18.4 焦耳定律 练习（解析版含2021中考真题）-2021-2022学年人教版物理九年级全一册

18.4 焦耳定律
一．选择题（共6小题）
1．（2021?自贡）如图所示是“探究电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关”的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，下列说法错误的是（　　）
A．U形管液面高度变化是因为容器中气体热胀冷缩的缘故
B．通电后透明容器中气体的内能增大是通过做功的方式改变的
C．图甲中，通电一段时间后左右两边容器内电阻产生的热量之比是1：2
D．图乙所示的装置可以用来探究电流通过导体产生的热量多少跟电流大小的关系
2．（2021?广元）用如图的装置“探究影响电流热效应的因素”，电阻丝R1和R2分别密封在两只完全相同的烧瓶中，且R1＜R2，瓶中装有质量相等的煤油。下列说法正确的是（　　）
A．该装置用来探究电流热效应与电流大小的关系
B．闭合开关后，装R1电阻丝的烧瓶中温度计示数上升较快
C．实验中，通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少
D．将某一烧瓶中的煤油换成等质量的水，可比较煤油和水的比热容大小
3．（2021?云南）将规格都是“220V 150W”的一台电风扇、一台电视机和一只电烙铁分别接入家庭电路中，正常工作相同时间，以下说法正确的是（　　）
A．三个用电器均能将电能全部转化为内能
B．根据R＝可计算出三个用电器的电阻相等
C．三个用电器消耗的电能一样多
D．三个用电器产生的热量相等
4．（2021?宜昌）甲、乙两电热丝电阻之比为2：3，通过的电流之比为3：1，则相同时间内产生的热量之比为（　　）
A．2：1 B．6：1 C．1：2 D．1：6
5．（2020?兰州）小明在探究某个科学问题时，把阻值恒定为R1、R2（R1＝R2）的两段电热丝分别放在两个完全相同的烧瓶中，烧瓶中分别盛有质量和初温均相同的两种不同液体，并连接成如图所示的实验电路，实验中所用温度计完全相同。则下列说法正确的是（　　）
A．该装置可用来探究物质的吸热能力跟物体的种类是否有关
B．该装置可用来探究物质的吸热能力跟物体的质量是否有关
C．该装置可用来探究电流通过导体产生热量跟导体的电阻是否有关
D．该装置可用来探究电流通过导体产生热量跟导体中的电流是否有关
6．（2020?玉林）甲、乙两段导体通电时间相同，甲的电阻是乙的5倍，甲、乙产生的热量之比是4：5，则通过甲、乙两段导体的电流之比是（　　）
A．2：5 B．4：25 C．5：2 D．4：1
二．填空题（共6小题）
7．（2021?德阳）科技引领生活。华为与库卡公司联合推出5G机器人项目，如图是一主一副两机器人用鼓棒敲击吊钹（一种经敲击发声的乐器），使吊钹 　 　而发出声音。我国青年科学家曹原经过研究发现，特殊条件下可使石墨烯电阻大大减小。如果用该材料输送电能，在其他条件相同的情况下，就可以降低由于电阻引起的电能损耗，这是根据 　 　定律得知的。
8．（2021?阜新）如图所示，电源电压不变，先闭合开关S1，电流表示数为0.4A，再闭合开关S2，电流表示数增加了0.2A，则R1、R2两端电压之比为 　 　，R1、R2电阻值之比为 　 　，若电阻R1＝5Ω，通电1min电阻R2产生的热量为 　 　J。
9．（2021?凉山州）如图所示，电源电压不变，灯泡标有“6V 3W”字样，当开关S闭合时，灯泡正常发光，电流表示数为0.6A，电阻R的电功率为 　 　W，通电10min后R产生的热量为 　 　J。
10．（2021?德阳）如图为某电脑的CPU，它的额定功率为100W，其中发热功率占8%，它由铜质散热器（一种由铜制成的散热元件）进行散热，已知铜质散热器的质量是0.8kg。该电脑CPU正常工作0.5h，CPU消耗电能 　 　J。假设这段时间内CPU产生的热量全部被铜质散热器吸收，则可使散热器温度升高 　 　℃。[铜的比热容为0.39×103J/（kg?℃），结果保留整数]。
