18.4焦耳定律课时练习 2021-2022学年人教版物理九年级全一册（含答案）

《焦耳定律》课时练习
1．如图所示是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验，下列分析正确的是（　　）
A．甲实验通电一段时间后，左侧容器内空气吸收的热量更多
B．乙实验通电一段时间后，左侧
U
形管中液面的高度差比右侧的大
C．乙实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系
D．乙实验右边密闭容器与左边密闭容器中的电阻丝产生热量之比为
4：1
2．小明家的电热毯内的电阻丝断了，他爸爸把断了的电阻丝搭在一起，电热毯仍能使用，但不久又会在搭接处烧断。搭接处烧断的原因是（　　）
A．电阻丝上搭接处电阻较小，造成局部过热
B．电阻丝上搭接处电阻较大，造成局部过热
C．搭接处电流比其它处电流小，造成局部过热
D．搭接处电流比其它处电流大，造成局部过热
3．下列用电器正常工作时，在相同的时间内产生热量最多的是（　　）
A．“220V
60W”的电风扇
B．“220V
60W”日光灯
C．“220V
60W”的电热器
D．一样多
4．用电热丝烧水，当电压为U时，t秒内可将水烧开，如果电压降为原来的一半，则同样烧开这些水所需的时间应为（　　）
A．
B．
C．2t
D．4t
5．三根相同的电热丝分别全部串联和全部并联在同一电源下，它们产生相同的热量，所需通电时间之比为（　　）
A．1：3
B．1：9
C．3：1
D．9：1
6．如图是探究电流通过导体产生的热量与什么因素有关的实验装置，将两根阻值不等的电阻丝R1、R2串联后分别放入两个透明容器中，并封闭等量的空气，通电前两U形管内液面相平接通电源一分钟后，通过R1、R2电流分别为I1、I2则（　　）
A．该实验装置是为了探究电流产生的热量与电流的关系
B．通电一段时间后，U形管A中液面的高度差比右侧的大
C．I1＝l2，A管中的液面较低
D．该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反应电阻丝放出热量的多少的
7．22岁的中国青年科学家曹原证实了石墨烯在特定条件下的超导性能，这是一百多年来对物质超导零电阻特性的又一重大发现。若未来实现石墨烯超导输电，根据　
　定律推断输电线路可实现电能零耗损。
8．如图所示是探究电流通过导体时产生的热量与　
　关系的实验装置。通电一段时间，左侧容器和右侧容器中的电阻丝产生的热量之比为　
　。
9．在探究“影响电流热效应的因素”的实验中，要探究电流热效应与电流关系，应控制的变量是　
　。如图所示，R1＝5Ω，R2＝10Ω，电源电压3V，则通电10s电流通过R1、R2产生热量之比为　
　。
10．在野外没有带火柴和打火机，可以用干电池和口香糖纸取火。取宽约2cm的口香糖锡箔纸条，在其中部剪窄约为2﹣3mm，如图所示；让锡箔纸条一端放在干电池正极，另一端放在干电池负极，用食指和拇指分别用力压住，使干电池短路，很快就会看到锡箔纸条窄处燃烧起来，这是利用了电流的　
　效应。如图所示。这是因为短路时锡箔纸条中　
　很大，锡箔纸条中部剪窄后与没剪时相比电阻　
　（选填“变大”、“变小”或“不变”），所以短时间内锡箔纸窄处会产生较多电热。
11．某款陶瓷电煎药壶，其电路如图所示，它在工作时，有高火加热、文火萃取和保温三个过程。已知正常工作时，文火萃取功率为100W，保温功率为80W．分析电路可知：当S1接2，同时S2　
　（选填“闭合”或“断开”），电路处于高火加热状态，高火加热1min产生的热量是　
　J。
12．如图是探究电流通过导体时产生热量的实验，甲、乙两套装置中各有两个相同的透明容器。其中密封着等量的空气和一段电阻丝（阻值在图中已标出），U形管中装有等量的液体，接通电源，观察现象。
（1）实验中通过观察　
　的变化来比较导体所产生热量的多少；这运用了　
　（填“转换法”或“等效替代法”）的物理思想；
（2）用甲装置进行实验时，通过控制通电时间和电路中的　
　不变，来研究导体产生热量与电阻的关系；
