第十八章 第4节 焦耳定律2021-2022学年人教版物理九年级全一册（有解析）

2021-2022学年人教版物理九年级
第十八章 第4节 焦耳定律
一、单选题
1．如图是小红探究“电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着质量和初温相同的空气。R1=R2=R3，接通电源后，下列说法正确的是（ ）
A．该实验是探究电流通过电阻时产生热量与电阻大小的关系
B．通过电阻R1和R2的电流相等
C．通电一段时间后，左边U形管内液面的高度差比右边大
D．该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反映电阻放出热量的多少的
2．细心地小明发现：电炉子的连接导线较粗、较短，而电炉丝较细、较长。通电后，电炉丝热的发红，而电炉子的连接导线却不太热。根据这一现象能提出的、最有探究价值且易于探究的问题是（　　）
A．电流通过电炉丝产生的热量与电阻有什么关系？
B．电流通过导体产生的热量与电流有什么关系？
C．电流通过导体产生的热量与哪些因素有关？
D．电流通过导体产生的热量与电阻有什么关系？
3．通电后，电炉丝热得发红，而跟电炉丝连接的铜导线却不太热，这是因为（　　）
A．电炉丝有电流的热效应，而铜导线中没有电流的热效应
B．电炉丝的电阻比铜导线的电阻大得多
C．通过电炉丝的电流大，而通过铜导线的电流小
D．电炉丝容易导电，铜导线不容易导电
4．某电饭锅铭牌上标有：额定电压为220V，保温功率为22W，加热功率为1100W。如图所示是该电饭锅的电路简图，其中，单刀双掷开关S用来调节“加热”和“保温”两种工作状态，R0为电热丝。下列说法正确的是（　　）
A．S和2接触时是保温状态
B．电饭锅正常加热时，电路的电流是0.1A
C．电路中电阻R0＝44Ω，R＝2156Ω
D．保温时，R0、R产生的电热之比是539∶11
5．关于焦耳定律的理解与应用错误的是 （　　）
A．在电阻和通电时间一定时，电流通过导体产生的热量与导体中的电流成正比
B．电视机的后盖有许多孔是为了通风散热，防止过多的电热损坏用电器
C．对于长期停止使用的家用电器隔一段时间要通一次电，目的是利用电热驱潮
D．一个4Ω的定值电阻中通过0.5A的电流时，1min内产生的热量是60J
6．下列物理图像中，反映物理量之间关系正确的是（　　）
A．某晶体熔化前后曲线倾斜程度不同是因为该物质固态时比热容大于液态时比热容
B．电流通过导体产生的热量与电流的关系
C．燃料完全燃烧放出的热量与质量的关系
D．电阻一定时，电流随电压变化的关系
7．一个家用电熨斗的正常工作电流是1.5A，正常工作时，每分钟电熨斗产生的电热为（　　）
A．90J B．1.5J C．19800J D．330J
8．如下图所示，当滑动变阻器的滑片P滑至a端时，定值电阻R产生热量Q用时是9min；当滑片P滑至b端时，定值电阻R产生相同热量Q的用时是36min，当滑片P滑至ab的中点时，若定值电阻R再产生热量Q的用时是（ ）
A．20.5min B．20.05min C．20.25min D．22.25min
9．如图所示，在左、右两个相同容器中分别装有质量和温度都相同的水和煤油，通电后，两容器中的液体同时升到60℃，由此可知
A．Rl>R2 B．Rl10．同学们要应用如图所示的装置（R1 ＝R2 ），若干节干电池、开关、导线和停表探究“电热跟电流关系”，提出的下列说法错误的是
A．实验时通过比较红色液柱上升的高度比较电热的大小
B．实验时应该将1、2两装置并联接到电池节数不变的电源上
C．实验时应该将1、2两装置分别接到电池节数不同的电源上
D．只用装置1和给出的器材也能完成探究
11．图所示的家用电器中，利用电流热效应工作的是
A．电视机 B．电风扇
C．电冰箱 D．电热水壶
二、填空题
