1.[2025·北京] 下列用电器中,利用电流热效应工作的是(
A.电热水壶
B.吸尘器
C.电冰箱
D.电视机
A
)A.电热水壶
B.吸尘器
C.电冰箱
D.电视机
答案
1.A
解析
【分析】首先明确电流热效应的定义:电流通过导体时,电能转化为内能(热能)的现象,即利用电流产生的热量实现工作目的。接下来需逐一分析各选项用电器的能量转化,判断是否符合电流热效应的工作原理。
【解析】电流的热效应是指电流通过导体时将电能转化为内能的过程,据此分析各选项:
A. 电热水壶工作时,将电能主要转化为内能,用于加热水,是利用电流热效应工作的;
B. 吸尘器依靠电动机驱动,将电能主要转化为机械能,不利用电流热效应;
C. 电冰箱核心为压缩机(电动机),工作时主要将电能转化为机械能,通过制冷循环实现制冷,不利用电流热效应;
D. 电视机工作时主要将电能转化为光能、声能,仅少量电能转化为内能,并非利用电流热效应工作。
综上,正确选项为A。
【答案】A
【知识点】电流的热效应、用电器的能量转化
【点评】本题考查电流热效应的应用,属于基础题,需学生掌握常见用电器的能量转化,区分利用电流热效应工作的用电器。
【难度系数】0.7
【解析】电流的热效应是指电流通过导体时将电能转化为内能的过程,据此分析各选项:
A. 电热水壶工作时,将电能主要转化为内能,用于加热水,是利用电流热效应工作的;
B. 吸尘器依靠电动机驱动,将电能主要转化为机械能,不利用电流热效应;
C. 电冰箱核心为压缩机(电动机),工作时主要将电能转化为机械能,通过制冷循环实现制冷,不利用电流热效应;
D. 电视机工作时主要将电能转化为光能、声能,仅少量电能转化为内能,并非利用电流热效应工作。
综上,正确选项为A。
【答案】A
【知识点】电流的热效应、用电器的能量转化
【点评】本题考查电流热效应的应用,属于基础题,需学生掌握常见用电器的能量转化,区分利用电流热效应工作的用电器。
【难度系数】0.7
2. 如图所示的是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验,下列分析不正确的是(

A.甲、乙两次实验都应用了控制变量法
B.实验中,应通过观察U形管中液面的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少
C.乙实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系
D.分析乙实验装置的实验现象,可以得出的结论是在电阻相同、通电时间相同的情况下,通过一段电阻丝的电流越大,电阻丝产生的热量越多
C
)A.甲、乙两次实验都应用了控制变量法
B.实验中,应通过观察U形管中液面的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少
C.乙实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系
D.分析乙实验装置的实验现象,可以得出的结论是在电阻相同、通电时间相同的情况下,通过一段电阻丝的电流越大,电阻丝产生的热量越多
答案
2.C
解析
【分析】
本题考查焦耳定律实验的相关分析,需结合控制变量法、转换法逐一判断选项:
1. 控制变量法:探究热量与某一因素的关系时,需控制其他因素不变。甲实验中两电阻串联,电流、通电时间相同,电阻不同,探究热量与电阻的关系;乙实验中两容器内电阻相同,通电时间相同,通过的电流不同,探究热量与电流的关系,故两次实验均应用控制变量法,A正确。
2. 转换法:电流产生的热量无法直接观察,通过U形管液面高度差反映热量多少,液面差越大,热量越多,B正确。
3. 乙实验的变量:乙中两容器电阻均为5Ω,电阻相同,电流不同,因此是探究热量与电流的关系,而非电阻,C错误。
4. 乙实验结论:电阻相同、通电时间相同,电流越大,U形管液面差越大,热量越多,D正确。因此不正确的是C。
【解析】
根据焦耳定律$Q=I^2Rt$,结合实验方法分析各选项:
选项A:甲实验中,5Ω与10Ω电阻串联,电流$I$、通电时间$t$相同,电阻$R$不同,探究热量与$R$的关系;乙实验中,右侧5Ω电阻与外部5Ω电阻并联,使得通过右侧容器电阻的电流小于左侧,$R$、$t$相同,电流$I$不同,探究热量与$I$的关系,两次实验均应用控制变量法,A正确。
选项B:电流产生的热量使容器内空气受热膨胀,U形管液面高度差反映热量多少,这是转换法的应用,B正确。
选项C:乙实验中,两容器内电阻均为5Ω,电阻相同,通电时间相同,通过的电流不同,因此探究的是热量与电流的关系,而非电阻,C错误。
选项D:乙实验中,左侧电阻电流更大,U形管液面差更大,说明电阻相同、通电时间相同时,电流越大,产生热量越多,D正确。
【答案】
C
【知识点】
焦耳定律、控制变量法、转换法
【点评】
本题围绕焦耳定律的探究实验,考查控制变量法和转换法的应用,需明确甲乙实验的变量差异,区分探究的物理量,是初中物理的基础考点题,难度适中。
【难度系数】
0.6
本题考查焦耳定律实验的相关分析,需结合控制变量法、转换法逐一判断选项:
1. 控制变量法:探究热量与某一因素的关系时,需控制其他因素不变。甲实验中两电阻串联,电流、通电时间相同,电阻不同,探究热量与电阻的关系;乙实验中两容器内电阻相同,通电时间相同,通过的电流不同,探究热量与电流的关系,故两次实验均应用控制变量法,A正确。
2. 转换法:电流产生的热量无法直接观察,通过U形管液面高度差反映热量多少,液面差越大,热量越多,B正确。
3. 乙实验的变量:乙中两容器电阻均为5Ω,电阻相同,电流不同,因此是探究热量与电流的关系,而非电阻,C错误。
4. 乙实验结论:电阻相同、通电时间相同,电流越大,U形管液面差越大,热量越多,D正确。因此不正确的是C。
【解析】
根据焦耳定律$Q=I^2Rt$,结合实验方法分析各选项:
选项A:甲实验中,5Ω与10Ω电阻串联,电流$I$、通电时间$t$相同,电阻$R$不同,探究热量与$R$的关系;乙实验中,右侧5Ω电阻与外部5Ω电阻并联,使得通过右侧容器电阻的电流小于左侧,$R$、$t$相同,电流$I$不同,探究热量与$I$的关系,两次实验均应用控制变量法,A正确。
选项B:电流产生的热量使容器内空气受热膨胀,U形管液面高度差反映热量多少,这是转换法的应用,B正确。
选项C:乙实验中,两容器内电阻均为5Ω,电阻相同,通电时间相同,通过的电流不同,因此探究的是热量与电流的关系,而非电阻,C错误。
选项D:乙实验中,左侧电阻电流更大,U形管液面差更大,说明电阻相同、通电时间相同时,电流越大,产生热量越多,D正确。
【答案】
C
【知识点】
焦耳定律、控制变量法、转换法
【点评】
本题围绕焦耳定律的探究实验,考查控制变量法和转换法的应用,需明确甲乙实验的变量差异,区分探究的物理量,是初中物理的基础考点题,难度适中。
【难度系数】
0.6
3.汽车尾部的挡风玻璃上有一种电加热除雾装置,它由5条阻值均为12 Ω的电阻丝并联而成,简化结构如图所示。该装置接在12 V的汽车电池上工作1 min产生的热量为(

A.3 600 J
B.72 J
C.60 J
D.720 J
A
)A.3 600 J
B.72 J
C.60 J
D.720 J
答案
3.A
解析
【分析】
要解决该问题,需先明确电路为5条电阻丝并联,结合并联电路特点和电热公式计算总热量。可先计算并联总电阻,再利用纯电阻电路的电热公式求解,也可分别计算每条电阻的热量后求和,两种方法均适用。
【解析】
已知每条电阻丝阻值$ R=12\ \Omega $,共5条并联,电源电压$ U=12\ \mathrm{V} $,工作时间$ t=1\ \mathrm{min}=60\ \mathrm{s} $。
1. 计算并联总电阻:根据并联电阻规律,$ n $个相同电阻$ R $并联时,总电阻$ R_{\mathrm{总}}=\frac{R}{n} $,因此$ R_{\mathrm{总}}=\frac{12\ \Omega}{5}=2.4\ \Omega $。
