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热效应
22
484
$2.52×10^{5}\ \mathrm{J}$
$6\ \mathrm{kg}$
解：
(1) 由公式$P=\frac{U^2}{R}$可得，电热丝的电阻：
$R=\frac{U^2}{P}=\frac{(220\ \mathrm{V})^2}{1000\ \mathrm{W}}=48.4\ \Omega$
(2) 电水壶正常工作时，产生的热量等于消耗的电能，即：
$Q=W=Pt=1000\ \mathrm{W} × 100\ \mathrm{s}=1.0×10^{5}\ \mathrm{J}$
(c)
【分析】
首先，电热驱蚊器工作时将电能转化为内能，是利用电流的热效应工作的。接下来计算流过元件的电流，已知发热元件的电阻和两端电压，可根据欧姆定律$I=\frac{U}{R}$进行计算，注意将结果单位从安培转换为毫安。最后计算通电产生的热量，由于是纯电阻电路，电流产生的热量等于电流做的功，可利用$Q=W=UIt$代入数值计算得出结果。
【解析】
1. 电热驱蚊器是利用电流的热效应工作的，电流通过发热元件时将电能转化为内能，达到驱蚊效果。
2. 已知发热元件两端电压$U=220V$，电阻$R=1.0×10^4Ω$，根据欧姆定律$I=\frac{U}{R}$，可得流过元件的电流：
$I=\frac{220V}{1.0×10^4Ω}=0.022A=22mA$
3. 通电$100s$产生的热量，纯电阻电路中$Q=W=UIt$，代入数据：
$Q=220V×0.022A×100s=484J$
【答案】
热效应；22；484
【知识点】
电流的热效应、欧姆定律、焦耳定律
【点评】
本题结合生活中的实用电器，考查了电流热效应的概念及欧姆定律、焦耳定律的应用，计算时需注意单位换算，属于基础电学综合题，侧重对基础知识的理解与应用能力的考查。
【难度系数】
0.8
【分析】
首先，需明确电能表参数“$3000\ \mathrm{imp/(kW·h)}$”的物理意义：每消耗$1\ \mathrm{kW·h}$的电能，指示灯闪烁3000次。解题思路分为两步：
1. 计算电热水器消耗的电能：通过闪烁次数与总次数的比例，求出消耗的电能占$1\ \mathrm{kW·h}$的比例，再将单位转换为焦耳；
2. 计算水的质量：因无能量损失，电热水器消耗的电能全部转化为水吸收的热量，利用比热容公式$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m\Delta t$的变形公式，代入数据即可求出水的质量。
【解析】
1. 计算电热水器消耗的电能：
已知电能表参数为$3000\ \mathrm{imp/(kW·h)}$，则闪烁210次消耗的电能为：
$W = \frac{210}{3000}\ \mathrm{kW·h} = 0.07\ \mathrm{kW·h}$
又因为$1\ \mathrm{kW·h}=3.6×10^6\ \mathrm{J}$，所以：
$W = 0.07×3.6×10^6\ \mathrm{J} = 2.52×10^5\ \mathrm{J}$
2. 计算水的质量：
由于无能量损失，水吸收的热量$Q_{\mathrm{吸}}=W=2.52×10^5\ \mathrm{J}$
根据比热容公式$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m\Delta t$，变形可得水的质量：
$m = \frac{Q_{\mathrm{吸}}}{c_{\mathrm{水}}\Delta t} = \frac{2.52×10^5\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×10℃} = 6\ \mathrm{kg}$
【答案】
$2.52×10^{5}\ \mathrm{J}$；$6\ \mathrm{kg}$
【知识点】
电能表参数应用；比热容公式计算；能量守恒
【点评】
本题是电能与热量计算的综合基础题，关键在于理解电能表参数的含义，掌握电能单位的换算，以及利用“无能量损失时电能等于水吸收的热量”的关系建立等式。解题时需注意单位的统一，避免因单位转换错误导致结果偏差。
【难度系数】
0.7
【分析】
本题分为两小问，解题思路如下：