12．如图所示的装置做“探究电流相同时，通过导体产生的热量与电阻大小的关系”的实验。（甲、乙是完全相同的密闭容器。闭合开关前，A、B两U形管内液面相平）由于电流产生的热量不易直接测量，因此在实验中是通过观察U形管中液面的______来显示甲、乙容器内空气温度的变化，这里采用了______的探究方法。
13．均标有“220V 60W”的白炽灯、电风扇和电热器并联在家庭电路中，都正常工作时，相同时间内电流做功____（选填“相等”或“不相等”）；相同时间内产生热量Q电风扇____（选填“大于”、“小于”或“等于”）Q 电热器。
14．在如图所示的电路中，电源电压为16V，R1=20Ω。闭合开关S，滑动变阻器的滑片P滑到最右端时，电流表的示数为______A；当滑片滑到某位置时，电压表的示数为6V，1min内电流通过R1产生的热量为______J。
15．现有两电热丝，甲标有“”，乙标有“”，把它们并联起来，通电后，甲、乙两电热丝产生的总热量最多是__。
16．图是高压输电线上的一个装置，该装置是导体，它的作用是将四根导线并联起来，相当于______了导线的横截面积，从而______了输电导线的电阻，这样就能大大______了输电线上电能的损失（选填“增大”或“减小”）。
17．电压的单位是______，英国物理学家通过大量实验探究了电流产生的热量跟电流大小、导体电阻及通电时间之间的关系，最终发现了著名的______定律。
18．某电饭锅内有 R0=44Ω、R=156Ω的两根电热丝，将它接入电路如图所示，当 S 置于 1 档时，电饭锅处于保温状态，此时通电 100s 电路产生的热量是______J。
19．有一个玩具电风扇的线圈电阻为，接在电压为不变的电源上，转动时通过线圈的电流为。则电风扇转动时，每分钟线圈产生的热量是______，每分钟线圈产生的机械能是______。
20．如图所示，电源电压为4.5V不变，小灯泡的额定电压为2.5V，R1＝10Ω。闭合开关S1、S2，将滑动变阻器R2的滑片滑到最左端时，小灯泡正常发光，通电5min，电阻R1产生的热量为______J。只闭合开关S1，滑动变阻器R2的滑片从最左端滑到最右端，电压表示数从1.5V变化到3V，滑动变阻器R2的最大阻值为______Ω。
21．把一段匀质导线对折后其阻值比原来的 ___________（选填“大”或“小”）；一个定值电阻两端的电压由2V增大到4V时，通过该电阻的电流增加了1A，通电时间由1s增加到2s，则该电阻产生的电热增加了 ___________J。
22．某电吹风机内部电热丝的电阻为100Ω，正常加热时通过它的电流为2A．若电热丝的电阻值不随温度变化，则此电热丝正常加热20s产生的热量为__________J．
23．如图所示的豆浆机，它的机头主要由一个电热器和一个电动机带动的打浆器组成，制作豆浆的过程是先加热，再打浆，再加热煮熟，即加热和打浆交替进行．由此可知，豆浆机中的电动机和电热器是_________联的．若把1.5千克的清水放入豆浆机中，从25℃加热到85℃，水吸收的热量是_______焦．若电动机的功率是1000瓦，则电动机工作6分钟消耗____________度电．[c水 =4.2×10 3 J/（kg℃）]
三、实验题
24．利用图中的装置探究水和煤油的吸热情况。在两个相同的烧瓶中分别接入电阻丝，装入质量和初温都相同的水和煤油，分别插入温度计。
(1)装置中电阻丝的阻值应______（填“相等”或“不相等”），实验中用______来反映液体吸收热量的多少。按照下表中的数据，请计算出煤油的比热容是______J/（kg·℃）；
液体 质量/g 初温/℃ 加热时间/min 末温/℃
煤油 150 20 10 50
水 150 20 10 35
(2)夏天，海边昼夜温差变化小，这是因为水的______大；
(3)在烧瓶中重新填装质量和初温都相同的煤油，接入阻值不同的电阻丝，此装置就可以探究电流通过导体产生的热量与______的关系。