11．（2021?湘潭）如图所示，串联的两电阻丝（R1＜R2），封闭在两个完全相同的烧瓶中，并通过短玻璃管与相同的气球相连。闭合开关，通过两电阻丝的电流 　 　（选填“相等”或“不相等”），一段时间后，密闭烧瓶内的空气被加热，观察到 　 　（选填“A”或“B”）气球先鼓起来。
12．（2021?铁岭）如图是焦耳定律的实验装置，其中R1＝5Ω，R2＝R3＝10Ω。只闭合S1可以探究电流产生热量与 　 　的关系，若电路中的电流为0.1A，通电10min电阻R1产生的热量为 　 　J。闭合S1和S2，通过R1的电流是R2的2倍，左侧U形管内液柱的高度差比右侧更大，这说明 　 　（填“电流”或“电阻”）对产生热量多少影响更大。
三．实验探究题（共2小题）
13．（2021?兰州）在探究“电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关”的实验中，采用了如下电路。
（1）为了在短时间内达到明显的实验效果，两烧瓶中应装入质量和初温都相同的 　 　（选填“水”或“煤油”），实验中通过观察 　 　来比较电流通过导体产生热量的多少；
（2）如图甲所示，两烧瓶中装有阻值不同的电热丝，可以探究电流通过导体产生的热量与 　 　的关系；
（3）如图乙所示，两烧瓶中装有阻值相同的电热丝，闭合开关，调节滑动变阻器，使两电流表示数 　 　（选填“相同”或“不同”），可以探究电流通过导体产生的热量与 　 　的关系。
14．（2021?常州）小组同学选择阻值不变的电阻丝，探究“电流通过电阻丝产生的热量（简称电热）与通电时间、电流、电阻的关系”。
（1）为探究电热与通电时间、电流的关系，在锥形瓶内装入适量煤油，设计电路如图甲所示，开关闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于 　 　（A/B）端。
（a）闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片P，直至电流表示数为0.5A，通电5分钟、温度计的示数升高了5℃。
（b）保持滑动变阻器滑片P的位置不变，通电10分钟、温度计的示数升高了9℃。
（a）、（b）对比可得结论：　 　。
（c）向 　 　移动滑动变阻器的滑片P，直至电流表示数为1A，通电10分钟、温度计的示数升高了33℃，（b）、（c）对比可得结论：　 　。
（d）实验只能得到定性结论，主要原因是 　 　。
（2）为探究电热与电阻的关系，并测出标签污损的电阻丝R2的阻值，在两个相同的锥形瓶内装入等质量的煤油，设计如图乙所示电路。开关闭合后，电压表有示数，但电流表无示数，电路故障是 　 　，排除故障后，调节滑动变阻器的滑片P得到电表示数如图丙所示，则电压表示数为 　 　Ⅴ，电流表示数为 　 　A，R2阻值为 　 　Ω。一段时间后，观察到电阻丝 　 　所在锥形瓶中的温度计示数升高的比较多。
（3）请分析“电炉工作时，电炉丝发热明显、而与电炉丝相连的导线发热不明显”：电炉丝的电流 　 　导线的电流，电炉丝的电阻 　 　导线的电阻。（选填：“大于”、“等于”、“小于”）
四．计算题（共4小题）
15．（2021?阜新）如图，为某电水壶加热器的简化电路图。若R1阻值58Ω，当开关S接到1位置时，电路总功率为605W。水的比热容c＝4.2×103J/（kg?℃）。求：
（1）开关S接1位置时，电路中电流是多少？
（2）若用此电水壶将1.5kg的水，温度升高80℃，水吸收的热量是多少？
（3）当开关S接到2位置时，电水壶实际功率是多少？
