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素养全练21电热与安全基础夯实1.(xx贵州黔南中考)1840年,英国物理学家最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和时间的关系。从能量转化的角度看,电热器的电热丝工作时是将电能转化为能。答案:焦耳内解析:1840年,英国物理学家焦耳最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和时间的关系,得出了焦耳定律;从能量转化的角度看,电热器的电热丝工作时,消耗的电能转化为内能。2.(xx辽宁辽阳中考)如图所示实验装置,可用来探究通电时间相同时,电流通过导体产生的热量与的关系。将装置接在电压为3 V的电源上,通电2 min,电流通过电阻R2产生的热量为 J。答案:电阻24解析:由图知,定值电阻阻值不同,串联时通过的电流相同,已知通电时间相同,所以探究的是电流产生热量与电阻大小的关系;串联电路总电阻为R=R1+R2=10+5=15,电路电流为I=UR=3V15=0.2A。通电2min,电流通过电阻R2产生的热量:Q2=I2R2t=(0.2A)25260s=24J。3.(xx安徽安庆模拟)如图所示,电路中打处表示断路之处,若用试电笔测试电路中A、B、C、D、E、F六点,则会使试电笔氖灯发亮的点有。答案:ABD解析:将验电笔的笔尖接触A处,通过闭合的开关和导线接在火线上,氖灯发亮;将验电笔的笔尖接触B处,通过灯丝、闭合的开关和导线接在火线上,氖灯发亮;将验电笔的笔尖接触C处为零线,氖灯不发亮;将验电笔的笔尖接触D处,通过导线接在火线上,氖灯发亮;将验电笔的笔尖接触E、F处,左边是插座,向右接在零线上,氖灯不发亮。4.(xx山东威海中考)标有“220 V2 000 W”的“即热式”电热水龙头,其加热电阻丝的阻值是;在额定电压下工作21 s,若不计热量损失,能够使 kg的水从15 上升到35 。水的比热容为4.2103 J/(kg)答案:24.20.5解析:(1)根据P=U2R可得,加热电阻丝的阻值:R=U2P=(220V)22000W=24.2;(2)由P=Wt可得,在额定电压下工作21s消耗的电能:W=Pt=2000W21s=4.2104J;若不计热量损失,则Q吸=W=4.2104J,由Q吸=cmt可得,加热水的质量:m=Q吸ct=4.2104J4.2103J/(kg)(35-15)=0.5kg。5.(xx四川德阳中考)两个发热电阻R1R2=14,当它们串联在电路中时,R1、R2两端的电压之比U1U2=;已知R1=10 ,那它们并联在4 V电路中后,两个电阻在100 s内产生的热量是 J。答案:14200解析:当两电阻串联在电路中时,因串联电路中各处的电流相等,所以,由I=UR可得,R1、R2两端的电压之比:U1U2=IR1IR2=R1R2=14;(2)已知R1=10,R1R2=14,所以R2=4R1=410=40,当两电阻并联在电路中时,因并联电路中各支路两端的电压相等,所以,两个电阻在100s内产生的热量:Q总=W总=W1+W2=U2R1t+U2R2t=(4V)210100s+(4V)240100s=200J。6.(xx江苏镇江中考)如图是研究“相同时间内导体产生的热量与的关系”的装置。每只烧瓶中煤油质量均为200 g,电阻丝R1=20 ,电路中电流I=0.5 A。通电5 min后,左侧烧瓶中的煤油温度升高了2 ,煤油吸收的热量为 J,R1产生的电热为 J。c煤油=2.1103 J/(kg)导学号97404048答案:电阻8401 500解析:由图可知,控制电流和通电时间相同,将两个电阻丝串联接入电路中,探究电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系;煤油吸收的热量Q吸=cmt=2.1103J/(kg)0.2kg2=840J;电阻丝R1在5min内产生的热量为:Q=I2Rt=(0.5A)220560s=1500J。7.(xx湖北十堰中考)在家庭电路中,各用电器之间是(选填“串联”或“并联”)连接的。