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C
C
$ 1.35×10^5 $
500
2.27
1
100
气球膨胀程度
电阻
C
解：
(1) 当开关$ \mathrm{S}_0 $拨至触点$ a $时，电压表测电源电压$ U ；$拨至触点$ b $时，电压表测$ R_1 $两端电压$ U_1 ，$且$ U_1=\frac{1}{3}U 。$
因$ R_1 $与$ R_2 $串联，所以$ R_2 $两端电压$ U_2=U-U_1=\frac{2}{3}U 。$
串联电路电流相等，由$ I=\frac{U}{R} $得：
$ \frac{U_1}{R_1}=\frac{U_2}{R_2} ，$即$ \frac{\frac{1}{3}U}{5\ \Omega}=\frac{\frac{2}{3}U}{R_2} ，$
解得$ R_2=10\ \Omega 。$
(2) 电源电压$ U=3\ \mathrm{V} ，$当开关$ \mathrm{S}_0 $拨至触点$ b $时，$ U_1=\frac{1}{3}×3\ \mathrm{V}=1\ \mathrm{V} ，$
电路电流$ I=\frac{U_1}{R_1}=\frac{1\ \mathrm{V}}{5\ \Omega}=0.2\ \mathrm{A} ，$
$ t=1\ \mathrm{min}=60\ \mathrm{s} ，$
$ R_1 $产生的热量：
$ Q=I^2R_1t=(0.2\ \mathrm{A})^2×5\ \Omega×60\ \mathrm{s}=12\ \mathrm{J} $
【分析】
本题考查纯电阻电路中电热功率的计算，解题思路如下：
1. 明确电热器为纯电阻用电器，单位时间内产生的热量等于其发热功率，即$ P = \frac{Q}{t} $，因此问题转化为分析各选项中发热功率是否变为原来的一半。
2. 设原来的电压为$ U $、电阻为$ R $、电流为$ I $，原来的发热功率可表示为$ P = \frac{U^2}{R} $（或$ P = I^2R $），分别对每个选项代入公式计算新的功率，与原功率比较，判断是否为原来的一半。
【解析】
设电热器原来的电压为$ U $，电阻为$ R $，单位时间内产生的热量即发热功率为$ P = \frac{U^2}{R} $（纯电阻电路中，$ Q = W = \frac{U^2t}{R} $，功率$ P = \frac{Q}{t} = \frac{U^2}{R} $）。
选项A：电阻不变，电流减为原来的一半，此时功率$ P' = I'^2R = (\frac{I}{2})^2R = \frac{1}{4}I^2R = \frac{1}{4}P $，即功率为原来的$\frac{1}{4}$，不符合要求。
选项B：电压不变，电阻增大为原来的四倍，此时功率$ P' = \frac{U^2}{4R} = \frac{1}{4}P $，即功率为原来的$\frac{1}{4}$，不符合要求。
选项C：电压和电阻均减为原来的一半，此时功率$ P' = \frac{(\frac{U}{2})^2}{\frac{R}{2}} = \frac{\frac{U^2}{4}}{\frac{R}{2}} = \frac{U^2}{2R} = \frac{1}{2}P $，即功率为原来的$\frac{1}{2}$，符合要求。
选项D：电阻不变，电压减为原来的一半，此时功率$ P' = \frac{(\frac{U}{2})^2}{R} = \frac{U^2}{4R} = \frac{1}{4}P $，即功率为原来的$\frac{1}{4}$，不符合要求。
【答案】
C
【知识点】
焦耳定律的应用；纯电阻电路电热计算；电功率的计算
【点评】
本题主要考查纯电阻电路中电热功率的计算，需要灵活运用焦耳定律的不同变形式，分析时注意控制变量，准确代入公式计算，避免因公式误用导致错误。
【难度系数】
0.6
【分析】
首先，根据公式$W = Pt$，当各用电器额定功率相等且正常工作相同时间时，它们消耗的电能是相等的。接下来需要分析每个用电器的能量转化情况：电视机工作时，电能主要转化为光能、声能，只有少量转化为内能；白炽灯工作时，电能转化为光能和内能；电烙铁工作时，电能全部转化为内能；电扇工作时，电能主要转化为机械能，只有少量转化为内能。因此，释放热量最多的是将电能全部转化为内能的用电器。
【解析】
已知各用电器额定功率相等，正常工作时间相同，根据公式$ W = Pt $，可知它们消耗的电能$ W $相等。
选项A：电视机工作时，电能大部分转化为光能、声能，仅少量转化为内能，释放热量较少；
选项B：白炽灯工作时，电能转化为光能和内能，有一部分能量以光的形式释放，内能不是全部；
选项C：电烙铁工作时，电能全部转化为内能，释放的热量等于消耗的电能；
选项D：电扇工作时，电能主要转化为机械能，仅少量转化为内能，释放热量极少。
综上，释放热量最多的是电烙铁，故选C。
【答案】
C
【知识点】
电能的转化、电功率的计算