16．（2021?永州）某品牌电热水壶有“加热”和“保温”两个挡位，其内部简化电路图如图甲所示，定值电阻R1的U﹣I图象如图乙所示。已知U＝220V、R2＝525.8Ω、c水＝4.2×103J/（kg?℃）、ρ水＝1.0×103kg/m3。
（1）求定值电阻R1的阻值；
（2）当S1闭合、S2断开时，电热水壶处于 　 　挡位，求电热水壶此挡位的功率；
（3）已知电热水壶加热效率为80%，将1.5L水从20℃加热到100℃，求水吸收的热量和加热所需时间。
17．（2021?牡丹江）如图所示，小灯泡标有“6V 3W”字样（设灯丝电阻不受温度影响），R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，其最大阻值为40Ω。求：
（1）小灯泡正常发光时的电阻。
（2）当开关S、S1、S2都闭合时，小灯泡恰好正常发光，电流表示数为0.6A，电路工作50s，求R1的阻值和电流通过R1产生的热量。
18．（2021?烟台）图甲所示为某电暖器的简化原理图，其中R1、R2是两个相同的电热丝，单个电热丝的电流与电压的关系图像如图乙所示。已知电源电压为220V，每个电热丝的额定电压均为220V。现要在某卧室使用该电暖器，卧室的容积为50m3，空气的比热容为1.0×103J/（kg?℃），空气密度为ρ＝1.2kg/m3，假设卧室封闭，请根据图像及以上信息解答下列问题。
（1）每个电热丝正常工作时的电阻及额定功率是多少？
（2）只闭合S2时，流过电热丝的电流为多少？此时电暖器消耗的总功率为多少？
（3）只闭合S1和S3，让电暖器工作15min，卧室内的温度升高了10℃，电暖器的加热效率是多少？（保留到百分数中小数点后一位）
参考答案与试题解析
一．选择题（共6小题）
1．【解答】解：A.电流通过导体产生的热量不能直接显示出来，容器中空气会由于热胀冷缩而出现高度差，由此反映出产生的热量多少，故选项A说法正确；
B.容器中气体的内能增大是通过电阻丝将热量传递给气体的，故气体内能增大是通过热传递的方式改变的，故选项B说法错误；
C.甲图中电阻之比为：R1：R2＝5Ω：10Ω＝1：2；
串联电路中电流相等，故电流之比为：I1：I2＝1：1；
图甲中电阻产生热量之比为：＝＝＝，故C正确；
D.图乙中容器中电阻相等，根据串并联电路关系可知，他们的电流不等，并联电阻支路中电流为干路电流的一半，两边容器中电阻的电流不同，可以用来探究产生热量与电流大小的关系，故选项D说法正确。
故选：B。
2．【解答】解：
A、由图可知，两电阻丝串联，电流相同，通电时间也相同，但电阻不同，故该实验探究的是电流产生的热量与电阻的关系，故A错误；
B、由焦耳定律Q＝I2Rt可知，电流和通电时间相同时，电阻越大，放出的热量越多，由于R1＜R2，故R2放出的热量多，温度计示数升的高，故B错误；
C、通电后电流通过电阻丝做功，产生热量使煤油的温度升高，通过观察温度计的示数大小来判断电流产生的热量的多少，这个研究方法可以称之为转换法，故C正确；
D、要比较水和煤油的比热容，则应让水和煤油的质量相等、吸收的热量（加热时间）相等，由温度的变化大小得出比热容的大小关系；故用相同质量的水代替煤油，两瓶中电阻丝的阻值还要相同；故D错误。
故选：C。
3．【解答】解：
AB、电烙铁工作时，能将电能全部转化为内能；电风扇、电视机工作时，其消耗的电能不只是转化为内能，还会转化为机械能或光能和声能；
虽然三个用电器的规格相同，但公式R＝只适用于纯电阻用电器，即利用该公式能计算电烙铁的电阻，不能计算电风扇和电视机的电阻，事实上它们的电阻也是不相同的，故AB错误；
C、三个电器都在额定电压下工作，实际功率相同都是100W，由W＝Pt可知相同时间内三个电器消耗的电能一样多，故C正确；
D、电风扇工作时，电能转化为内能和机械能；电视机工作时，电能转化为内能、光能和声能；电烙铁工作时，电能全部转化为内能；且相同时间内三个电器消耗的电能相同，因此相同时间内，电烙铁产生的热量最多，故D错误。
故选：C。
