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【应用1】如图所示为“探究焦耳定律”的实验装置，下列说法正确的是（）
A.探究“通电导体产生热量的多少与导体电阻的关系”时，应选用装置乙
B.甲装置中闭合开关后，通过$R_1$的电流小于$R_2$中的电流
C.乙装置中闭合开关后，$R_2$所连U形管中的液面上升得快
D.乙装置中，将容器外的电阻$R_3$与$R_2$并联，可以使通过$R_2$的电流小于$R_1$中的电流
A.探究“通电导体产生热量的多少与导体电阻的关系”时，应选用装置乙
B.甲装置中闭合开关后，通过$R_1$的电流小于$R_2$中的电流
C.乙装置中闭合开关后，$R_2$所连U形管中的液面上升得快
D.乙装置中，将容器外的电阻$R_3$与$R_2$并联，可以使通过$R_2$的电流小于$R_1$中的电流
答案
D
解析
【分析】
本题考查探究焦耳定律的实验，需结合控制变量法、电路连接特点及焦耳定律公式$Q=I^2Rt$分析各选项：首先明确甲装置中$R_1$与$R_2$串联，乙装置中$R_2$与$R_3$并联后再与$R_1$串联；探究热量与某一因素的关系时，需控制其他因素不变，结合U形管液面高度差反映热量多少的转换法，逐一判断选项正误。
【解析】
选项A：探究“通电导体产生热量与导体电阻的关系”时，需控制电流和通电时间相同，改变电阻。甲装置中$R_1(5\Omega)$与$R_2(10\Omega)$串联，电流、时间相同，电阻不同，应选用甲装置，而非乙，故A错误。
选项B：甲装置中$R_1$与$R_2$串联，串联电路电流处处相等，因此通过$R_1$的电流等于$R_2$中的电流，故B错误。
选项C：乙装置中，$R_1$在干路，$R_2$与$R_3$并联，且$R_2=R_3=5\Omega$，因此通过$R_1$的电流$I_1=I_2+I_3$，且$I_2=I_3$，即$I_1＞I_2$；$R_1$与$R_2$电阻相同、通电时间相同，根据$Q=I^2Rt$，电流越大产生热量越多，因此$R_1$对应的U形管液面上升更快，故C错误。
选项D：乙装置中，$R_1$在干路，$R_2$与$R_3$并联，$R_2=R_3$，故通过$R_2$的电流$I_2=\frac{I_1}{2}$，即通过$R_2$的电流小于$R_1$中的电流，故D正确。
【答案】
D
【知识点】
焦耳定律、控制变量法、转换法
【点评】
本题围绕探究焦耳定律的实验展开，重点考查电路连接分析、控制变量法的应用及焦耳定律的理解，需明确实验中控制的变量和转换法的应用，是电学实验的典型题型。
【难度系数】
0.6
本题考查探究焦耳定律的实验，需结合控制变量法、电路连接特点及焦耳定律公式$Q=I^2Rt$分析各选项：首先明确甲装置中$R_1$与$R_2$串联，乙装置中$R_2$与$R_3$并联后再与$R_1$串联；探究热量与某一因素的关系时，需控制其他因素不变，结合U形管液面高度差反映热量多少的转换法，逐一判断选项正误。
【解析】
选项A：探究“通电导体产生热量与导体电阻的关系”时，需控制电流和通电时间相同，改变电阻。甲装置中$R_1(5\Omega)$与$R_2(10\Omega)$串联，电流、时间相同，电阻不同，应选用甲装置，而非乙，故A错误。
选项B：甲装置中$R_1$与$R_2$串联，串联电路电流处处相等，因此通过$R_1$的电流等于$R_2$中的电流，故B错误。
选项C：乙装置中，$R_1$在干路，$R_2$与$R_3$并联，且$R_2=R_3=5\Omega$，因此通过$R_1$的电流$I_1=I_2+I_3$，且$I_2=I_3$，即$I_1＞I_2$；$R_1$与$R_2$电阻相同、通电时间相同，根据$Q=I^2Rt$，电流越大产生热量越多，因此$R_1$对应的U形管液面上升更快，故C错误。
选项D：乙装置中，$R_1$在干路，$R_2$与$R_3$并联，$R_2=R_3$，故通过$R_2$的电流$I_2=\frac{I_1}{2}$，即通过$R_2$的电流小于$R_1$中的电流，故D正确。
【答案】
D
【知识点】
焦耳定律、控制变量法、转换法
【点评】
本题围绕探究焦耳定律的实验展开，重点考查电路连接分析、控制变量法的应用及焦耳定律的理解，需明确实验中控制的变量和转换法的应用，是电学实验的典型题型。
【难度系数】
0.6
【应用2】在如图所示的串联电路中，电源电压为6 V，保持不变，电阻$R_1 = 10\ \Omega$，$R_2 = 20\ \Omega$。求：
(1)通过$R_1$的电流大小；
(2)电路通电30 s产生的热量。
