，得到电功率，原理是P="W/" t ．
（9）设用电器消耗的电能为W，根据题意得
2500R /1kwh ="25R" /W解得W="1" /100 kwh
用电器的功率为
P="W/" t ="(1" /100 kwh) / (1 /20 h)=0.2kw=200W
21．（1）9V；（2）40.5W；（3）1620J
【分析】本题考查动态电路分析、欧姆定律、串联电路特点、并联电路特点、电功率计算、电热计算。
【详解】解：（1）当S1、S3断开，S2闭合时，R1、R2串联。据欧姆定律及串联电路的电阻特点知，电源电压
U=I(R1+R2)=1A×(3Ω+6Ω)=9V
（2）当S1、S3闭合，S2断开时，R1、R2并联。电路中的总电阻为
电路的总功率为
（3）通电1min，电阻R1产生的热量
答：（1）电源电压为9V；（2）电路中的总功率为40.5W；（3）通电1min，电阻R1产生的热量为1620J。
22．（1）12Ω；（2）9V；（3）90J
【详解】解：（1）根据可知，灯泡的电阻为
（2）小灯泡正常发光时的电流为
当当变阻器连入电路中的电阻为6Ω时灯正常发光，此时电路中的电流为
I=I额=0.5A
此时滑动变阻器两端的电压为
U滑=IR滑=0.5A×6Ω=3V
电源电压为
U=U额+U滑=6V+3V=9V
（3）灯泡正常发光1min，变阻器也通电1min，此时变阻器接入阻值为6Ω，电流为0.5A，所以变阻器产生的热量为
Q=I2R滑t=(0.5A)2×6Ω×1×60s=90J
答：（1）灯泡电阻为12Ω；
（2）电源电压为9V；
（3）灯泡正常发光1min，变阻器产生的热量为90J。
