8. 在探究影响电流热效应的因素活动中,小明用电阻分别为 $R_1$ 和 $R_2$ ($R_1 < R_2$) 的两段电阻丝探究电流的大小、电阻和通电时间对产生热量的影响。

(1) 实验中应将这两段电阻丝分别浸没在和初温都相同的两瓶煤油中。
(2) 实验中通过来比较电阻丝产生热量的多少。
(3) 如图所示,将两段电阻丝串联后接入电路,这是探究对产生热量的影响。工作一段时间后,(A/B)瓶中温度计示数较高。
(4) 探究电流大小对产生热量的影响时,小明将 $R_1$ 和 $R_2$ 并联后接入电路,工作相同时间。此过程中,通过电流大的电阻是($R_1/R_2$),产生热量多的电阻是($R_1/R_2$)。小明的这一做法可行吗?答:(可行/不可行),理由是。
(1) 实验中应将这两段电阻丝分别浸没在和初温都相同的两瓶煤油中。
(2) 实验中通过来比较电阻丝产生热量的多少。
(3) 如图所示,将两段电阻丝串联后接入电路,这是探究对产生热量的影响。工作一段时间后,(A/B)瓶中温度计示数较高。
(4) 探究电流大小对产生热量的影响时,小明将 $R_1$ 和 $R_2$ 并联后接入电路,工作相同时间。此过程中,通过电流大的电阻是($R_1/R_2$),产生热量多的电阻是($R_1/R_2$)。小明的这一做法可行吗?答:(可行/不可行),理由是。
答案:质量
温度计示数的变化
电阻
B
$R_1$
$R_1$
不可行
没有控制电阻
相同
温度计示数的变化
电阻
B
$R_1$
$R_1$
不可行
没有控制电阻
相同
解析:
【分析】
本题是探究电流热效应的实验题,需结合控制变量法和转换法分析:
1. (1)要通过煤油温度变化准确反映热量多少,需控制煤油的质量和初温相同,所以要确定质量这一控制量。
2. (2)电流产生的热量无法直接观察,利用转换法,通过温度计示数变化间接反映,因为煤油吸收热量越多,温度升高越多。
3. (3)两电阻丝串联时,电流和通电时间相同,电阻不同,所以探究电阻对热量的影响;根据焦耳定律$Q=I^2Rt$,电阻越大产生热量越多,$R_2$更大,所以B瓶温度计示数更高。
4. (4)并联电路电压相同,由$I=\frac{U}{R}$可知$R_1$电流更大;由$Q=\frac{U^2}{R}t$可知$R_1$产生热量更多。但探究电流对热量的影响需控制电阻相同,此处两电阻不同,所以做法不可行。
【解析】
(1) 根据控制变量法,实验中应将两段电阻丝分别浸没在质量和初温都相同的两瓶煤油中,确保只有电阻丝产生的热量这一变量影响煤油的温度变化。
(2) 电流产生的热量无法直接测量,实验中通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少,这是转换法的应用,煤油吸收热量越多,温度升高越多,温度计示数变化越大。
(3) 将两段电阻丝串联后,电路中电流和通电时间均相同,只有电阻不同,因此这是探究电阻对产生热量的影响。根据焦耳定律$Q=I^2Rt$,在电流和通电时间相同时,电阻越大,产生的热量越多,因为$R_1<R_2$,所以$R_2$产生的热量更多,B瓶中温度计示数较高。
(4) 当$R_1$和$R_2$并联时,两端电压相等,根据欧姆定律$I=\frac{U}{R}$,由于$R_1<R_2$,所以通过$R_1$的电流更大;根据$Q=\frac{U^2}{R}t$,在电压和通电时间相同时,电阻越小,产生的热量越多,因此产生热量多的电阻是$R_1$。
但探究电流大小对产生热量的影响时,需要控制电阻相同,而$R_1≠R_2$,没有控制电阻这一变量,所以小明的做法不可行,理由是没有控制电阻相同。
【答案】
(1) 质量
(2) 温度计示数的变化
(3) 电阻;B
(4) $R_1$;$R_1$;不可行;没有控制电阻相同
【知识点】
电流的热效应;控制变量法;转换法
【点评】