（3）在乙装置中，C、D透明容器中产生热量较多的是　
　容器。
13．火锅是人们比较喜欢的一种饮食方式，如图为小明家使用的一款电火锅工作电路的原理图。它有高、中、低三个加热档位，旋钮开关可以分别置于“0和1“、“1和2”、“2和3”或“3和4”接线柱。正常工作时，低温档功率为高温档功率的，R1为242Ω，R2为60.5Ω．（忽略温度对电阻的影响）
（1）请指出开关置于什么接线柱时，火锅处于低温档？
（2）R3的阻值是多少欧姆？电火锅处于低温档正常工作时，在1分钟内产生的热量是多少焦耳？
（3）小明关闭家中的其他用电器，只让电火锅独立工作，用高温档加热汤液2分钟，电能表的表盘转了81转。请通过计算判断此时电火锅是否正常工作？[电能表的铭牌上标有3000r/（kW h）]
参考答案
1．B【解析】A、甲实验两电阻丝串联，则通过电阻丝的电流和通电时间相同，右侧电阻阻值大，由焦耳定律Q＝I2Rt可知，右侧电阻产生热量多；则右侧容器内空气吸收的热量多。故A错误；B、乙实验，右侧电阻丝与另一电阻丝并联，故左右空气盒中电阻丝的电阻和通电时间相同，由焦耳定律Q＝I2Rt可知，左侧电阻产生热量多；则左侧容器内空气吸收的热量多，气体压强大，即左侧U形管中液面的高度差比右侧的大。故B正确；C、乙实验，右侧电阻丝与另一电阻丝并联，故左右空气盒中电阻丝的电阻和通电时间相同，但通过电阻的电流不同，所以研究电流产生的热量与电流的关系。故C错误；D、装置乙中一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，即I右＝I左，两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知I右＝I1+I2，两电阻阻值相等，则支路中电流相等，I1＝I2，所以右边容器中通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，由Q＝I2Rt可知，左边容器中的电阻产生的热量是右侧容器电阻丝产生的热量的4倍，故D错误。
2．B【解析】将电阻丝的两个断头接上后，接头处是两根导线相切，由于接触的部位很少，很细，电阻就较大。根据焦耳定律公式Q＝I2Rt知，在电流、通电时间相同的情况下电阻越大，产生的热量越多，温度越高，因此搭接头处容易被烧断。
3．C【解析】因额定电压下用电器的电功率和额定功率相等，所以，三种用电器的实际功率相等，由W＝Pt可知，相同时间内三种用电器消耗的电能相等，因电风扇中的电动机将电能大部分转化机械能，日光灯将大部分电能转化为光能，电热器将电能全部转化为内能，所以，产生热量最多的是电热器。
4．D【解析】∵烧开相同一壶水时，电热丝产生的热量相等，∴根据Q＝I2Rt＝t可得：
t＝t′＝t′＝t′，解得：t′＝4t。
5．D【解析】由题意可知，三根电热丝的电阻相同，设三根电热丝的电阻均为R，则全部串联时总电阻R1＝3R，全部并联时总电阻R2＝，由电热公式Q＝t知，在U、Q相同时，t和R成正比，则通电时间之比t1：t2＝R1：R2＝3R：＝9：1。
6．C【解析】A、由图可知两电阻丝串联，在串联电路中电流处处相等，而两电阻丝的阻值不同，所以此装置是为了探究电流产生的热量与电阻的关系，故A错误；BC、两电阻丝串联，通过的电流相等，右侧电阻丝的阻值较大，在通电时间相同时，由Q＝I2Rt可知，右侧电阻丝产生的热量较多，密闭空气吸收热量后，体积不变，压强变大，右侧容器内气体的压强与大气压的差值较大，则B玻璃管液面较高，A管中的液面较低，故B错误，C正确；D、实验过程中是电热丝对容器中的气体加热，是利用容器中气体的热胀冷缩引起U形管中液柱高度的变化来反映电阻丝放出热量的多少，故D错误。故选C。
7．焦耳【解析】当导体的温度降至某一低温时，它的电阻突然变为零，这种特性称超导性。由于超导体的电阻为零，根据Q＝I2Rt知，产生的热量为零，所以在用超导体进行远距离输电时不会消耗电能产生热量，减少了在输电过程中的能量损耗，大大节约了能源。
8．电流