（1）已知电水壶的额定电压和额定功率，电水壶正常工作时电压为额定电压、功率为额定功率，根据电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$的变形公式$R=\frac{U^2}{P}$，代入数据即可求出电热丝的电阻；
（2）电水壶是纯电阻用电器，正常工作时产生的热量等于消耗的电能，根据公式$Q=W=Pt$，代入额定功率和工作时间即可计算出产生的热量。
【解析】
（1）由铭牌可知，电水壶的额定电压$U=220\ \mathrm{V}$，额定功率$P=1000\ \mathrm{W}$。
根据电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$，变形可得电热丝的电阻：
$R=\frac{U^2}{P}=\frac{(220\ \mathrm{V})^2}{1000\ \mathrm{W}}=48.4\ \Omega$
（2）电水壶正常工作时，实际功率等于额定功率，且电水壶为纯电阻用电器，产生的热量等于消耗的电能，根据$Q=W=Pt$可得：
$Q=W=Pt=1000\ \mathrm{W}×100\ \mathrm{s}=1.0×10^{5}\ \mathrm{J}$
【答案】
（1）该电水壶正常工作时内部电热丝的电阻是$48.4\ \Omega$；
（2）该电水壶正常工作$100 s$产生的热量为$1.0×10^{5}\ \mathrm{J}$。
【知识点】
电功率公式变形应用、纯电阻电路电热计算
【点评】
本题考查电功率和电热的计算，属于电学基础题型，解题的关键是掌握电功率公式的变形以及纯电阻电路中电热与电能的关系，需熟练运用相关公式进行计算。
【难度系数】
0.8
【分析】
（1）家庭电路电压$U$恒定，根据电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$可知，电压一定时，电路总电阻越小，加热功率越大。结合串并联电阻的特点：串联电阻大于任一串联电阻，并联电阻小于任一并联电阻，已知$R_1 ＜ R_2 ＜ R_3 = R_4$，分析四种连接方式的总电阻：图(c)为$R_1$与$R_2$并联，其总电阻小于$R_1$（四个电阻中最小的单个电阻），是四种连接方式中总电阻最小的，因此加热功率最大；要得到更小的加热功率，需使总电阻更大，将阻值最大且相等的$R_3$与$R_4$串联，总电阻为$2R_3$，是所有最多两根电热丝连接方式中电阻最大的，此时功率最小。
（2）家庭电路电压为220V，根据$P=UI$可计算电热水器正常工作的最大电流；再根据计算出的电流，对照铜导线安全载流量表，选择安全载流量大于工作电流的导线，确保用电安全。
【解析】
（1）家庭电路电压$U$不变，由$P=\frac{U^2}{R}$可知，总电阻越小，加热功率越大。
串并联电阻特点：串联电阻大于各分电阻，并联电阻小于各分电阻。已知$R_1 ＜ R_2 ＜ R_3 = R_4$，图(c)中$R_1$与$R_2$并联，总电阻$R_{并}=\frac{R_1R_2}{R_1+R_2}$，小于$R_1$，是四种连接方式中总电阻最小的，因此加热功率最大的是(c)；
要得到更小的加热功率，需使总电阻更大，由于$R_3=R_4$是阻值最大的电阻，将$R_3$与$R_4$串联后，总电阻为$R_3+R_4=2R_3$，是所有最多两根电热丝连接方式中电阻最大的，此时加热功率最小。
（2）家庭电路电压$U=220V$，电热水器的最大额定功率$P=8.5kW=8500W$，根据$P=UI$，可得正常工作时的最大电流：
$I=\frac{P}{U}=\frac{8500W}{220V}\approx38.6A$；
对照铜导线安全载流量表，横截面积为$6mm^2$的铜导线安全载流量大于$38.6A$，因此至少应选横截面积为$6mm^2$的铜导线。
【答案】
（1）(c)；$R_3$与$R_4$串联
（2）38.6；6
【知识点】
电功率的计算；串并联电阻的特点；家庭电路安全用电
【点评】
本题结合即热式电热水器的实际应用，考查了电功率与电阻的关系、串并联电路的电阻特点以及家庭电路的电流计算和导线选择，核心是利用$P=\frac{U^2}{R}$分析功率与电阻的关系，注重物理知识在生活中的实际应用，培养学生运用知识解决实际问题的能力。
【难度系数】
0.6
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