25．利用图所示的电路装置，探究“电流产生的热量跟什么因素有关”。其中左右两个相同的容器密闭着等量空气并与充有水的U形管紧密相连，各容器中均有一条电阻丝，实验前U形管两端液面相平。实验时将导线左右两端分别接到电源两端。
（1）实验过程中，通过观察U形管中液面_______的变化来比较电流通过电阻丝R1和R2产生的热量；
（2）此装置是为了探究电流产生的热量跟________的关系，从图可以得到，一段时间后，_____________（选填“左”或“右”）容器内电阻丝产生的热量较多。
试卷第1页，共3页
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参考答案
1．C
【详解】
AB．装置中R2、R3并联后再与R1串联，由串并联电路电流的规律可知通过R1的电流和通过R2的电流不相等，即是研究电流产生的热量与电流的关系，故AB错误；
C．左右两容器中的电阻相同，而通过电阻R1的电流大于R2的电流，通电时间相同，左边容器中的电阻产生的热量多，左边U形管内液面的高度差比右边U形管内液面的高度差大，故C正确；
D．电流产生的热量不能用眼睛直接观察，对密封容器中空气加热，引起U形管中液面变化，通过液面高度差的变化来反映，是利用容器内气体的热胀冷缩来反映电阻放出热量的多少，故D错误。
故选C。
2．D
【详解】
电炉在使用时，电炉丝和导线串联
I电炉丝=I导线
通电时间t相同，因为R电炉丝远大于R导线，根据焦耳定律Q=I2Rt，所以在电流和通电时间一定时，电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成正比，电流产生的热量
Q电炉丝＞Q导线
因此电炉丝热得发红，而与其相连的导线却几乎不热。根据这一现象能提出的、最有探究价值且易于探究的问题是电流通过导体产生的热量与电阻有什么关系？
故选D。
3．B
【详解】
电炉在使用时，电炉丝与铜导线是串联的，通过它们的电流相同，通电时间相同，但电炉丝的电阻远大于铜导线的电阻，由焦耳定律可知，电流通过电炉丝时产生的热量要比电流通过铜导线时产生的热量多，所以通电后，电炉丝热得发红，而跟电炉丝连接的铜导线却不太热的原因是电炉丝的电阻比铜导线的电阻大得多。
故选B。
4．C
【详解】
A．由于P＝，S和1接触时，两电阻串联，此时总电阻较大，为保温状态，此时功率为P保＝，S和2接触时，电阻R被短路，此时总电阻较小，为加热状态，此时功率为P加＝，故A错误；
B．电饭锅正常加热时，电路的电流为
I＝＝5A
故B错误；
C．加热状态时
R0＝＝44Ω
保温时
R总＝＝2200Ω
则
R＝R总﹣R0＝2200Ω﹣44Ω＝2156Ω
故C正确；
D．保温时两电阻串联，工作时间相同，由Q＝I2Rt可知，R0、R产生的电热之比等于电阻值之比，为
44Ω∶2156Ω＝1∶49
故D错误。
故选C。
5．A
【详解】
A．根据可知，在电阻和通电时间一定时，电流通过导体产生的热量与导体中的电流的平方成正比，故A错误，A符合题意；
B．电视机的后盖有很多孔，是为了通风散热，防止热量聚集到一定程度烧坏某些元件，故B正确，B不符合题意；
C．用电器长时间停止使用，隔一段时间要通电，这样做的目的是利用电热来驱潮，故C正确，C不符合题意；
D．一个4Ω的定值电阻中通过0.5A的电流时，1min内产生的热量是
故D正确，D不符合题意。
故选A。
6．C
【详解】
A．同一晶体质量相同，熔化前后固态时升温快，由可知固态时的比热容小于液态时的比热容。故A错误；
B．由可知，电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比，题干的图象是正比例函数，故B错误；
C．由可知燃料完全燃烧放出的热量与质量成正比，故C正确；
D．由可知电阻一定时，电流与电压成正比，图像应为过原点的直线，故D错误。
故选C。
7．C
【详解】
家庭电路的电压为，电熨斗的正常工作电流，则每分钟电熨斗产生的电热
故选C。
8．C
【详解】