本题围绕电流热效应的探究展开,核心考查控制变量法与转换法的应用,需结合串联、并联电路的特点,灵活运用焦耳定律的不同表达式分析热量变化,是对实验探究能力与定律应用能力的综合考查。
【难度系数】
0.6
本题是探究电流热效应的实验题,需结合控制变量法和转换法分析:
1. (1)要通过煤油温度变化准确反映热量多少,需控制煤油的质量和初温相同,所以要确定质量这一控制量。
2. (2)电流产生的热量无法直接观察,利用转换法,通过温度计示数变化间接反映,因为煤油吸收热量越多,温度升高越多。
3. (3)两电阻丝串联时,电流和通电时间相同,电阻不同,所以探究电阻对热量的影响;根据焦耳定律$Q=I^2Rt$,电阻越大产生热量越多,$R_2$更大,所以B瓶温度计示数更高。
4. (4)并联电路电压相同,由$I=\frac{U}{R}$可知$R_1$电流更大;由$Q=\frac{U^2}{R}t$可知$R_1$产生热量更多。但探究电流对热量的影响需控制电阻相同,此处两电阻不同,所以做法不可行。
【解析】
(1) 根据控制变量法,实验中应将两段电阻丝分别浸没在质量和初温都相同的两瓶煤油中,确保只有电阻丝产生的热量这一变量影响煤油的温度变化。
(2) 电流产生的热量无法直接测量,实验中通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少,这是转换法的应用,煤油吸收热量越多,温度升高越多,温度计示数变化越大。
(3) 将两段电阻丝串联后,电路中电流和通电时间均相同,只有电阻不同,因此这是探究电阻对产生热量的影响。根据焦耳定律$Q=I^2Rt$,在电流和通电时间相同时,电阻越大,产生的热量越多,因为$R_1<R_2$,所以$R_2$产生的热量更多,B瓶中温度计示数较高。
(4) 当$R_1$和$R_2$并联时,两端电压相等,根据欧姆定律$I=\frac{U}{R}$,由于$R_1<R_2$,所以通过$R_1$的电流更大;根据$Q=\frac{U^2}{R}t$,在电压和通电时间相同时,电阻越小,产生的热量越多,因此产生热量多的电阻是$R_1$。
但探究电流大小对产生热量的影响时,需要控制电阻相同,而$R_1≠R_2$,没有控制电阻这一变量,所以小明的做法不可行,理由是没有控制电阻相同。
【答案】
(1) 质量
(2) 温度计示数的变化
(3) 电阻;B
(4) $R_1$;$R_1$;不可行;没有控制电阻相同
【知识点】
电流的热效应;控制变量法;转换法
【点评】
本题围绕电流热效应的探究展开,核心考查控制变量法与转换法的应用,需结合串联、并联电路的特点,灵活运用焦耳定律的不同表达式分析热量变化,是对实验探究能力与定律应用能力的综合考查。
【难度系数】
0.6
9. 规格为“220 V 1 100 W”的家用电暖器正常工作时,电热丝的电阻为 Ω,工作10 min 产生的热量为 J。电热丝通电后变得很烫,而连接电暖器的导线却不怎么热,这是由于导线电阻远(大于/小于)电热丝电阻,相同时间内电流通过导线产生的热量(更多/更少)。
答案:44
$6.6×10^{5}$
小于
更少
$6.6×10^{5}$
小于
更少
解析:
【分析】
本题可根据电功率公式变形求电阻,利用纯电阻电路的热量公式计算产生的热量,再结合焦耳定律和串联电路的特点分析导线与电热丝的发热差异。
1. 求电热丝电阻:已知电暖器的额定电压和额定功率,根据纯电阻电路的电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$,变形可得$R=\frac{U^2}{P}$,代入数据即可计算电阻。
2. 求工作10min产生的热量:纯电阻电路中,电流产生的热量等于消耗的电能,即$Q=W=Pt$,将时间换算为秒后代入数据计算。
3. 分析导线与电热丝的发热情况:导线与电热丝串联,通过的电流和通电时间相同,根据焦耳定律$Q=I^2Rt$,电阻越小,产生的热量越少,结合实际情况判断电阻大小和热量多少。
【解析】
1. 计算电热丝的电阻:
已知电暖器的额定电压$U_{额}=220V$,额定功率$P_{额}=1100W$,由纯电阻电路的电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$变形得:
$R=\frac{U_{额}^2}{P_{额}}=\frac{(220V)^2}{1100W}=44\Omega$。
2. 计算工作10min产生的热量:
工作时间$t=10min=10×60s=600s$,纯电阻电路中电流产生的热量等于消耗的电能,即$Q=W=P_{额}t$,代入数据得:
$Q=1100W×600s=6.6×10^5J$。
3. 分析导线与电热丝的发热差异:
导线与电热丝串联,通过它们的电流$I$相同,通电时间$t$相同。根据焦耳定律$Q=I^2Rt$,由于导线电阻远小于电热丝电阻,所以相同时间内电流通过导线产生的热量更少。
【答案】
44;$6.6×10^{5}$;小于;更少
【知识点】
电功率的计算;焦耳定律的应用;串联电路电流特点
【点评】
本题结合生活中的电暖器实例,考查了电功率公式和焦耳定律的综合应用,既注重基本公式的运用,又体现了物理知识在生活中的实际应用,帮助学生理解纯电阻电路的特点以及电阻对电流热效应的影响。
【难度系数】
0.8
本题可根据电功率公式变形求电阻,利用纯电阻电路的热量公式计算产生的热量,再结合焦耳定律和串联电路的特点分析导线与电热丝的发热差异。
1. 求电热丝电阻:已知电暖器的额定电压和额定功率,根据纯电阻电路的电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$,变形可得$R=\frac{U^2}{P}$,代入数据即可计算电阻。
2. 求工作10min产生的热量:纯电阻电路中,电流产生的热量等于消耗的电能,即$Q=W=Pt$,将时间换算为秒后代入数据计算。
3. 分析导线与电热丝的发热情况:导线与电热丝串联,通过的电流和通电时间相同,根据焦耳定律$Q=I^2Rt$,电阻越小,产生的热量越少,结合实际情况判断电阻大小和热量多少。
【解析】
1. 计算电热丝的电阻:
已知电暖器的额定电压$U_{额}=220V$,额定功率$P_{额}=1100W$,由纯电阻电路的电功率公式$P=\frac{U^2}{R}$变形得:
$R=\frac{U_{额}^2}{P_{额}}=\frac{(220V)^2}{1100W}=44\Omega$。
2. 计算工作10min产生的热量:
工作时间$t=10min=10×60s=600s$,纯电阻电路中电流产生的热量等于消耗的电能,即$Q=W=P_{额}t$,代入数据得:
$Q=1100W×600s=6.6×10^5J$。
3. 分析导线与电热丝的发热差异:
导线与电热丝串联,通过它们的电流$I$相同,通电时间$t$相同。根据焦耳定律$Q=I^2Rt$,由于导线电阻远小于电热丝电阻,所以相同时间内电流通过导线产生的热量更少。
【答案】
44;$6.6×10^{5}$;小于;更少
【知识点】
电功率的计算;焦耳定律的应用;串联电路电流特点
【点评】
本题结合生活中的电暖器实例,考查了电功率公式和焦耳定律的综合应用,既注重基本公式的运用,又体现了物理知识在生活中的实际应用,帮助学生理解纯电阻电路的特点以及电阻对电流热效应的影响。
【难度系数】
0.8
10. 将某电炉接到 220 V 的电源上,烧开一壶水需要10 min;若将其接到 110 V 的电源上,则烧开同样一壶水(忽略散热等因素的影响)需要的时间是()。
A.10 min
B.20 min
C.30 min
D.40 min
A.10 min
B.20 min
C.30 min
D.40 min
答案:D
解析:
【分析】
本题的核心关键是明确“烧开同样一壶水”意味着电炉产生的热量(电功)相同(忽略散热)。由于电炉是纯电阻用电器,电功等于焦耳热,可利用纯电阻电路的电功公式$ W = \frac{U^2 t}{R} $分析。因为电炉的电阻$ R $不变,且两次产生的电功$ W $相等,所以可以通过建立两次电压、时间的等量关系,推导得出所需时间。