2. 计算总热量:纯电阻电路中,产生的热量等于消耗的电能,即$ Q=W=\frac{U^2 t}{R_{\mathrm{总}}} $,代入数值:
$ Q=\frac{(12\ \mathrm{V})^2 × 60\ \mathrm{s}}{2.4\ \Omega}=\frac{144 × 60}{2.4}\ \mathrm{J}=3600\ \mathrm{J} $。
【答案】
A
【知识点】
并联电阻计算、焦耳定律
【点评】
本题考查并联电路的电阻规律和电热的计算,属于电学基础应用题,需掌握并联电阻特点及焦耳定律的应用,难度适中。
【难度系数】
0.3
要解决该问题,需先明确电路为5条电阻丝并联,结合并联电路特点和电热公式计算总热量。可先计算并联总电阻,再利用纯电阻电路的电热公式求解,也可分别计算每条电阻的热量后求和,两种方法均适用。
【解析】
已知每条电阻丝阻值$ R=12\ \Omega $,共5条并联,电源电压$ U=12\ \mathrm{V} $,工作时间$ t=1\ \mathrm{min}=60\ \mathrm{s} $。
1. 计算并联总电阻:根据并联电阻规律,$ n $个相同电阻$ R $并联时,总电阻$ R_{\mathrm{总}}=\frac{R}{n} $,因此$ R_{\mathrm{总}}=\frac{12\ \Omega}{5}=2.4\ \Omega $。
2. 计算总热量:纯电阻电路中,产生的热量等于消耗的电能,即$ Q=W=\frac{U^2 t}{R_{\mathrm{总}}} $,代入数值:
$ Q=\frac{(12\ \mathrm{V})^2 × 60\ \mathrm{s}}{2.4\ \Omega}=\frac{144 × 60}{2.4}\ \mathrm{J}=3600\ \mathrm{J} $。
【答案】
A
【知识点】
并联电阻计算、焦耳定律
【点评】
本题考查并联电路的电阻规律和电热的计算,属于电学基础应用题,需掌握并联电阻特点及焦耳定律的应用,难度适中。
【难度系数】
0.3
4. 用粗细均匀的电热丝加热烧水,通电15 min可烧开一壶水,若将两根相同的电热丝串联起来使用,电源电压不变,则烧开同样一壶水的时间是(
A.2.5 min
B.5 min
C.20 min
D.30 min
D
)A.2.5 min
B.5 min
C.20 min
D.30 min
答案
4.D 【点拨】若将两根相同的电热丝串联起来使用,根据串联电路的电阻特点可知,串联后的总电阻是原来电阻的2倍,电源电压U不变,烧开同样一壶水,所需要的热量Q不变,由$Q=\frac{U^2}{R}t$的变形公式$t=\frac{QR}{U^2}$可知,烧水所用时间变为原来的2倍,即$t'=2t=2×15\ \mathrm{min}=30\ \mathrm{min}$。故选 D。
解析
【分析】本题需利用电热公式分析时间与电阻的关系,核心是明确烧开同一壶水所需热量Q固定、电源电压U不变。首先根据串联电路电阻特点,相同电阻串联总电阻为单个电阻的2倍;再结合电热公式推导时间与电阻的比例关系,进而计算串联后的烧水时间。
【解析】设每根电热丝的电阻为R,单独使用时,电阻为R,通电时间t₁=15min,产生的热量Q=U²t₁/R。两根相同电热丝串联后,总电阻R串=R+R=2R,电源电压U不变,烧开同样一壶水的热量Q不变,故Q=U²t₂/R串。联立两式得:U²t₁/R = U²t₂/(2R),约去U²和R,解得t₂=2t₁=2×15min=30min,因此答案为D。
【答案】D
【知识点】电热的计算、串联电路的电阻特点
【点评】本题考查电热公式的应用及串联电阻的特点,属于基础应用题,需掌握电压不变时电热公式的变形应用,结合串联电阻变化分析时间变化。
【难度系数】0.6
【解析】设每根电热丝的电阻为R,单独使用时,电阻为R,通电时间t₁=15min,产生的热量Q=U²t₁/R。两根相同电热丝串联后,总电阻R串=R+R=2R,电源电压U不变,烧开同样一壶水的热量Q不变,故Q=U²t₂/R串。联立两式得:U²t₁/R = U²t₂/(2R),约去U²和R,解得t₂=2t₁=2×15min=30min,因此答案为D。
