11. 在探究实验中,小明将两段阻值分别为$5\Omega$和$10\Omega$的电阻丝接在某电源两端。当电流通过电阻丝时,关于它们在相同时间内的发热情况,下列说法中正确的是(
D
)。
A.阻值为$5\Omega$的电阻丝发热一定较多
B.阻值为$10\Omega$的电阻丝发热一定较多
C.当两电阻串联时,阻值为$5\Omega$的电阻丝发热较多
D.当两电阻并联时,阻值为$5\Omega$的电阻丝发热较多
解析:
【分析】
要判断电阻丝在相同时间内的发热情况,需结合焦耳定律及串并联电路的特点分析:
1. 电阻丝发热的多少由产生的热量$Q$决定,对于纯电阻电路,焦耳定律有两个常用公式:普遍式$Q=I^2Rt$(适用于所有电路),推导式$Q=\frac{U^2t}{R}$(适用于纯电阻电路,本题中电阻丝为纯电阻,电能全部转化为内能)。
2. 题目未明确两电阻的连接方式,因此不能直接确定发热多少,需分串联、并联两种情况讨论:
串联时,电流处处相等,结合$Q=I^2Rt$,电阻越大,相同时间内发热越多;
并联时,各支路电压相等,结合$Q=\frac{U^2t}{R}$,电阻越小,相同时间内发热越多。
3. 逐一分析选项,排除错误选项,确定正确答案。
【解析】
电流通过电阻丝产生的热量可由焦耳定律计算,电阻丝为纯电阻,电能全部转化为内能,相关公式如下:
普遍式:$ Q=I^2Rt $(适用于所有电路)
推导式:$ Q=\frac{U^2t}{R} $(适用于纯电阻电路)
对各选项分析如下:
选项A、B:题目未说明两电阻的连接方式,无法确定通过电阻的电流或电阻两端的电压,因此无法直接比较相同时间内的发热多少,故A、B错误。
选项C:当两电阻串联时,通过它们的电流$ I $相等,时间$ t $相同,根据$ Q=I^2Rt $,在$ I $、$ t $相同的情况下,电阻$ R $越大,产生的热量$ Q $越多。因为$ 10\Omega > 5\Omega $,所以10Ω的电阻丝发热较多,C错误。
选项D:当两电阻并联时,它们两端的电压$ U $相等,时间$ t $相同,根据$ Q=\frac{U^2t}{R} $,在$ U $、$ t $相同的情况下,电阻$ R $越小,产生的热量$ Q $越多。因为$ 5\Omega < 10\Omega $,所以5Ω的电阻丝发热较多,D正确。
【答案】
D
【知识点】
焦耳定律的应用、串并联电路的特点
【点评】
本题核心考查焦耳定律在串并联电路中的灵活应用,解题关键是根据不同的电路连接方式选择对应的焦耳定律公式进行分析。学生易因忽略连接方式直接判断发热多少而出错,需牢记串并联电路中电流、电压的特点,结合公式逐一分析选项。
【难度系数】
0.7