【解析】
设电炉的电阻为$ R $,接在$ 220\ \mathrm{V} $电源上时,电压$ U_1 = 220\ \mathrm{V} $,时间$ t_1 = 10\ \mathrm{min} $;接在$ 110\ \mathrm{V} $电源上时,电压$ U_2 = 110\ \mathrm{V} $,所需时间为$ t_2 $。
因为烧开同一壶水所需热量相同,即两次电炉产生的电功相等(忽略散热,$ W_1 = W_2 $),纯电阻电路中电功公式为$ W = \frac{U^2 t}{R} $,因此:
$\frac{U_1^2 t_1}{R} = \frac{U_2^2 t_2}{R}$
两边约去$ R $,整理得:
$t_2 = \frac{U_1^2}{U_2^2} × t_1$
代入数值$ U_1 = 220\ \mathrm{V} $、$ U_2 = 110\ \mathrm{V} $、$ t_1 = 10\ \mathrm{min} $,可得:
$\frac{U_1^2}{U_2^2} = ( \frac{220\ \mathrm{V}}{110\ \mathrm{V}} )^2 = 4$
$t_2 = 4 × 10\ \mathrm{min} = 40\ \mathrm{min}$
【答案】
D
【知识点】
纯电阻电路电功计算、焦耳定律的应用
【点评】
本题考查纯电阻电路中电功与电压、时间的定量关系,解题的核心是抓住“产生的热量相同”这一不变量,通过电功公式的变形式进行比例推导。需要学生熟练掌握纯电阻电路的电功公式,理解物理量之间的相互关系,注重对等量关系的分析与应用。
【难度系数】
0.6
本题的核心关键是明确“烧开同样一壶水”意味着电炉产生的热量(电功)相同(忽略散热)。由于电炉是纯电阻用电器,电功等于焦耳热,可利用纯电阻电路的电功公式$ W = \frac{U^2 t}{R} $分析。因为电炉的电阻$ R $不变,且两次产生的电功$ W $相等,所以可以通过建立两次电压、时间的等量关系,推导得出所需时间。
【解析】
设电炉的电阻为$ R $,接在$ 220\ \mathrm{V} $电源上时,电压$ U_1 = 220\ \mathrm{V} $,时间$ t_1 = 10\ \mathrm{min} $;接在$ 110\ \mathrm{V} $电源上时,电压$ U_2 = 110\ \mathrm{V} $,所需时间为$ t_2 $。
因为烧开同一壶水所需热量相同,即两次电炉产生的电功相等(忽略散热,$ W_1 = W_2 $),纯电阻电路中电功公式为$ W = \frac{U^2 t}{R} $,因此:
$\frac{U_1^2 t_1}{R} = \frac{U_2^2 t_2}{R}$
两边约去$ R $,整理得:
$t_2 = \frac{U_1^2}{U_2^2} × t_1$
代入数值$ U_1 = 220\ \mathrm{V} $、$ U_2 = 110\ \mathrm{V} $、$ t_1 = 10\ \mathrm{min} $,可得:
$\frac{U_1^2}{U_2^2} = ( \frac{220\ \mathrm{V}}{110\ \mathrm{V}} )^2 = 4$
$t_2 = 4 × 10\ \mathrm{min} = 40\ \mathrm{min}$
【答案】
D
【知识点】
纯电阻电路电功计算、焦耳定律的应用
【点评】
本题考查纯电阻电路中电功与电压、时间的定量关系,解题的核心是抓住“产生的热量相同”这一不变量,通过电功公式的变形式进行比例推导。需要学生熟练掌握纯电阻电路的电功公式,理解物理量之间的相互关系,注重对等量关系的分析与应用。
【难度系数】
0.6