4：1【解析】由图知，装置中一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，即I右＝I左，两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知I右＝I1+I2，两电阻阻值相等，则支路中电流相等，I1＝I2，所以右边容器中的通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，即是研究电流产生的热量与电流的关系；由Q＝I2Rt可知，左边容器中的电阻产生的热量是右侧容器电阻丝产生的热量的4倍。
9．电阻和通电时间
1：2【解析】由公式Q＝I2Rt知，要探究电流热效应与电流的关系，需要控制的条件是电阻和通电时间，改变的是电流大小；由图知，R1、R2串联，所以I1＝I2，t1＝t2，由公式Q＝I2Rt知通电10s电流通过R1、R2产生热量之比＝＝＝＝。
10．热
电流
变大【解析】电流通过锡纸条，窄处燃烧起来，说明通电后产生热量，这是利用了电流的热效应；将锡纸条带锡的一端接在电池的正极，另一端接在电池的负极，形成了电源短路，此时锡箔纸中的电流很大；锡箔纸条中部剪窄后与没剪时相比，横截面积变小，电阻变大，根据焦耳定律Q＝I2Rt可知，短时间内锡箔纸窄处会产生较多电热，使锡箔纸的内能增大，温度升高，达到锡箔纸的着火点而使之燃烧。
11．闭合
3×104【解析】由图知，当S1接1、S2
断开时，两电阻串联，电路中电阻最大，由P＝可知此时电功率最小，煎药壶处于保温状态；当S1接2，S2
闭合时，两电阻并联，电路中电阻最小，由P＝可知此时电功率最大，处于高火加热状态；当S1接2，S2
断开时，只有R2接入电路工作，电路中电阻较大，由P＝可知此时电功率较大，处于文火萃取状态。由题知，文火萃取功率为100W，则有：P文火＝＝＝100W，所以R2＝484Ω，保温功率为80W，则有：P保温＝＝＝80W，所以R1+R2＝605Ω，则R1＝605Ω﹣484Ω＝121Ω，两电阻并联的总电阻：R＝＝＝96.8Ω，所以高火加热1min产生热量：Q＝W＝t＝×60s＝3×104J。
12．（1）液面高度差
转换法
（2）电流
（3）C【解析】（1）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但电阻丝对容器中的空气加热时，空气温度升高体积膨胀，引起U型管中液柱高度的变化，所以通过液面高度差的变化来反映电阻丝产生热量的多少，这种研究方法叫转换法；（2）如图甲，两个电阻串联在电路中，电流相同，通电时间相同，电阻不同，运用控制变量法，探究电流产生热量跟电阻的关系；（3）图乙装置中两个5Ω的电阻并联后再与一个5Ω的电阻串联，根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，即I右＝I左，两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知I右＝I内+I外，所以，I左＞I内，容器内的电阻值都是5Ω，通电一段时间，由Q＝I2Rt知，C容器中电流产生的热量多。
13．解:（1）当旋钮开关置于“1和2”接线柱时，R2、R3串联，电路电阻最大，根据P＝可知，电功率最小，火锅处于低温档；
当旋钮开关置于“2和3”接线柱时，R3被短路，电路为R2的简单电路，电路电阻较大，根据P＝可知，电功率较大，火锅处于中温档；
当旋钮开关置于“3和4”接线柱时，R1、R2并联，电路电阻最小，根据P＝可知，电功率最大，火锅处于高温档。
（2）高温档时的电功率：P高＝P1+P2＝+＝+＝1000W，
由题意知，低温档功率为高温档功率的，即：P低＝P高＝×1000W＝200W，
由P＝可得，低温档时电路总电阻：
R＝＝＝242Ω，
因串联电路总电阻等于各分电阻之和，
所以，R3的阻值：R3＝R﹣R2＝242Ω﹣60.5Ω＝181.5Ω。
电火锅处于低温档正常工作时，在1分钟内产生的热量：
Q＝W＝P低t＝200W×60s＝1.2×104J。
（3）电能表的表盘转了81转，电火锅消耗的电能：
W′＝＝0.027kW h＝9.72×104J，
则电火锅的功率：P′＝＝＝810W，
因为电火锅的实际功率P′＜P高，所以，此时电火锅不正常工作。