【答案】D
【知识点】电热的计算、串联电路的电阻特点
【点评】本题考查电热公式的应用及串联电阻的特点,属于基础应用题,需掌握电压不变时电热公式的变形应用,结合串联电阻变化分析时间变化。
【难度系数】0.6
5. 甲、乙两个电热器的电阻之比为5:4,通电相同时间产生的热量之比为5:1,则通过甲、乙的电流之比为(
A.4:1
B.1:4
C.2:1
D.1:2
C
)A.4:1
B.1:4
C.2:1
D.1:2
答案
5.C
解析
【分析】
本题为初中物理电热相关的比例计算题,已知甲、乙两电热器的电阻之比、通电时间相同、产生的热量之比,要求电流之比。解题思路是利用焦耳定律公式$ Q=I^2Rt $,结合已知条件对公式变形,消去相同的通电时间$ t $,进而推导出电流之比与热量比、电阻比的关系,最后代入数值计算即可。
【解析】
根据焦耳定律,电流通过导体产生的热量公式为:$ Q = I^2 R t $,变形可得电流公式:$ I = \sqrt{\frac{Q}{Rt}} $。
由于甲、乙通电时间$ t $相同,因此电流之比为:
$\frac{I_甲}{I_乙} = \frac{\sqrt{\frac{Q_甲}{R_甲 t}}}{\sqrt{\frac{Q_乙}{R_乙 t}}} = \sqrt{\frac{Q_甲}{Q_乙} · \frac{R_乙}{R_甲}}$
已知$ R_甲:R_乙 = 5:4 $,即$ \frac{R_乙}{R_甲} = \frac{4}{5} $;$ Q_甲:Q_乙 =5:1 $,即$ \frac{Q_甲}{Q_乙}=5 $。
代入上式计算:
$\frac{I_甲}{I_乙} = \sqrt{5 × \frac{4}{5}} = \sqrt{4} = \frac{2}{1}$
即甲、乙的电流之比为2:1,对应选项C。
【答案】
C
【知识点】
焦耳定律、电热计算
【点评】
本题考查焦耳定律的公式应用,属于基础比例计算题,解题关键是熟练掌握焦耳定律的变形及比例关系的推导,难度适中,是初中物理的常考题型。
【难度系数】
0.5
本题为初中物理电热相关的比例计算题,已知甲、乙两电热器的电阻之比、通电时间相同、产生的热量之比,要求电流之比。解题思路是利用焦耳定律公式$ Q=I^2Rt $,结合已知条件对公式变形,消去相同的通电时间$ t $,进而推导出电流之比与热量比、电阻比的关系,最后代入数值计算即可。
【解析】
根据焦耳定律,电流通过导体产生的热量公式为:$ Q = I^2 R t $,变形可得电流公式:$ I = \sqrt{\frac{Q}{Rt}} $。
由于甲、乙通电时间$ t $相同,因此电流之比为:
$\frac{I_甲}{I_乙} = \frac{\sqrt{\frac{Q_甲}{R_甲 t}}}{\sqrt{\frac{Q_乙}{R_乙 t}}} = \sqrt{\frac{Q_甲}{Q_乙} · \frac{R_乙}{R_甲}}$
已知$ R_甲:R_乙 = 5:4 $,即$ \frac{R_乙}{R_甲} = \frac{4}{5} $;$ Q_甲:Q_乙 =5:1 $,即$ \frac{Q_甲}{Q_乙}=5 $。
代入上式计算:
$\frac{I_甲}{I_乙} = \sqrt{5 × \frac{4}{5}} = \sqrt{4} = \frac{2}{1}$
即甲、乙的电流之比为2:1,对应选项C。
【答案】
C
【知识点】
焦耳定律、电热计算
【点评】
本题考查焦耳定律的公式应用,属于基础比例计算题,解题关键是熟练掌握焦耳定律的变形及比例关系的推导,难度适中,是初中物理的常考题型。
【难度系数】
0.5
6.如图甲所示,定值电阻$R_1$和$R_2$组成并联电路,电源两端电压恒为8 V。闭合开关S,通过电阻$R_2$的电流为1 A。电阻$R_1$两端的电压$U_1$和通过它的电流$I_1$的关系图像如图乙所示。求:
(1)$R_1$的阻值。
(2)干路电流$I$。
