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5. 如图所示，在四个相同水槽中盛有质量和温度都相同的纯水，现将阻值为$R_1$、$R_2$的电阻丝（$R_1 ＜ R_2$），分别按下图的四种方式连接放入水槽，并接入相同电源。通电相同时间后，水温最高的是（
D
）答案
5. D
解析
【分析】要判断哪个水槽水温最高，需比较相同时间内电阻丝产生的热量。电源电压相同、通电时间相同时，根据公式$Q=W=\frac{U^2t}{R_{总}}$，电路总电阻越小，电流产生的热量越多，水温越高。因此需分析四个选项电路的总电阻大小，总电阻最小的即为答案。
【解析】当电源电压$U$和通电时间$t$相同时，总电阻$R_{总}$越小，产生的热量$Q$越多，水温越高：
选项A：$R_1$与$R_2$串联，总电阻$R_{总A}=R_1+R_2$；
选项B：仅$R_1$接入电路，总电阻$R_{总B}=R_1$；
选项C：仅$R_2$接入电路，总电阻$R_{总C}=R_2$；
选项D：$R_1$与$R_2$并联，根据并联电阻规律，总电阻$R_{总D}=\frac{R_1R_2}{R_1+R_2}$，并联总电阻小于任意分电阻，且小于串联总电阻。
比较总电阻大小：$R_{总D} ＜ R_{总B} ＜ R_{总C} ＜ R_{总A}$，因此D选项电路产生的热量最多，水温最高。
【答案】D
【知识点】焦耳定律、串并联电路电阻规律
【点评】本题考查焦耳定律的应用，核心是理解“电源电压相同、通电时间相同时，总电阻越小产热越多”，需结合串并联电阻特点分析，是电学中电热部分的基础应用题型。
【难度系数】0.5
【解析】当电源电压$U$和通电时间$t$相同时，总电阻$R_{总}$越小，产生的热量$Q$越多，水温越高：
选项A：$R_1$与$R_2$串联，总电阻$R_{总A}=R_1+R_2$；
选项B：仅$R_1$接入电路，总电阻$R_{总B}=R_1$；
选项C：仅$R_2$接入电路，总电阻$R_{总C}=R_2$；
选项D：$R_1$与$R_2$并联，根据并联电阻规律，总电阻$R_{总D}=\frac{R_1R_2}{R_1+R_2}$，并联总电阻小于任意分电阻，且小于串联总电阻。
比较总电阻大小：$R_{总D} ＜ R_{总B} ＜ R_{总C} ＜ R_{总A}$，因此D选项电路产生的热量最多，水温最高。
【答案】D
【知识点】焦耳定律、串并联电路电阻规律
【点评】本题考查焦耳定律的应用，核心是理解“电源电压相同、通电时间相同时，总电阻越小产热越多”，需结合串并联电阻特点分析，是电学中电热部分的基础应用题型。
【难度系数】0.5
6.电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热，这是因为电炉丝的
电阻
比导线大得多，根据焦耳定律可知，在电流和通电时间
相同时，电炉丝产生了更多的热量。答案
6. 电阻 电流和通电时间
解析
【分析】首先明确电炉丝与导线的连接方式为串联，串联电路中各处电流相等，且两者工作时通电时间相同；再结合焦耳定律的公式，分析热量与各物理量的关系，即可得出答案。
【解析】电炉丝和导线串联在电路中，根据串联电路的特点，通过它们的电流I相等，且通电时间t相同。根据焦耳定律Q=I²Rt，当电流I和通电时间t相同时，电流产生的热量Q与导体的电阻R成正比，由于电炉丝的电阻远大于导线的电阻，因此电炉丝产生的热量远多于导线，所以电炉丝热得发红，而导线几乎不发热。
【答案】电阻；电流和通电时间
【知识点】焦耳定律、串联电路的电流特点
【点评】本题考查焦耳定律的基础应用，结合串联电路的电流规律，考查学生对热量影响因素的理解，属于基础概念应用类题目，难度较低。
【难度系数】0.6
【解析】电炉丝和导线串联在电路中，根据串联电路的特点，通过它们的电流I相等，且通电时间t相同。根据焦耳定律Q=I²Rt，当电流I和通电时间t相同时，电流产生的热量Q与导体的电阻R成正比，由于电炉丝的电阻远大于导线的电阻，因此电炉丝产生的热量远多于导线，所以电炉丝热得发红，而导线几乎不发热。
【答案】电阻；电流和通电时间
【知识点】焦耳定律、串联电路的电流特点
【点评】本题考查焦耳定律的基础应用，结合串联电路的电流规律，考查学生对热量影响因素的理解，属于基础概念应用类题目，难度较低。
【难度系数】0.6
7.一个标有“220 V 1000 W”的电炉，接在220伏的电源上，工作0.5小时后，消耗电能
0.5
度，产生的热量是$1.8×10^6$
焦。答案