【点评】
本题主要考查不同用电器的能量转化特点，需要结合电功率公式判断消耗电能的多少，再根据各用电器的工作原理分析内能转化的比例，从而确定释放热量最多的用电器。解题关键是明确不同用电器的能量转化形式，区分电热类用电器和非电热类用电器的差异。
【难度系数】
0.8
【分析】
首先，电烙铁属于纯电阻用电器，电流通过它所做的功全部转化为内能（热量），因此可利用公式$ Q = W = Pt $计算产生的热量。解题时需注意两点：一是电烙铁正常工作时，实际功率等于额定功率，即$ P = 75\ \mathrm{W} $；二是时间单位要统一为国际单位秒，将$ 30\ \mathrm{min} $转换为$ 1800\ \mathrm{s} $，最后代入公式计算即可得到结果。
【解析】
1. 明确已知条件：
电烙铁正常工作，实际功率$ P = P_{\mathrm{额}} = 75\ \mathrm{W} $；
工作时间$ t = 30\ \mathrm{min} = 30 × 60\ \mathrm{s} = 1800\ \mathrm{s} $。
2. 计算产生的热量：
由于电烙铁是纯电阻用电器，电流做功全部转化为热量，即$ Q = W = Pt $，
代入数值计算：
$ Q = 75\ \mathrm{W} × 1800\ \mathrm{s} = 135000\ \mathrm{J} = 1.35 × 10^5\ \mathrm{J} $。
【答案】
$ 1.35×10^5 $
【知识点】
纯电阻电路电热计算、额定功率的应用
【点评】
本题考查纯电阻用电器的电热计算，核心是理解纯电阻电路中电功与电热的等价关系，同时需注意单位统一和额定功率的含义，属于电学基础题型，掌握基本公式即可轻松解决。
【难度系数】
0.8
【分析】
本题是纯电阻电路的电学计算问题，电熨斗工作时消耗的电能全部转化为热量，即$W=Q$。首先，根据电功率的定义式$P=\frac{W}{t}$，将已知的热量$Q$和转换为国际单位的时间$t$代入，可求出电熨斗的电功率；然后，利用电功率公式$P=UI$的变形公式$I=\frac{P}{U}$，将求出的电功率和已知电压代入，即可计算出工作电流。
【解析】
1. 计算电熨斗的电功率：
已知电熨斗每分钟产生热量$Q=30000\ \mathrm{J}$，工作时间$t=1\ \mathrm{min}=60\ \mathrm{s}$，
由于电熨斗是纯电阻用电器，消耗的电能全部转化为热量，故$W=Q$，
根据电功率公式 $ P = \frac{W}{t} = \frac{Q}{t} $，代入数据得：
$ P = \frac{30000\ \mathrm{J}}{60\ \mathrm{s}} = 500\ \mathrm{W} $。
2. 计算电熨斗的工作电流：
已知电路电压$U=220\ \mathrm{V}$，电功率$P=500\ \mathrm{W}$，
由$P=UI$变形得 $ I = \frac{P}{U} $，代入数据得：
$ I = \frac{500\ \mathrm{W}}{220\ \mathrm{V}} \approx 2.27\ \mathrm{A} $。
【答案】
500；2.27
【知识点】
电功率的计算；欧姆定律的应用
【点评】
本题考查纯电阻电路中电学物理量的计算，关键是理解纯电阻用电器的电能与热量转化关系，熟练运用电功率相关公式，解题时需注意单位统一，计算电流时注意结果的近似取值。
【难度系数】
0.8
【分析】
首先观察电路可知，$R_1$、$R_2$与滑动变阻器$R$串联，电流表测量电路中的电流。根据串联电路的电流特点，串联电路中各处电流相等，可得出通过$R_1$的电流；再利用焦耳定律$Q=I^2Rt$，代入通过$R_2$的电流、$R_2$的阻值和通电时间，计算$R_2$产生的热量。
【解析】
1. 分析电路电流：
由图可知，$R_1$、$R_2$、滑动变阻器$R$串联，电流表测电路中的电流。根据串联电路的电流规律：串联电路中各处的电流相等，已知电流表示数为$1\ \mathrm{A}$，因此通过$R_1$的电流为$1\ \mathrm{A}$。
2. 计算$R_2$产生的热量：
已知通过$R_2$的电流$I=1\ \mathrm{A}$，$R_2=10\ \Omega$，通电时间$t=10\ \mathrm{s}$，根据焦耳定律$Q=I^2Rt$，代入数据得：
$Q=(1\ \mathrm{A})^2 × 10\ \Omega × 10\ \mathrm{s}=100\ \mathrm{J}$。
【答案】
1；100
【知识点】
串联电路电流规律；焦耳定律
【点评】
本题考查串联电路的电流特点和焦耳定律的应用，属于基础题型，解题关键是正确识别电路连接方式，熟练运用相关公式进行计算。
【难度系数】
0.8
【分析】
1. 第(1)问：电流产生的热量无法直接观察，需借助转换法，将热量的多少转化为直观的现象。由于电阻丝产生的热量越多，烧瓶内空气受热膨胀越剧烈，气球的膨胀程度就越大，因此可通过气球膨胀程度的变化来比较热量多少。