(3)$R_1$和$R_2$在10 s内产生的总热量$Q$。

(1)$R_1$的阻值。
(2)干路电流$I$。
(3)$R_1$和$R_2$在10 s内产生的总热量$Q$。
答案
6.【解】(1)由图乙可知,当电阻$R_1$两端的电压$U_1$为8 V时,通过它的电流为$I_1=2\ \mathrm{A}$,则$R_1=\frac{U_1}{I_1}=\frac{8\ \mathrm{V}}{2\ \mathrm{A}}=4\ \Omega$。
(2)电源电压为8 V,即$R_1$和$R_2$两端的电压均为8 V,根据并联电路的电流规律可知,干路电流$I=I_1+I_2=2\ \mathrm{A}+1\ \mathrm{A}=3\ \mathrm{A}$。
(3)该并联电路是纯电阻电路,所以$R_1$和$R_2$在10 s内产生的总热量$Q=W=UIt=8\ \mathrm{V}×3\ \mathrm{A}×10\ \mathrm{s}=240\ \mathrm{J}$。
(2)电源电压为8 V,即$R_1$和$R_2$两端的电压均为8 V,根据并联电路的电流规律可知,干路电流$I=I_1+I_2=2\ \mathrm{A}+1\ \mathrm{A}=3\ \mathrm{A}$。
(3)该并联电路是纯电阻电路,所以$R_1$和$R_2$在10 s内产生的总热量$Q=W=UIt=8\ \mathrm{V}×3\ \mathrm{A}×10\ \mathrm{s}=240\ \mathrm{J}$。
解析
【分析】
要解决本题,需结合并联电路特点、欧姆定律及电热公式分析:
1. 求R₁的阻值时,需从图乙中获取R₁对应的电压和电流,利用欧姆定律计算;
2. 并联电路中各支路电压等于电源电压,干路电流等于各支路电流之和,据此计算干路电流;
3. 纯电阻电路中,总热量等于总电功,利用公式Q=W=UIt计算总热量。
【解析】
(1) 由图乙可知,当R₁两端电压U₁=8V时,通过R₁的电流I₁=2A,根据欧姆定律 $ R_1 = \frac{U_1}{I_1} = \frac{8\ \mathrm{V}}{2\ \mathrm{A}} = 4\ \Omega $;
(2) 因为R₁与R₂并联,电源电压为8V,所以R₁、R₂两端电压均为8V。由(1)知通过R₁的电流I₁=2A,已知通过R₂的电流I₂=1A,根据并联电路电流规律,干路电流 $ I = I_1 + I_2 = 2\ \mathrm{A} + 1\ \mathrm{A} = 3\ \mathrm{A} $;
(3) 并联电路为纯电阻电路,总热量等于总电功,根据公式 $ Q = W = UIt $,代入数据得 $ Q = 8\ \mathrm{V} × 3\ \mathrm{A} × 10\ \mathrm{s} = 240\ \mathrm{J} $。
【答案】
(1) $ R_1 = 4\ \Omega $;(2) 干路电流 $ I = 3\ \mathrm{A} $;(3) 总热量 $ Q = 240\ \mathrm{J} $
【知识点】
欧姆定律、并联电路电流规律、电热计算
【点评】
本题结合U-I图像和并联电路特点考查电学基础计算,属于常规题型,需掌握欧姆定律、并联电路电流规律及纯电阻电路电热与电功的关系,难度适中。
【难度系数】
0.7
要解决本题,需结合并联电路特点、欧姆定律及电热公式分析:
1. 求R₁的阻值时,需从图乙中获取R₁对应的电压和电流,利用欧姆定律计算;
2. 并联电路中各支路电压等于电源电压,干路电流等于各支路电流之和,据此计算干路电流;
3. 纯电阻电路中,总热量等于总电功,利用公式Q=W=UIt计算总热量。
【解析】
(1) 由图乙可知,当R₁两端电压U₁=8V时,通过R₁的电流I₁=2A,根据欧姆定律 $ R_1 = \frac{U_1}{I_1} = \frac{8\ \mathrm{V}}{2\ \mathrm{A}} = 4\ \Omega $;