7. 0.5 $1.8×10^6$
解析
【分析】
要解决这道题，首先明确电炉接在额定电压下正常工作，实际功率等于额定功率。计算消耗的电能时，利用公式$W=Pt$，注意电能单位“度”即千瓦时（$kW·h$），需转换功率和时间的单位；由于电炉是纯电阻用电器，消耗的电能全部转化为热量，因此产生的热量等于消耗的电能，再将电能单位转换为焦耳即可。
【解析】
1. 计算消耗的电能：
电炉额定功率$P=1000W=1kW$，工作时间$t=0.5h$，根据电能公式$W=Pt$，可得消耗的电能：
$W=1kW×0.5h=0.5kW·h=0.5$度。
2. 计算产生的热量：
电炉是纯电阻用电器，消耗的电能全部转化为热量，即$Q=W$。又因$1kW·h=3.6×10^6J$，所以产生的热量：
$Q=0.5×3.6×10^6J=1.8×10^6J$。
【答案】
0.5；$1.8×10^6$
【知识点】
电能计算；电热计算；纯电阻电路
【点评】
本题考查电能与电热的基础计算，核心是利用纯电阻电路中电能全部转化为热量的特点，单位转换是易错点，属于常规基础题。
【难度系数】
0.7
要解决这道题，首先明确电炉接在额定电压下正常工作，实际功率等于额定功率。计算消耗的电能时，利用公式$W=Pt$，注意电能单位“度”即千瓦时（$kW·h$），需转换功率和时间的单位；由于电炉是纯电阻用电器，消耗的电能全部转化为热量，因此产生的热量等于消耗的电能，再将电能单位转换为焦耳即可。
【解析】
1. 计算消耗的电能：
电炉额定功率$P=1000W=1kW$，工作时间$t=0.5h$，根据电能公式$W=Pt$，可得消耗的电能：
$W=1kW×0.5h=0.5kW·h=0.5$度。
2. 计算产生的热量：
电炉是纯电阻用电器，消耗的电能全部转化为热量，即$Q=W$。又因$1kW·h=3.6×10^6J$，所以产生的热量：
$Q=0.5×3.6×10^6J=1.8×10^6J$。
【答案】
0.5；$1.8×10^6$
【知识点】
电能计算；电热计算；纯电阻电路
【点评】
本题考查电能与电热的基础计算，核心是利用纯电阻电路中电能全部转化为热量的特点，单位转换是易错点，属于常规基础题。
【难度系数】
0.7
8.右栏图为一台两挡式电热水器的内部简化电路图，S为温控开关。当S接a时，电路中的电流为5安；当S接b时，电路消耗的电功率为22瓦。求：
(1)$R_1$的电阻。
(2)高温挡时电路消耗的电功率。
(3)在低温挡工作10分钟，电流通过$R_2$产生的热量。
(1)$R_1$的电阻。
(2)高温挡时电路消耗的电功率。
(3)在低温挡工作10分钟，电流通过$R_2$产生的热量。
答案
(1)44欧 (2)1100瓦 (3)12936焦
解析
【分析】
首先明确开关S在不同位置的电路结构：当S接a时，电路为R₁的简单电路（R₂被短路），总电阻小，为高温挡；当S接b时，R₁与R₂串联，总电阻大，为低温挡。解题时，先利用欧姆定律计算R₁的电阻，再通过电功率公式求高温挡功率，最后结合低温挡功率算出电路电流，进而求出R₂，再用焦耳定律计算R₂产生的热量。
【解析】
(1) 当S接a时，电路为R₁的简单电路，电源电压U=220V，电路电流I₁=5A。根据欧姆定律 $ I = \frac{U}{R} $，可得R₁的电阻：
$ R_1 = \frac{U}{I_1} = \frac{220\ \mathrm{V}}{5\ \mathrm{A}} = 44\ \Omega $。
(2) 高温挡对应S接a的电路，此时电路消耗的电功率：
$ P_{\mathrm{高}} = U I_1 = 220\ \mathrm{V} × 5\ \mathrm{A} = 1100\ \mathrm{W} $。
(3) 当S接b时，R₁与R₂串联，低温挡功率$ P_{\mathrm{低}} = 22\ \mathrm{W} $，此时电路电流：
$ I_{\mathrm{低}} = \frac{P_{\mathrm{低}}}{U} = \frac{22\ \mathrm{W}}{220\ \mathrm{V}} = 0.1\ \mathrm{A} $。
电路总电阻 $ R_{\mathrm{总}} = \frac{U}{I_{\mathrm{低}}} = \frac{220\ \mathrm{V}}{0.1\ \mathrm{A}} = 2200\ \Omega $，则R₂的电阻：
$ R_2 = R_{\mathrm{总}} - R_1 = 2200\ \Omega - 44\ \Omega = 2156\ \Omega $。