2. 第(2)问：探究电流热效应的影响因素需用到控制变量法。图(a)中两个电阻丝串联，通过的电流和通电时间相同，只有电阻大小不同，所以该装置可探究电流产生的热量与电阻的关系。
3. 第(3)问：分别分析两个装置的电路连接方式，结合焦耳定律比较热量多少：
图(a)为串联电路，电流相同，根据$Q=I^2Rt$，通电时间相同，电阻越大产生热量越多，故$R_2$产生的热量多于$R_1$；
图(b)为并联电路，电压相同，根据$Q=\frac{U^2}{R}t$，通电时间相同，电阻越小产生热量越多，故$R_1$产生的热量多于$R_2$；
对比图(b)中$R_1$和图(a)中$R_2$的热量：图(b)中$R_1$两端电压等于电源电压，图(a)中$R_2$两端电压小于电源电压，结合焦耳定律可知，图(b)中$R_1$产生的热量更多，对应气球C。
【解析】
(1) 实验中采用转换法，通过观察气球膨胀程度的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少，因为热量越多，烧瓶内空气受热膨胀越明显，气球膨胀程度越大。
(2) 图(a)中$R_1$、$R_2$串联，通过的电流和通电时间相同，电阻$R_1＜R_2$，变量为电阻大小，因此该装置可探究电流产生的热量与电阻的关系。
(3) ① 图(a)是串联电路，由焦耳定律$Q=I^2Rt$可知，通电时间$t$、电流$I$相同，$R_2＞R_1$，则$Q_2＞Q_1$；
② 图(b)是并联电路，由焦耳定律$Q=\frac{U^2}{R}t$可知，通电时间$t$、电压$U$相同，$R_1＜R_2$，则$Q_1'＞Q_2'$；
③ 对比$Q_1'$与$Q_2$：图(b)中$R_1$的电压等于电源电压，图(a)中$R_2$的电压小于电源电压，结合$Q=\frac{U^2}{R}t$可知$Q_1'＞Q_2$。
综上，相同通电时间内，与气球$C$相通的电阻丝产生热量最多。
【答案】
(1) 气球膨胀程度
(2) 电阻
(3) C
【知识点】
电流的热效应、焦耳定律、控制变量法
【点评】
本题结合转换法和控制变量法探究电流热效应的影响因素，需熟练掌握串并联电路特点及焦耳定律不同表达式的应用，理解通过气球膨胀程度反映热量多少的转换思想。
【难度系数】
0.6
【分析】
（1）首先分析电路：闭合开关S后，$R_1$与$R_2$始终串联。当$S_0$拨至$a$时，电压表测电源电压$U$；拨至$b$时，电压表测$R_1$两端电压$U_1$，且$U_1=\frac{1}{3}U$。根据串联电路的电压规律可得出$R_2$两端的电压，再结合串联电路电流相等的特点，利用欧姆定律的变形公式就能求出$R_2$的阻值。
（2）已知电源电压，先求出$S_0$拨至$b$时$R_1$两端的电压，再通过欧姆定律算出电路电流，最后利用焦耳定律$Q=I^2Rt$计算$R_1$在1min内产生的热量。
【解析】
（1）闭合开关$S$，$R_1$与$R_2$串联。
当开关$\mathrm{S}_0$拨至触点$a$时，电压表测电源电压$U$；
当开关$\mathrm{S}_0$拨至触点$b$时，电压表测$R_1$两端电压$U_1$，由题意知$U_1=\frac{1}{3}U$。
根据串联电路电压规律，$R_2$两端电压：
$U_2=U-U_1=U-\frac{1}{3}U=\frac{2}{3}U$
串联电路中电流处处相等，由$I=\frac{U}{R}$可得：
$\frac{U_1}{R_1}=\frac{U_2}{R_2}$
代入数据：
$\frac{\frac{1}{3}U}{5\ \Omega}=\frac{\frac{2}{3}U}{R_2}$
约去$U$，解得$R_2=10\ \Omega$。
（2）已知电源电压$U=3\ \mathrm{V}$，当开关$\mathrm{S}_0$拨至触点$b$时：
$U_1=\frac{1}{3}U=\frac{1}{3}×3\ \mathrm{V}=1\ \mathrm{V}$
电路中的电流：
$I=\frac{U_1}{R_1}=\frac{1\ \mathrm{V}}{5\ \Omega}=0.2\ \mathrm{A}$
时间$t=1\ \mathrm{min}=60\ \mathrm{s}$，根据焦耳定律$Q=I^2R_1t$，可得$R_1$产生的热量：
$Q=(0.2\ \mathrm{A})^2×5\ \Omega×60\ \mathrm{s}=12\ \mathrm{J}$
【答案】
（1）$R_2$的阻值为$\boldsymbol{10\ \Omega}$；
（2）$R_1$在1min内产生的热量为$\boldsymbol{12\ \mathrm{J}}$。
【知识点】
串联电路规律、欧姆定律、焦耳定律
【点评】
本题考查串联电路的特点、欧姆定律和焦耳定律的应用，关键是正确判断电压表测量的对象，理清电路中电压、电流的关系。
【难度系数】
0.6
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