4．【解答】解：由题意可知，R甲：R乙＝2：3，I甲：I乙＝3：1，
由Q＝I2Rt可得，在相同时间内产生的热量之比：＝＝＝，故B正确，ACD错误。
故选：B。
5．【解答】解：
A、根据题意，两个电阻串联，通过两电阻的电流、通电时间、电阻都相同，两个烧瓶中的液体的种类是不同的，可以根据温度计升高的示数来物质的吸热能力，故A正确；
B、探究物质的吸热能力跟物体的质量是否有关时，应控制液体的种类相同，故无法完成实验，故B错误；
CD、通过两电阻的电流、通电时间、电阻都相同，故无法探究导体产生热量跟导体的电阻、电流的关系，故CD错误。
故选：A。
6．【解答】解：由题知，甲、乙两段导体通电时间相同，甲的电阻是乙的5倍，即R甲＝5R乙，甲、乙产生的热量之比是4：5，即5Q甲＝4Q乙，
由Q＝I2Rt有：5I甲2R甲t＝4I乙2R乙t，
即5I甲2×5R乙t＝4I乙2R乙t
所以25I甲2＝4I乙2，
＝。
故选：A。
二．填空题（共6小题）
7．【解答】解：
任何声音都是由物体振动产生的，吊钹在鼓棒的敲击下振动发声；
超导材料的电阻为零，根据焦耳定律公式Q＝I2Rt可知，用石墨烯电阻输送电能时，在输电线路上产生的电热较小，这样可以大大降低由于电阻引起的电能损耗。
故答案为：振动；焦耳。
8．【解答】解：先闭合S1时，电路为R1的简单电路，电流表测量通过R1的电流；若再闭合S2时，两电阻并联，电流表测干路电流，电流表示数增加了0.2A，根据并联电路的电流关系可知，通过R2的电流为：I2＝0.2A；
并联电路中各支路两端的电压都等于电源电压，所以R1、R2两端电压之比为1：1；
根据I＝可知，在电压相同时，电流之比等于电阻之比的倒数，则R1、R2电阻值之比为：R1：R2＝I2：I1＝0.2A：0.4A＝1：2，则R2的阻值为R2＝10Ω；
通过电阻R2的电流在1min内产生的热量：Q＝I2R2t＝（0.2A）2×10Ω×60s＝24J。
故答案为：1：1；1：2；24。
9．【解答】解：由电路图可知，灯泡与电阻R并联，电流表测干路电流，
因并联电路中各支路两端的电压相等，且额定电压下灯泡正常发光，
所以，电源的电压U＝UL＝6V，
由P＝UI可得，通过灯泡的电流：IL＝＝＝0.5A，
因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，
所以，通过电阻R的电流：
IR＝I﹣IL＝0.6A﹣0.5A＝0.1A，
电阻R的电功率：
PR＝UIR＝6V×0.1A＝0.6W；
通电10min，电阻R产生的热量：
QR＝WR＝UIRt＝6V×0.1A×600s＝360J。
故答案为：0.6；360。
10．【解答】解：（1）CPU的工作时间：t＝0.5h＝1800s，
CPU消耗的电能：
W＝Pt＝100W×1800s＝1.8×105J；
（2）因为发热功率占CPU功率的8%，
所以发热功率为：
P热＝P×8%＝100W×8%＝8W，
产生的热量为：
Q＝P热t＝8W×1800s＝14400J；
③根据Q＝cm△t得散热器升高的温度为：
△t＝＝≈46℃。
故答案为：1.8×105；46。
11．【解答】解：实验中阻值不相等两电阻串联，则两电阻中的电流相等，在通电时间相同时，电阻大的电阻丝产生的热量多，即B相通的电阻丝R2产生的热量要多，B气球先鼓起来。
故答案为：相等；B。
12．【解答】解：（1）由图可知：只闭合S1时，R1、R2串联 电流相等，电阻不同，所以可以探究电流产生热量与电阻的关系；
（2）由题可知R1＝5Ω，t＝10min＝600s，I＝0.1A，
根据Q＝I2Rt得电阻R1产生的热量：Q＝I2R1t＝（0.1A）2×5Ω×600s＝30J；
（3）图中液柱的高低间接反应了电阻产生的热量，闭合S1和S2，通过R1的电流是R2的2倍，左侧U形管内液柱的高度差比右侧更大，说明电流的变化对热量的产生影响更加明显。
故答案为：电阻；30；电流。