低温挡工作时间 $ t = 10\ \mathrm{min} = 600\ \mathrm{s} $，电流通过R₂产生的热量：
$ Q = I_{\mathrm{低}}^2 R_2 t = (0.1\ \mathrm{A})^2 × 2156\ \Omega × 600\ \mathrm{s} = 12936\ \mathrm{J} $。
【答案】
(1) 44欧；(2) 1100瓦；(3) 12936焦
【知识点】
欧姆定律、电功率计算、焦耳定律
【点评】
本题结合电热水器挡位考查电路分析与电学公式的综合应用，关键是区分开关不同位置的电路结构，明确高低温挡的电路特点，难度适中。
【难度系数】
0.6
首先明确开关S在不同位置的电路结构：当S接a时，电路为R₁的简单电路（R₂被短路），总电阻小，为高温挡；当S接b时，R₁与R₂串联，总电阻大，为低温挡。解题时，先利用欧姆定律计算R₁的电阻，再通过电功率公式求高温挡功率，最后结合低温挡功率算出电路电流，进而求出R₂，再用焦耳定律计算R₂产生的热量。
【解析】
(1) 当S接a时，电路为R₁的简单电路，电源电压U=220V，电路电流I₁=5A。根据欧姆定律 $ I = \frac{U}{R} $，可得R₁的电阻：
$ R_1 = \frac{U}{I_1} = \frac{220\ \mathrm{V}}{5\ \mathrm{A}} = 44\ \Omega $。
(2) 高温挡对应S接a的电路，此时电路消耗的电功率：
$ P_{\mathrm{高}} = U I_1 = 220\ \mathrm{V} × 5\ \mathrm{A} = 1100\ \mathrm{W} $。
(3) 当S接b时，R₁与R₂串联，低温挡功率$ P_{\mathrm{低}} = 22\ \mathrm{W} $，此时电路电流：
$ I_{\mathrm{低}} = \frac{P_{\mathrm{低}}}{U} = \frac{22\ \mathrm{W}}{220\ \mathrm{V}} = 0.1\ \mathrm{A} $。
电路总电阻 $ R_{\mathrm{总}} = \frac{U}{I_{\mathrm{低}}} = \frac{220\ \mathrm{V}}{0.1\ \mathrm{A}} = 2200\ \Omega $，则R₂的电阻：
$ R_2 = R_{\mathrm{总}} - R_1 = 2200\ \Omega - 44\ \Omega = 2156\ \Omega $。
低温挡工作时间 $ t = 10\ \mathrm{min} = 600\ \mathrm{s} $，电流通过R₂产生的热量：
$ Q = I_{\mathrm{低}}^2 R_2 t = (0.1\ \mathrm{A})^2 × 2156\ \Omega × 600\ \mathrm{s} = 12936\ \mathrm{J} $。
【答案】
(1) 44欧；(2) 1100瓦；(3) 12936焦
【知识点】
欧姆定律、电功率计算、焦耳定律
【点评】
本题结合电热水器挡位考查电路分析与电学公式的综合应用，关键是区分开关不同位置的电路结构，明确高低温挡的电路特点，难度适中。
【难度系数】
0.6
9.一种电热水龙头俗称“小厨宝”，通常安装在厨房里以便提供热水，下页2幅图是它的实物图和内部电路图。旋转手柄可使扇形开关S同时接触两个相邻触点，从而控制水龙头流出的水为冷水、温水或热水。已知$R_1$、$R_2$是电阻丝，其中$R_2=44$欧，温水挡的电功率是880瓦[水的比热容是$4.2×10^3$焦/(千克·℃)]。试回答
或求解下列问题：
(1)当S旋到位置1时，水龙头流出
(2)当S旋到位置2时，小厨宝正常工作30秒将0.5千克的水从$20° C$加热到$50° C$，水吸收了多少热量？
(3)电热丝$R_1$的阻值是多少？
(4)当S旋到热水挡时，小厨宝正常工作60秒消耗的电能是多少？
或求解下列问题：
(1)当S旋到位置1时，水龙头流出
冷
水；当S旋到位置3时，水龙头流出热
水。(填“冷”“温”或“热”)(2)当S旋到位置2时，小厨宝正常工作30秒将0.5千克的水从$20° C$加热到$50° C$，水吸收了多少热量？
(3)电热丝$R_1$的阻值是多少？
(4)当S旋到热水挡时，小厨宝正常工作60秒消耗的电能是多少？
答案
9. (1)冷 热 (2)$6.3×10^4$ 焦 (3)55欧 (4)118800焦
解析
【分析】