星期天小天在家里正开着空调上网查资料,当妈妈做饭时把电热水壶插头插进插座时,空气开关立刻“跳闸”,小天分析其原因可能是电热水壶插头内部,也可能是家里电路中用电器总功率。答案:并联短路过大解析:家用电器之间是并联时,各家用电器都正常工作,并且互不影响;电流过大会导致空气开关“跳闸”,电流过大的原因有:电热水壶插头内部发生短路;接入电热水壶后使得电路中用电器的总功率过大,造成干路电流过大。8.(xx江苏宿迁中考)如图所示家庭电路中的同一个插排上连接了多个大功率用电器,用电器所接电压是V,用电器间的连接方式是;在日常生活中,不宜同时使用这些用电器,防止电流过大,因电流的效应而引发火灾。答案:220并联热解析:我国家庭电路的电压为220V,即用电器所接电压是220V;各家用电器在使用时,互不影响,所以连接方式为并联;不宜同时使用这些大功率用电器,防止电流过大,因电流的热效应而引发火灾。9.(xx安徽霍邱一模)如图所示,电源电压不变,电阻R1的阻值为20 ,R2的阻值为30 ,闭合开关S,电流表的示数为0.3 A,电源电压为,100 s内电流通过电阻R2产生的热量为。答案:6 V120 J解析:由电路图可知,电阻R1、R2并联,电流表测通过R1的电流I1=0.3A,由欧姆定律可得,电阻R1两端的电压:U1=I1R1=0.3A20=6V。因为并联电路中各支路两端的电压相等,且均等于电源电压,所以电源电压:U=U1=U2=6V,则通过R2的电流:I2=U2R2=6V30=0.2A,则通电100s电流通过电阻R2产生的热量:Q=I22R2t2=(0.2A)230100s=120J。10.(xx四川遂宁中考)如图所示电路,电源电压不变,滑动变阻器的规格“20 2 A”,L1的规格“10 V5 W”,L2的规格“15 V15 W”,不考虑温度对灯丝电阻的影响。(1)只闭合开关S,当滑动变阻器接入电路的阻值为4 时,灯泡L1正常发光,则电源电压为V。(2)闭合开关S、S1、S2,滑动变阻器滑片置于中点,通电1 min整个电路产生的热量是 J。答案:(1)12(2)1 440解析:(1)根据灯泡L1正常发光,可得流经灯泡的电流I1=P1U1=5W10V=0.5A,灯泡L1正常发光电阻R1=U1I1=10V0.5A=20。由图可知,只闭合开关S,灯泡L1与滑动变阻器串联,串联电路中电流处处相等,即电路中的电流I=I1=0.5A,由I=UR可得,电源电压U=IR总=0.5A(4+20)=12V;(2)由P=U2R可得,L2的电阻R2=U22P2=(15V)215W=15,闭合开关S、S1、S2,灯泡L2、滑动变阻器并联,灯泡L1被短路,滑动变阻器滑片置于中点,根据并联电路的电阻特点可得,总电阻1R并=1R2+112R滑,则1R并=115+11220。解得R并=6,通电1min整个电路产生的热量:Q=W=UIt=U2R并t=(12V)2660s=1440J。11.(xx安徽凤台期末)小明在一次野炊活动中,将中间剪得较窄的口香糖锡箔纸(可看做导体)接在干电池正负两极上,如图所示,锡箔纸较窄处最先燃烧。这是因为与长度相同的锡箔纸较宽处相比,较窄处()A.电阻较大B.电流较大C.电压较小D.电功率较小答案:A解析:材料和长度相同时,导体越细,电阻越大,所以锡箔纸较窄处电阻较大,故A正确;锡箔纸串联在电路中,因串联电路中各处的电流相等,所以通过整个锡箔纸的电流相等,故B错误;电流相等,由U=IR可知,锡箔纸较窄处电阻大,电压较大,故C错误;电流相等,由P=UI可知,锡箔纸较窄处电压大,电功率较大,故D错误。12.(xx山东潍坊中考)最先精确确定电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间关系的物理学家是()A.欧姆B.焦耳C.奥斯特D.法拉第答案:B解析:英国物理学家焦耳做了大量实验,于1840年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系,得出Q=I2Rt;为了纪念他做出的贡献,人们将他的名字命名为热量(能量)的单位。13.