三．实验探究题（共2小题）
13．【解答】解：（1）根据Q吸＝cm△t 知，只有两个烧瓶中装入初温度和质量均相同的煤油时，才能通过煤油的温度变化量来反映电流产生热量的多少；
若将烧瓶中装有水，则由Q＝cm△t可知：在相同质量的水和煤油中，吸收的相同的热量时，由于水的比热容大，温度升高的度数少，温度计的示数变化不明显，故为了实验效果明显，应选用质量相同的煤油而不用水；
实验中通过观察两支温度计示数变化来比较电流产生的热量的多少，这用到了转换法；
（2）如图甲所示，两电阻串联，通过两电阻的电流和通电时间相同，改变电阻，可以探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系；
（3）如图乙所示，两烧瓶中装有阻值相同的电热丝，闭合开关，控制电阻和通电时间相同，通过调节滑动变阻器改变电路的电流，观察同一只烧瓶中煤油升高的温度计的示数变化，可以探究电流通过导体产生的热量与电流的关系。
故答案为：（1）煤油；两支温度计示数变化；（2）电阻；（3）不同；电流。
14．【解答】解：（1）滑动变阻器有保护电路的作用，开关闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于阻值最大处，故位于B端；
（b）两次实验中，电阻和电流大小均相同，通电时间不同，（b）中温度计升高的示数较大，说明电流通过电阻产生的热量多，可得结论：在电流大小和电阻大小相同时，通电时间越长，电流通过电阻产生的热量越多；
（c）（c）实验中电流表示数变大，根据欧姆定律可知电路中的总电阻变小，滑动变阻器接入电路中的电阻变小，故应向A端移动滑片；
（b）、（c）两次实验中，电阻大小和通电时间均相同，（c）中电流大于（b）中电流，且温度计升高的示数较大，说明电流通过电阻产生的热量多，可得结论：在通电时间和电阻大小相同时，电流越大，电流通过电阻产生的热量越多；
（d）实验只能得到定性结论，主要原因是实验中只能通过温度计示数的变化量来反映电流通过电阻产生的热量的多少，无法精确测量电阻产生的热量；
（2）开关闭合后，电压表有示数，说明电压表与电源接通，但电流表无示数，说明电路中有断路的地方，电路故障是R2断路；
从图乙中可知，闭合开关后，两电阻丝和滑动变阻器串联，电流表测量电路电流，电压表测量R2两端的电压。
电压表选择大量程，分度值为0.5V，示数为8V，电流表选择小量程，分度值为0.02A，示数为0.5A；
根据欧姆定律可知R2的阻值R2＝＝＝16Ω；
已知R1＝10Ω＜R2，根据Q＝I2Rt可知一段时间后，电阻丝R2产生的热量多，故观察到电阻丝R2所在锥形瓶中的温度计示数升高的比较多；
（3）电炉丝和导线串联，故电炉丝的电流等于导线的电流，电炉丝的电阻大于导线的电阻，根据Q＝I2Rt可知通电相同时间，电炉丝产生的热量大于导线产生的热量，故电炉工作时，电炉丝发热明显、而与电炉丝相连的导线发热不明显。
故答案为：（1）B；（b）在电流大小和电阻大小相同时，通电时间越长，电流通过电阻产生的热量越多；（c）A端；在通电时间和电阻大小相同时，电流越大，电流通过电阻产生的热量越多；（d）实验中只能通过温度计示数的变化量来反映电流通过电阻产生的热量的多少，无法精确测量电阻产生的热量；
（2）R2断路；8；0.5；16；R2；（3）等于；大于。
四．计算题（共4小题）
15．【解答】解：（1）开关S接1位置时，R1、R2串联，电路总功率为605W，根据P＝UI可知电路中电流I＝＝＝2.75A；
（2）若用此电水壶将1.5kg的水，温度升高80℃，水吸收的热量Q吸＝c水m水△t＝4.2×103J/（kg?℃）×1.5kg×80℃＝5.04×105J；
（3）开关S接1位置时，R1、R2串联，电路的总电阻R总＝＝＝80Ω，
则R2＝R总﹣R1＝80Ω﹣58Ω＝22Ω；
当开关S接到2位置时，电路为R1的简单电路，电水壶实际功率P′＝＝＝2200W。