当滑动变阻器的滑片P滑至a端时，电路为R的简单电路，产生热量等于消耗电能，则可由得，产生热量Q所用时间为
当滑片P滑至b端时，电路为R与整个滑动变阻器串联电路，根据串联分压定律可求R两端电压为
产生热量等于消耗电能，则可由得，产生热量Q所用时间为
当滑片P滑至ab的中点时，电路为R与变阻器串联电路，此时滑动变阻器接入阻值为总阻值的一半，根据串联分压定律可求R两端电压为
产生热量等于消耗电能，则可由得，产生热量Q所用时间为
由于第一次用时9min，第二次用时36min，带入式子求解可得，t3=20.25min，故选C。
9．B
【分析】
电流流过电阻产生的热量，被液体吸收后，使液体的温度升高，根据公式Q=cm△t求出哪一个吸收的热量多；分析两电阻的连接方式，由计算电热，再结合哪一个容器中的水吸收的热量多，由Q=W判断出两个电阻的大小关系即可．
【详解】
由电路图知道，电阻R1 与R2 并联，所以，它们两端的电压相等，闭合开关，它们的通电时间t相等，所以产生的电热是：；根据题意知道，两容器内装有质量和初温都相等的水和煤油，末温也相等，由于水的比热容较大，由Q=cm△t知道，水吸收的热量较多；又因为Q=，所以，R1 ＜R2，故选B．
10．C
【解析】
试题分析：在探究电热跟电流关系时，通过比较红色液柱上升的高度比较电热的大小，利用了转换法；如果将1、2两装置并联接到电池节数相同的电源上，R1和R两端电压相等，且R1＝R2，所以通过R1和R2的电流相等，无法探究电流与电热的关系，所以B选项中的说法不正确；而将R1和R2分别接在电池节数不同的电源上时，通过R1和R2的电流不同，那么就可以在电阻和通电时间一定的条件下，去探究电流与电热的关系．如果把节数不同的电池分别接在装置一的两端，同样也可以起到与C选项相同的效果．所以应选B．
考点： 电热的影响因素探究
11．D
【解析】
【分析】
电流的热效应：电流通过导体要发热，这叫做电流的热效应，如电灯、电炉、电烙铁、电焊等都是电流的热效应的例子．
【详解】
A.电视剧是把电能转化成光能和声能的，不是电流的热效应；B、电风扇是利用电能做功使它转动，把电能转化为机械能，故A错误； C、电冰箱是利用电动机来带动它工作，故C错误；D、电暖气是把电能转化为热能的，利用了电流的热效应，故D正确．故选D
12．高度差 转换法
【详解】
[1][2]实验中是通过观察“U”形管中液面的高度差来显示甲、乙容器内空气温度的变化，像这种用能直接观测的量来显示不容易直接观测的量的方法叫转换法。
13．相等 小于
【详解】
[1]由题意知，白炽灯、电风扇、电热器的额定电压都是220V，额定功率都是60W，把它们并联在照明电路中，它们都能正常工作，由W=Pt可知，在相同时间内电流做功相等。
[2]电风扇工作时，主要把电能转化为机械能，产生很少的热量，电热器工作时，把电能几乎全部转化为热量。
14．0.8 300
【详解】
[1]由电路图可知，闭合开关S，滑动变阻器的滑片P滑到最右端时，滑动变阻器连入电路中的电阻为零，只有R1连入电路中，电流表的示数
[2]当滑片滑到某位置时，闭合开关S，R1、R2串联，电压表测R2两端的电压，则定值电阻R1两端的电压
1min内电流通过R1产生的热量
15．135
【详解】
由可得，两电热丝两端允许所加的最大电压
因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，两电热丝并联时，电路中的最大电压
两电热丝并联的总电阻
通电后，甲、乙两电热丝产生的总热量最多为
16．增大 减小 减小
【详解】
[1]电阻的大小与导体的长度、材料、横截面积有关，四根导线并联起来，相当于增大了导线的横截面积。
[2]在长度、材料相同的情况下，横截面积越大，电阻越小，故从而减小输电导线的电阻。
[3]根据可知，电流和通电时间一定时，输电导线的电阻小，电能的损耗小。
17．伏特 焦耳
【详解】
[1]为纪念意大利物理学家伏特，我们把电压的单位命名为伏特。