(xx湖北宜昌中考)两个定值电阻R1、R2并联在电路中,如图甲所示,它们的电流与其两端的电压关系如图乙所示,闭合开关S,则R1,R2产生的热量之比为()A.21B.12C.41D.14答案:A解析:由图可知,该电路为并联电路,电压是相同的,由图乙可知,电压相同,通过R1、R2的电流之比为21;根据I=UR可知,R1、R2的电阻之比为12;通电时间相同,电压相同,则根据焦耳定律公式Q=W=U2Rt可知,产生的热量与电阻成反比,故热量之比为21。14.(xx湖南邵阳中考)将规格都是“220 V180 W”的一台电冰箱、一台电脑和一床电热毯,分别接入同一家庭电路中,若通电时间相同,则下列说法正确的是()A.电冰箱产生的热量最多B.电脑产生的热量最多C.电热毯产生的热量最多D.三者产生的热量一样多答案:C解析:因为接在家庭电路中,U=220V,所以三种用电器的实际功率:P实=P额=180W;又因为W=Pt,用电器工作时间t相等,所以三种用电器消耗的电能相同,电冰箱工作时,主要把电能转化为机械能,产生的热量很小,电脑工作时,主要将电能转化为光能和声能,电热毯工作时电热丝产生热量,几乎把电能全部转化为热量,所以产生热量最多的是电热毯,故C正确。15.(xx内蒙古通辽中考)小明同学在进行电学知识复习时,针对电阻甲和乙的I-U图象,作出了如下判断,正确的是()A.甲、乙串联在电路中,相同时间内甲、乙产生热量之比为21B.甲、乙并联在电路中,相同时间内甲、乙消耗电能之比为12C.将甲和乙并联,当甲两端电压为2 V时,则它们的干路电流为0.6 AD.将甲和乙串联,当它们两端电压为3 V时,通过甲的电流为0.6 A答案:C解析:甲、乙串联在电路中,电流是相同的,由图象可知,当电流都为0.2A时,甲的电压为1V,乙的电压为2V,即甲两端的电压是乙两端电压的12(取其他电流值仍然存在这样的关系),根据Q=I2Rt=UIt可知,相同时间内甲、乙产生热量之比为12,故A错误;甲、乙并联在电路中,电压是相同的,由图象可知,当电压为2V时,甲的电流是0.4A,乙的电流是0.2A,即甲的电流是乙的电流的2倍,根据Q=I2Rt=UIt可知,相同时间内甲、乙产生热量之比为21,故B错误;将甲和乙并联,并联电路各支路两端的电压相等;当甲两端电压为2V时,由图象可知,通过甲的电流为0.4A,通过乙的电流为0.2A,根据并联电路的电流关系可知,干路电流为0.4A+0.2A=0.6A,故C正确;将甲和乙串联,电流相同,由图象可知,当电路中的电流为0.2A时,甲的电压为1V,乙的电压为2V,满足它们两端电压(总电压)为3V,所以由串联电路的电流特点可知,通过甲的电流为0.2A,故D错误。16.(xx青海西宁中考)如图是课本“探究电流通过导体产生的热量与导体电阻间关系”的实验装置,两个透明容器中封闭着等量的空气,电路正确连接后,通电进行实验过程中,下列说法正确的是()A.左边容器电阻丝中的电流比右边容器电阻丝中的电流大B.U形管中液面高度的变化反映电阻丝产生热量的多少C.要保持两个电阻丝两端电压相等D.通电时间相同,两个容器中空气吸收的热量相同答案:B解析:由图可知,两阻值不同的电阻丝串联,通过电阻丝的电流相同,即左边容器电阻丝中的电流等于右边容器电阻丝中的电流,故A错误;据实验装置可知,电流通过导体产生热量使容器中的空气受热膨胀,从而导致U形管中的液面会发生变化,虽然产生热量的多少不能直接观察,但可以通过U形管液面高度差的变化来反映,故B正确;由图可知,两阻值不同的电阻丝串联,通过电阻丝的电流与通电时间相等而电阻阻值不同,此装置可以探究:电流产生的热量与电阻的关系,故需要保持的是两个电阻丝两端电流相等,故C错误;两电阻丝串联,电流相同,根据Q=I2Rt可知,由于图中右边容器的电阻丝阻值较大,在相同时间内,电流在右容器中产生的热量较多,B管液面上升得高,故D错误。17.(xx内蒙古巴彦淖尔中考)如图所示家庭电路中,当开关S闭合后,灯泡L不亮,用试电笔测试c、d两点时,氖管都发光,测试a、b两点时,只有a点氖管发光,则故障可能是()A.b、c之间某处断路B.a、d之间某处断路C.火线与零线短路D.