首先根据开关S的位置判断电路连接状态：S在位置1时，电路断路，电阻丝不工作，对应冷水；S在位置2时，仅R₁接入电路，功率较小，对应温水；S在位置3时，R₁与R₂并联，总功率大，对应热水。再分别利用热量公式计算水吸收的热量，利用电功率公式计算电阻丝阻值，结合并联电路总功率规律计算热水挡消耗的电能。
【解析】
(1) 当S旋到位置1时，电路断路，电阻丝不工作，水龙头流出冷水；当S旋到位置3时，R₁与R₂并联，总电阻最小、总功率最大，水龙头流出热水。
(2) 水吸收的热量：
$Q = cm(t - t_0) = 4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} × 0.5\ \mathrm{kg} × (50℃ - 20℃) = 6.3×10^4\ \mathrm{J}$。
(3) 当S旋到位置2时，只有R₁接入电路，为温水挡，功率$P_1=880\ \mathrm{W}$，根据$P=\frac{U^2}{R}$得：
$R_1 = \frac{U^2}{P_1} = \frac{(220\ \mathrm{V})^2}{880\ \mathrm{W}} = 55\ \Omega$。
(4) 当S旋到热水挡时，R₁与R₂并联，R₂的功率：
$P_2 = \frac{U^2}{R_2} = \frac{(220\ \mathrm{V})^2}{44\ \Omega} = 1100\ \mathrm{W}$，
总功率$P_{\mathrm{总}} = P_1 + P_2 = 880\ \mathrm{W} + 1100\ \mathrm{W} = 1980\ \mathrm{W}$，
60秒消耗的电能：
$W = P_{\mathrm{总}}t = 1980\ \mathrm{W} × 60\ \mathrm{s} = 118800\ \mathrm{J}$。
【答案】
(1) 冷；热 (2) $6.3×10^4$焦 (3) 55欧 (4) 118800焦
【知识点】
电功与电功率、热量计算、并联电路特点
【点评】
本题结合生活中的电热水龙头，考查电路分析、电功率计算、热量计算及并联电路规律，是电学与热学结合的基础应用题，需掌握基本公式应用和电路状态判断。
【难度系数】
0.6
首先根据开关S的位置判断电路连接状态：S在位置1时，电路断路，电阻丝不工作，对应冷水；S在位置2时，仅R₁接入电路，功率较小，对应温水；S在位置3时，R₁与R₂并联，总功率大，对应热水。再分别利用热量公式计算水吸收的热量，利用电功率公式计算电阻丝阻值，结合并联电路总功率规律计算热水挡消耗的电能。
【解析】
(1) 当S旋到位置1时，电路断路，电阻丝不工作，水龙头流出冷水；当S旋到位置3时，R₁与R₂并联，总电阻最小、总功率最大，水龙头流出热水。
(2) 水吸收的热量：
$Q = cm(t - t_0) = 4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} × 0.5\ \mathrm{kg} × (50℃ - 20℃) = 6.3×10^4\ \mathrm{J}$。
(3) 当S旋到位置2时，只有R₁接入电路，为温水挡，功率$P_1=880\ \mathrm{W}$，根据$P=\frac{U^2}{R}$得：
$R_1 = \frac{U^2}{P_1} = \frac{(220\ \mathrm{V})^2}{880\ \mathrm{W}} = 55\ \Omega$。
(4) 当S旋到热水挡时，R₁与R₂并联，R₂的功率：
$P_2 = \frac{U^2}{R_2} = \frac{(220\ \mathrm{V})^2}{44\ \Omega} = 1100\ \mathrm{W}$，
总功率$P_{\mathrm{总}} = P_1 + P_2 = 880\ \mathrm{W} + 1100\ \mathrm{W} = 1980\ \mathrm{W}$，
60秒消耗的电能：
$W = P_{\mathrm{总}}t = 1980\ \mathrm{W} × 60\ \mathrm{s} = 118800\ \mathrm{J}$。
【答案】
(1) 冷；热 (2) $6.3×10^4$焦 (3) 55欧 (4) 118800焦
【知识点】
电功与电功率、热量计算、并联电路特点
【点评】
本题结合生活中的电热水龙头，考查电路分析、电功率计算、热量计算及并联电路规律，是电学与热学结合的基础应用题，需掌握基本公式应用和电路状态判断。
【难度系数】
0.6