[2]英国物理学家焦耳通过大量实验探究了电流产生的热量跟电流大小、导体电阻及通电时间之间的关系，最终发现了著名的焦耳定律。
18．2.42×104
【详解】
当开关S置于1档时，两电阻串联，电饭锅处于保温状态，此时电路中的总电阻
R总=R0+R=44+156=200
此时通电100s电路产生的热量
Q=W=ts2.42104J
19．4.8 31.2
【详解】
[1]根据焦耳定律可知，线圈产生的热量为
[2]线圈产生的机械能为
20．120 10
【详解】
[1]闭合开关S1、S2，将滑动变阻器R2的滑片滑到最左端时，小灯泡正常发光，此时小灯泡与R1串联，R2短路。因为电源电压为4.5V，小灯泡正常工作电压为2.5V，根据串联电路电压规律可知，此时电阻R1两端的电压为
所以电阻R1产生的热量为
[2]只闭合开关S1，电路中灯泡、R1和R2串联，且滑动变阻器接入的阻值最大。滑动变阻器R2的滑片在最左端时，电压表测量灯泡的电压，示数为1.5V；滑动变阻器R2的滑片在最右端时，电压表测量的灯泡和R2的总电压，示数为3V。因为灯泡两端电压为1.5V，所以滑动变阻器两端电压为
根据串联电路电压规律可知，电阻R1两端的电压为
此时通过R1的电流为
串联电路中电流处处相等，所以
则滑动变阻器的最大阻值为
21．小 14
【详解】
[1]将匀质导线对折后，长度减小、横截面积增大，那么阻值比原来的小。
[2]由题意有
解得，第一次通过电路的电流为
I=1A
第二次通过电路的电流
I2=I+1A=1A+1A=2A
据Q=UIt知，该电阻产生的电热的增加量
Q2-Q1=4V×2A×2s-2V×1A×1s=14J
22．8×103
【解析】
试题分析：电热丝产生的热量跟电流的平方成正比，跟电阻成正比，跟通电时间成正比．根据Q=I2Rt 计算电热丝产生的热量，Q=I2Rt=（2A）2×100Ω×20S=8×103J. 电热丝正常加热20s产生的热量为8×103J.
考点：电热的计算
23．并；3.78×105；0.1
【解析】
试题分析：电路的基本连接方式有串联和并联，豆浆机中的电动机和电热器工作互不影响，故采用的是并联接法；由题意知：m=1.5kg，Δt=85℃－25℃=60℃，c水=4.2×103J/（kg ℃），则Q吸= c水mΔt=4.2×103J/（kg ℃）×1.5kg×60℃=3.78×105 J；又由P=1000W=1kW，t=6min=0.1h，W=Pt=0.1kW·h．
考点：电路的连接方式，热量的计算，电能的计算
24．相等 加热时间 2.1×103 比热容 电阻
【详解】
(1)[1]图中两电阻丝串联，通过的电流相同和通电时间相同，要产生的热量相同，则实验中选用的两根电阻丝的阻值应相同。
[2]实验中用加热时间反映液体吸收热量的多少，加热时间长，液体吸收的热量多。
[3]由表中数据可知，加热时间相同，吸收的热量相同，即
Q煤油=Q水
c煤油mΔt煤油=c水mΔt水
c煤油=
(2)[4]因为水的比热容较大，白天，相同质量的水和沙石比较，吸收相同的热量，水的温度升高的少；夜晚，放出相同的热量，水的温度降低的少，使得沿海地区昼夜的温差小。
(3)[5]在烧瓶中重新填装质量和初温都相同的煤油，接入阻值不同的电阻丝，通过电阻丝的电流相同，可以探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系。
25．高度 电阻 右
【详解】
(1)[1]根据转换法，实验过程中，通过观察U形管中液面高度的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少。
(2)[2]图中，两电阻串联，通过的电流和通电时间相同，而电阻不同，故此装置可以探究电流产生的热量跟电阻的关系。
[3]图中右边容器中的电阻较大，根据Q=I2Rt可知，一段时间后，右容器内电阻丝产生的热量较多。答案第1页，共2页
答案第1页，共2页