电灯的灯丝断了答案:A解析:如图,闭合开关后,发现电灯L不亮,用测电笔测试c、d两点时,氖管都发光,说明c、d都与火线连通(即c点到火线间的电路没有断路);测试a、b两点时,只有a点氖管发光,则测b点时氖管不发光,说明b点没有与火线连通,所以故障可能是b、c之间某处断路,故A正确,BD错误;若火线与零线短路,则保险丝熔断或空气开关跳闸,整个电路断开,用测电笔测试各点时,氖管都不发光,故C错误。18.(xx四川南充中考)下列图中符合安全用电与保护原则的是()A.将冰箱的金属外壳接地B.多个大功率用电器同时使用一个插座C.用湿抹布擦发光的灯泡D.开关接在零线上答案:A解析:洗衣机、电冰箱等家用电器都使用三孔插座,是由于这些用电器的外壳是金属,金属是导体,当用电器漏电时,会使金属外壳带电,若接上地线,电流就通过地线,流入大地,而防止了触电事故的发生,故A正确;电路中电流过大的原因有两个:一是短路;二是家中使用用电器的总功率过大。故大功率用电器同时使用时,将会使电路中的电流过大,引起火灾,故B错误;因为湿抹布是导体,当用湿抹布接触带电体时,可能会使电源通过人体与大地形成通路,使人触电,故C错误;接灯时,火线首先接入开关,然后进入灯泡顶端的金属点。零线直接进入灯泡的螺旋套。如果开关接在零线和灯泡之间,火线直接接在灯泡时,虽然断开开关,但是火线和灯泡相连,触及灯泡会发生触电事故。所以开关要接在灯泡和火线之间,断开开关,切断火线,触及灯泡时更安全,故D错误。19.(xx天津中考)在使用如图所示的插线板时发现:只有在开关闭合时,指示灯才能发光,插孔才可以提供工作电压:即使指示灯损坏,开关闭合时插孔也能提供工作电压。下图中插线板电路连接符合上述现象及安全用电要求的是()答案:A解析:插线板上的指示灯在开关闭合时会发光,插孔正常通电,说明开关同时控制灯泡和插座,灯泡和插座之间可能是串联,也可能是并联,如果两者并联,开关应该在干路上;如果指示灯损坏,开关闭合时插孔也能正常通电,说明灯泡和插座之间是并联的,开关接在灯泡、插座和火线之间控制火线使用更安全,故A正确。能力提升20.(xx河北中考)用如图1所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”,相同烧瓶内装满了煤油。(1)烧瓶中装入的煤油是(选填“导体”或“绝缘体”)。(2)请根据实物电路,在虚线框图2内画出对应的电路图。(3)为达到实验目的,选用的两电阻丝R1与R2的阻值应,通过R1的电流通过R2的电流。(4)通电一段时间后,乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大,说明。(5)小红用如图3示的装置,进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”,经多次实验测量,收集实验数据,绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流的关系图象,根据焦耳定律可知,图4中能正确反映h-I关系的是。【拓展】用Q=I2Rt可以算电流通过任何用电器产生的热量,能用Q=UIt计算电流通过任何用电器产生的热量吗?请用实例说明原因。答案:(1)绝缘体(2)见解析图(3)相等小于(4)在电阻和通电时间相等时,电流越大产生的热量越多(5)A【拓展】不能。含有电动机的电路,电流做的功大部分转化为机械能,有一小部分转化为内能,W=UItQ。解析:(1)烧瓶中装入的煤油是绝缘体。(2)原实物图中,R与R1并联后与R2串联,根据实物电路,画出对应的电路图,如图所示。(3)探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”,要控制电阻相等,即选用的两电阻丝R1与R2的阻值应相等,根据并联电路电流的规律,通过R1的电流小于通过R2的电流。(4)通电一段时间后,乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大,说明在电阻和通电时间相等时,电流越大产生的热量越多。