(2) 因为R₁与R₂并联,电源电压为8V,所以R₁、R₂两端电压均为8V。由(1)知通过R₁的电流I₁=2A,已知通过R₂的电流I₂=1A,根据并联电路电流规律,干路电流 $ I = I_1 + I_2 = 2\ \mathrm{A} + 1\ \mathrm{A} = 3\ \mathrm{A} $;
(3) 并联电路为纯电阻电路,总热量等于总电功,根据公式 $ Q = W = UIt $,代入数据得 $ Q = 8\ \mathrm{V} × 3\ \mathrm{A} × 10\ \mathrm{s} = 240\ \mathrm{J} $。
【答案】
(1) $ R_1 = 4\ \Omega $;(2) 干路电流 $ I = 3\ \mathrm{A} $;(3) 总热量 $ Q = 240\ \mathrm{J} $
【知识点】
欧姆定律、并联电路电流规律、电热计算
【点评】
本题结合U-I图像和并联电路特点考查电学基础计算,属于常规题型,需掌握欧姆定律、并联电路电流规律及纯电阻电路电热与电功的关系,难度适中。
【难度系数】
0.7
7.(新趋势 真实情境)家用电器使用常识中介绍,电视机若持续长时间工作,则要停机10~20 min散热,若长时间(如几十天)不用,则每隔几天要通电10~20 min驱潮。对于以上做法,下列分析正确的是 (
A.前者是利用电热,后者是防止电热
B.前者是防止电热,后者是利用电热
C.二者都是利用电热
D.二者都是防止电热
B
)A.前者是利用电热,后者是防止电热
B.前者是防止电热,后者是利用电热
C.二者都是利用电热
D.二者都是防止电热
答案
7.B
解析
【分析】
要解决这道题,需先明确两种做法的目的:电视机长时间工作时,电流产生的电热过多会损坏电器,停机散热是避免电热危害;长时间不用时,通电产生的电热可蒸发潮气,是利用电热。据此判断选项即可。
【解析】
电视机长时间工作时,电流通过元件会产生大量电热,若不及时散热,温度过高会损坏电器,因此停机10~20min散热是防止电热带来的危害;长时间不用时,电器内部易受潮,每隔几天通电10~20min,电流产生的电热能使内部潮气蒸发,起到驱潮作用,这是利用电热。所以前者是防止电热,后者是利用电热,对应选项B。
【答案】
B
【知识点】
电热的利用与防止
【点评】
本题结合家用电器的真实使用场景,考查电热的利用和防止,将物理知识与生活实际结合,难度较低,需要准确区分两种场景下电热的作用。
【难度系数】
0.6
要解决这道题,需先明确两种做法的目的:电视机长时间工作时,电流产生的电热过多会损坏电器,停机散热是避免电热危害;长时间不用时,通电产生的电热可蒸发潮气,是利用电热。据此判断选项即可。
【解析】
电视机长时间工作时,电流通过元件会产生大量电热,若不及时散热,温度过高会损坏电器,因此停机10~20min散热是防止电热带来的危害;长时间不用时,电器内部易受潮,每隔几天通电10~20min,电流产生的电热能使内部潮气蒸发,起到驱潮作用,这是利用电热。所以前者是防止电热,后者是利用电热,对应选项B。
【答案】
B
【知识点】
电热的利用与防止
【点评】
本题结合家用电器的真实使用场景,考查电热的利用和防止,将物理知识与生活实际结合,难度较低,需要准确区分两种场景下电热的作用。
【难度系数】
0.6
8.有四段电阻线a、b、c、d,它们由同种材料制成,横截面积相同,但绕成不相同的圈数(每圈的长度相等,a、c圈数相同,b、d圈数相同),按图示连接,通电后在相同的时间内,它们产生的热量由多到少的顺序是
(
A.a、b、d、c
B.a、c、b、d
C.b、d、a、c
D.d、c、b、a
A
)A.a、b、d、c
B.a、c、b、d
C.b、d、a、c
D.d、c、b、a
答案
8.A
解析
【分析】
首先根据电阻定律判断四段电阻线的电阻大小,再结合串并联电路的电压、电流特点,利用焦耳定律分别计算相同时间内各电阻产生的热量,最后比较热量大小得出顺序。
【解析】
1. 确定电阻大小:
根据电阻定律$ R=\rho\frac{L}{S} $,四段电阻线材料相同(电阻率$\rho$相同)、横截面积$ S $相同,a、c圈数相同,总长度相等,故$ R_a=R_c $;b、d圈数相同且多于a的圈数,总长度更长,故$ R_b=R_d $,且$ R_b>R_a $。
2. 分析电路连接与物理量:
左图中a、b并联,电源电压为6V,因此$ U_a=U_b=6V $;右图中c、d串联,电路电流$ I=\frac{U}{R_c+R_d}=\frac{6V}{R_a+R_b} $(因$ R_c=R_a $,$ R_d=R_b $)。
3. 计算相同时间内的热量($ t $相同):
并联电路用$ Q=\frac{U^2t}{R} $:
$ Q_a=\frac{6^2t}{R_a}=\frac{36t}{R_a} $,$ Q_b=\frac{36t}{R_b} $,因$ R_b>R_a $,故$ Q_a>Q_b $。
串联电路用$ Q=I^2Rt $:
$ Q_c=I^2R_ct=(\frac{6}{R_a+R_b})^2 R_a t=\frac{36R_a t}{(R_a+R_b)^2} $,
$ Q_d=I^2R_dt=\frac{36R_b t}{(R_a+R_b)^2} $,因$ R_b>R_a $,故$ Q_d>Q_c $。
4. 比较$ Q_b $和$ Q_d $:
$ \frac{Q_d}{Q_b}=\frac{R_b^2}{(R_a+R_b)^2} $,因$ (R_a+R_b)^2>R_b^2 $,故$ Q_d<Q_b $。
综上,热量由多到少的顺序为$ a、b、d、c $。
【答案】
A
【知识点】
焦耳定律、电阻定律、串并联电路特点
【点评】
本题结合电阻定律、串并联电路规律和焦耳定律,考查学生对电学综合知识的应用能力,需先明确电阻大小,再根据电路特点选择合适的热量公式进行比较。
【难度系数】
0.5
首先根据电阻定律判断四段电阻线的电阻大小,再结合串并联电路的电压、电流特点,利用焦耳定律分别计算相同时间内各电阻产生的热量,最后比较热量大小得出顺序。
【解析】
1. 确定电阻大小:
根据电阻定律$ R=\rho\frac{L}{S} $,四段电阻线材料相同(电阻率$\rho$相同)、横截面积$ S $相同,a、c圈数相同,总长度相等,故$ R_a=R_c $;b、d圈数相同且多于a的圈数,总长度更长,故$ R_b=R_d $,且$ R_b>R_a $。
2. 分析电路连接与物理量:
左图中a、b并联,电源电压为6V,因此$ U_a=U_b=6V $;右图中c、d串联,电路电流$ I=\frac{U}{R_c+R_d}=\frac{6V}{R_a+R_b} $(因$ R_c=R_a $,$ R_d=R_b $)。
3. 计算相同时间内的热量($ t $相同):
并联电路用$ Q=\frac{U^2t}{R} $:
$ Q_a=\frac{6^2t}{R_a}=\frac{36t}{R_a} $,$ Q_b=\frac{36t}{R_b} $,因$ R_b>R_a $,故$ Q_a>Q_b $。
串联电路用$ Q=I^2Rt $:
$ Q_c=I^2R_ct=(\frac{6}{R_a+R_b})^2 R_a t=\frac{36R_a t}{(R_a+R_b)^2} $,
$ Q_d=I^2R_dt=\frac{36R_b t}{(R_a+R_b)^2} $,因$ R_b>R_a $,故$ Q_d>Q_c $。
4. 比较$ Q_b $和$ Q_d $:
$ \frac{Q_d}{Q_b}=\frac{R_b^2}{(R_a+R_b)^2} $,因$ (R_a+R_b)^2>R_b^2 $,故$ Q_d<Q_b $。
综上,热量由多到少的顺序为$ a、b、d、c $。
【答案】
A
【知识点】
焦耳定律、电阻定律、串并联电路特点
【点评】
本题结合电阻定律、串并联电路规律和焦耳定律,考查学生对电学综合知识的应用能力,需先明确电阻大小,再根据电路特点选择合适的热量公式进行比较。
【难度系数】
0.5
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