(1)通过$R_1$的电流大小；
(2)电路通电30 s产生的热量。
答案
解：
(1) 两电阻串联，电路总电阻：
$R = R_1 + R_2 = 10\ \Omega + 20\ \Omega = 30\ \Omega$
根据欧姆定律，电路中的电流：
$I = \frac{U}{R} = \frac{6\ \mathrm{V}}{30\ \Omega} = 0.2\ \mathrm{A}$
串联电路电流处处相等，因此通过$R_1$的电流大小为0.2 A。
(2) 由焦耳定律，电路通电30 s产生的热量：
$Q = UIt = 6\ \mathrm{V} × 0.2\ \mathrm{A} × 30\ \mathrm{s} = 36\ \mathrm{J}$
答：(1) 通过$R_1$的电流为0.2 A；(2) 电路通电30 s产生的热量为36 J。
(1) 两电阻串联，电路总电阻：
$R = R_1 + R_2 = 10\ \Omega + 20\ \Omega = 30\ \Omega$
根据欧姆定律，电路中的电流：
$I = \frac{U}{R} = \frac{6\ \mathrm{V}}{30\ \Omega} = 0.2\ \mathrm{A}$
串联电路电流处处相等，因此通过$R_1$的电流大小为0.2 A。
(2) 由焦耳定律，电路通电30 s产生的热量：
$Q = UIt = 6\ \mathrm{V} × 0.2\ \mathrm{A} × 30\ \mathrm{s} = 36\ \mathrm{J}$
答：(1) 通过$R_1$的电流为0.2 A；(2) 电路通电30 s产生的热量为36 J。
解析
【分析】
本题是串联电路的电学计算问题，解题思路为：①先确定电路连接方式为串联，根据串联电阻规律计算总电阻；②利用欧姆定律计算电路中的电流，结合串联电路电流处处相等的特点，得到通过$R_1$的电流；③利用焦耳定律计算电路通电30s产生的热量。
【解析】
解：
(1) 由图可知，$R_1$与$R_2$串联，根据串联电路的电阻规律，电路总电阻：
$R = R_1 + R_2 = 10\ \Omega + 20\ \Omega = 30\ \Omega$
根据欧姆定律$I = \frac{U}{R}$，电路中的电流：
$I = \frac{U}{R} = \frac{6\ \mathrm{V}}{30\ \Omega} = 0.2\ \mathrm{A}$
因为串联电路中电流处处相等，所以通过$R_1$的电流大小为0.2 A。
(2) 根据焦耳定律，纯电阻电路中产生的热量$Q = UIt$，代入数据得：
$Q = 6\ \mathrm{V} × 0.2\ \mathrm{A} × 30\ \mathrm{s} = 36\ \mathrm{J}$
【答案】
(1) 通过$R_1$的电流为0.2 A；(2) 电路通电30 s产生的热量为36 J。
【知识点】
串联电路特点、欧姆定律、焦耳定律
【点评】
本题考查串联电路的基本规律和电学公式的应用，属于基础计算题，需牢记串联电路电流、电阻的特点，以及欧姆定律、焦耳定律的公式。
【难度系数】
0.7
本题是串联电路的电学计算问题，解题思路为：①先确定电路连接方式为串联，根据串联电阻规律计算总电阻；②利用欧姆定律计算电路中的电流，结合串联电路电流处处相等的特点，得到通过$R_1$的电流；③利用焦耳定律计算电路通电30s产生的热量。
【解析】
解：
(1) 由图可知，$R_1$与$R_2$串联，根据串联电路的电阻规律，电路总电阻：
$R = R_1 + R_2 = 10\ \Omega + 20\ \Omega = 30\ \Omega$
根据欧姆定律$I = \frac{U}{R}$，电路中的电流：
$I = \frac{U}{R} = \frac{6\ \mathrm{V}}{30\ \Omega} = 0.2\ \mathrm{A}$
因为串联电路中电流处处相等，所以通过$R_1$的电流大小为0.2 A。
(2) 根据焦耳定律，纯电阻电路中产生的热量$Q = UIt$，代入数据得：
$Q = 6\ \mathrm{V} × 0.2\ \mathrm{A} × 30\ \mathrm{s} = 36\ \mathrm{J}$
【答案】
(1) 通过$R_1$的电流为0.2 A；(2) 电路通电30 s产生的热量为36 J。
【知识点】
串联电路特点、欧姆定律、焦耳定律
【点评】
本题考查串联电路的基本规律和电学公式的应用，属于基础计算题，需牢记串联电路电流、电阻的特点，以及欧姆定律、焦耳定律的公式。
【难度系数】
0.7