(5)小红用图3所示的装置,进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”,要控制电阻与通电时间相同,经多次实验测量,收集实验数据,绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流的关系图象,根据转换法,煤油吸热越多,膨胀程度越大,液柱升高的越多,且膨胀程度与吸热多少成正比,根据焦耳定律可知,Q=I2Rt,Rt为常数,且Rt0,故由数学知识式为Q关于I的抛物线,且开口向上,图4中能正确反映h-I关系的是A。【拓展】用Q=I2Rt可以算电流通过任何用电器产生的热量,而W=UIt是计算电功的普遍适用的公式,Q=W的条件是:纯电阻电路,即不含有电动机等的电路(将电能全部转化为内能的电路)。如含有电动机的电路,电流做的功大部分转化为机械能,有一小部分转化为内能,W=UItQ。W=UIt不能计算电流通过任何用电器产生的热量。21.(xx甘肃兰州中考)探究“通电导体产生的热量Q与电阻R的关系”,他们选用了以下实验器材:两个完全相同的烧瓶,烧瓶内分别装有质量和初温相同的水和煤油,相同的温度计A和B、阻值分别为R1、R2的电阻丝(R1R2)还有满足实验要求的电源、滑动变阻器、电流表、开关和导线,他们设计了如图所示的实验电路,进行如下实验:闭合开关,通电一段时间后,记下温度计A的示数为t1,温度计B的示数为t2,发现t1t2,请根据以上叙述回答下列问题:(1)实验中是通过观察来反映电流产生热量的多少。(2)请指出实验过程中存在的问题:。(3)实验改进后得出的结论是:。导学号97404049答案:(1)温度计示数的变化(2)没有控制烧瓶中的液体的质量和种类是相同的(3)电流通过电阻产生的热量跟电阻阻值大小有关;电阻越大,产生热量越多解析:(1)实验中通过观察温度计示数的变化来比较电流产生的热量的多少;(2)实验中采用的是控制变量法,应控制烧瓶中的液体的质量和种类是相同的;(3)实验改进后得出的结论是:电流通过电阻产生的热量跟电阻阻值大小有关;电阻越大,产生热量越多。22.(xx内蒙古呼和浩特中考)一个彩色灯泡上标有“36 V7.2 W”的字样(忽略温度对灯丝电阻的影响)求:(1)该灯泡正常工作时的电流和灯丝的电阻;(2)若接在220 V的照明电路中使用,至少需要串联多少个这种灯泡才行。答案:(1)0.2 A180 (2)7个解析:(1)由P=UI可得灯泡正常发光时的电流:IL=P额U额=7.2W36V=0.2A,由I=UR可得灯丝电阻:RL=U额IL=36V0.2A=180;(2)因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以,要使小灯泡接在220V的电路中使用,串联小灯泡的个数:n=220V36V6.117个。23.(xx广东深圳中考)在深圳某科技节上,某同学自己动手制作了一个牛奶加热器,设计电路简图如图所示,已知滑动变阻器R0的最大阻值为100 ,用于加热的电阻丝R1的阻值为55 。求闭合开关S后:(1)电路中的最小电流(结果保留1位小数);(2)电热丝的最大加热功率;(3)在最大加热功率下,用时100 s可以将1 kg常温牛奶温度升高多少?不考虑热量损失,牛奶的比热容为c=2.5103 J/(kg)答案:(1)1.4 A(2)880 W(3)35.2 解析:(1)当滑动变阻器接入电路阻值最大时,电路中电流最小,此时滑片P处于b端,电路的总电阻:R总=R0+R1=100+55=155。由欧姆定律可得,电路中的最小电流:Imin=UR总=220V1551.4A;(2)当滑动变阻器接入电路阻值最小时,电热丝的加热功率最大,此时滑片P处于a端,则最大加热功率:Pmax=U2R1=(220V)255=880W;(3)最大加热功率下,100s内产生的热量:Q=W=Pmaxt=880W100s=8.8104J,不考虑热量损失,牛奶吸收的热量:Q吸=Q=8.8104J。由Q吸=cmt可得,牛奶升高的温度:t=Q吸cm=8.8104J2.5103J/(kg)1kg=35.2。导学号97404050
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