答：（1）开关S接1位置时，电路中电流是2.75A；
（2）水吸收的热量是5.04×105J；
（3）当开关S接到2位置时，电水壶实际功率是2200W。
16．【解答】解：（1）由图乙可知：当U1＝12.1V时通过的电流为I1＝0.5A，
则根据I＝可得R1的阻值：R1＝＝＝24.2Ω；
（2）由电路图可知，开关S1闭合、S2断开时，两电阻串联，电路中的电阻最大，根据P＝可知，电功率最小，则电热水壶处于保温状态；
此时电路中的总电阻：R＝R1+R2＝24.2Ω+525.8Ω＝550Ω，
则保温功率：P保温＝＝＝88W；
（3）水的体积V＝1.5L＝1.5×10﹣3m3，
由ρ＝得，水的质量：
m＝ρV＝1.0×103kg/m3×1.5×10﹣3m3＝1.5kg，
水吸收的热量：
Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg?℃）×1.5kg×（100℃﹣20℃）＝5.04×105J，
根据η＝可得，需要消耗的电能：
W＝＝＝6.3×105J，
开关S1、S2均闭合时，R2短路，R1通路，电热水壶处于加热挡，
电热水壶的加热功率：P加热＝＝＝2000W，
根据P＝可得，加热时间：
t＝＝＝315s。
答：（1）定值电阻R1的阻值为24.2Ω；
（2）当S1闭合、S2断开时，电热水壶处于保温挡位，电热水壶此挡位的功率为88W；
（3）水吸收的热量为6.3×105J，加热所需时间为315s。
17．【解答】解：（1）由P＝UI＝可得，小灯泡正常发光时的电阻：
RL＝＝＝12Ω；
（2）当开关S、S1、S2都闭合时，灯泡L与定值电阻R1并联，电流表测干路电流，
因并联电路中各支路两端的电压相等，且小灯泡恰好正常发光，
所以，电源的电压：U＝UL＝6V，
此时通过灯泡的电流：IL＝＝＝0.5A，
因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，
所以，通过R1的电流：I1＝I﹣UL＝0.6A﹣0.5A＝0.1A，
则R1的阻值：R1＝＝＝60Ω，
电流通过R1产生的热量：Q1＝I12R1t＝（0.1A）2×60Ω×50s＝30J。
答：（1）小灯泡正常发光时的电阻为12Ω；
（2）R1的阻值为60Ω，电流通过R1产生的热量为30J。
18．【解答】解：
（1）R1、R2是两个相同的电热丝，每个电热丝正常工作时的电压为220V，由图乙知电热丝正常工作时的电流为2A，
根据欧姆定律I＝知每个电热丝正常工作时的电阻为：
R1＝R2＝＝＝110Ω；
每个电热丝正常工作的额定功率为：
P额＝U额I额＝220V×2A＝440W；
（2）由图可知只闭合S2时两电热丝串联，因为两电热丝的阻值相等，所以两电热丝分得的电压相等，都为110V，由图乙知此时流过电热丝的电流为1.5A，
此时电暖器消耗的总功率为：
P＝UI′＝220V×1.5A＝330W；
（3）根据ρ＝知空气的质量为：
m＝ρV＝1.2kg/m3×50m3＝60kg，
卧室内的温度升高了10℃吸收的热量为：
Q吸＝c空气m△t＝1.0×103J/（kg?℃）×60kg×10℃＝6×105J，
只闭合S1和S3，两电热丝并联，则两电热丝的总功率为2×440W＝880W；
电暖器工作15min消耗的电能为：
W＝P总t＝880W×15×60s＝7.92×105J，
电暖器的加热效率为：
η＝×100%＝×100%≈75.8%。
答：（1）每个电热丝正常工作时的电阻为110Ω，额定功率是440W；
（2）只闭合S2时，流过电热丝的电流为1.5A，此时电暖器消耗的总功率为330W；
（3）只闭合S1和S3，让电暖器工作15min，卧室内的温度升高了10℃，电暖器的加热效率是75.8%
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