人教版九年级全一册物理18.4焦耳定律高频专题提升训练（附答案）

人教版九年级全一册物理18.4焦耳定律高频专题提升训练
一、单选题
1．史上第一个成功研究热和功关系及电流的热效应，为能量守恒定律的建立奠定实验基础的科学家是（　　）
A．焦耳 B．安培 C．伏特 D．欧姆
2．2020年10月15日，《自然》杂志报道了一种可以在15℃下实现超导的新材料，向创造没有电阻的高效电力系统迈出了重要一步。超导材料可以应用在（　　）
A．电热毯 B．电动汽车动力系统 C．电热水壶 D．充电暖手宝
3．2019年3月19日，复旦大学科研团队宣称已研发出高电导率的砷化铌纳米带材料，用它制造的电子元件可以有效减少发热，这是由于元件具有较小的（　　）
A．电阻 B．比热容 C．密度 D．热值
4．如图所示，是“探究电流产生的热量跟哪些因素有关”的电路图，则下列说法不正确的是（　　）
A．电阻采用串联，是为了控制电流和通电时间相等
B．采用煤油而不是水，是因为煤油的比热容小
C．该实验是通过比较升高的温度来得出结论的
D．该实验不能探究电流产生的热量跟时间的关系
5．在探究“电流通过导体产生热量的多少跟什么因素有关”的实验中，三个透明容器中密封着等量的空气，容器内的电阻连接情况如图所示，通电后，观察U形管中液面高度的变化。则（　　）
A．甲、乙、丙三个容器内的导体，电流相等
B．通电一段时间后，U形管中液面高度变化最大的是乙
C．要探究电流产生的热量与电阻的关系，需观察甲、丙两个U形管中液面高度的变化
D．要探究电流产生的热量与电流的关系，需观察甲、乙两个U形管中液面高度的变化
6．如图所示的四种用电器中，主要利用电流热效应工作的是（　　）
A．电动牙刷 B．电动剃须刀 C．电蒸蛋器 D．迷你电风扇
7．两个额定电压相同的电热器甲和乙，甲的额定功率是1000W，乙的额定功率是1200W，下列说法中正确的是（　　）
A．甲电热器的电阻一定小于乙电热器的电阻
B．甲电热器的功率一定小于乙电热器的功率
C．甲电热器产生的热量一定小于乙电热器产生的热量
D．两个电热器都正常工作时，电流通过乙电热器做功一定快
二、填空题
8．一台电动机正常工作时的电压为220V，线圈电阻为2Ω，通过线圈的电流为1A。则正常工作2min电动机的线圈产生的热量为_____J，电动机的工作效率为_____。
9．电炉丝热得发红，但与之相连的导线却不怎么发热，原因是导线和电炉丝的______相同，但电炉丝的______大，所以相同时间内发热更多。
10．如图所示，是探究“电流的热效应与哪些因素有关”的实验装置。实验中通过观察U形管内两侧_______来判断电流通过电阻产生的热量多少；乙装置中右侧盒外连接的电阻的作用是为了使左右容器内导体中的________不同。由实验可以得出结论：电流通过导体产生热量的多少与导体中的电流、_______以及通电时间三种因素有关。
11．如图甲所示为灯泡和电动机的串联电路，电源电压为5V，电流表示数为0.3A，电动机线圈的电阻为0.5Ω，灯泡的I﹣U图象如图乙所示。则此时灯泡的电阻为______Ω（计算结果保留到小数点后一位）；通电1min电动机线圈放出的热量为______J。
12．将“6V1.5W”的灯泡L1和“6V3W”的灯泡L2按如右图所示电路连接，闭合开关，L1和L2均正常发光，则电路的总电阻R=______Ω；如果通电2min，灯泡L2产生的热量Q=______J（假设灯丝电阻不变）。
13．某款迷你电炖盅有加热和保温两个档，加热档的功率为100W，如下图是其简化的电路图，已知，电炖盅的旋钮开关处于图示位置时是 ______ 档，电炖盅在保温挡工作10min产生的热量是 ______ J。
14．如右图所示的一款有高、低温两挡的蒸汽电熨斗的电路原理图，它是利用__来工作的。分析电路图，当闭合开关S1、断开开关S2时，电熨斗处于__ 挡（选填“高温”或“低温”）。
三、实验题
15．如图“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，两阻值分别为R和2R的电阻丝浸在相同质量和初温的煤油中，每一烧瓶里各插入一温度计。请回答下列问题：
（1）合上开关，经过一段时间，两电阻丝产生热量的多少是通过______反映出来的；
（2）实验表明：在通电时间及______相同时，______越大，产生的热量越多。
16．小婷利用如图所示的装置探究“电流产生热量与哪些因素有关。”实验材料完好，她把甲、乙两容器中电阻串联起来接到电源两端。
（1）通电一段时间后，________容器中U型管中液面高度差大一些，由此可以得出：电流通过导体时产生的热量与________有关。
（2）在探究电热与电流的关系时，不改变电路连接情况下小婷又利用了如图丙所示的装置完成实验。她已将B、E两个接线柱用导线连接，你认为还应该将________两个接线柱用导线连接起来，通过观察________两个容器得到实验结论。
（3）在步骤（2）的基础上，小明将导线BE的B接线柱改接在A，此时甲和丙两容器中电阻产生热量之比为________。
17．某小组同学猜想电流通过导体产生的热量跟下列因素有关：
猜想A：与电流大小有关
猜想B：与电阻大小有关
猜想C：与通电时间长短有关
于是他想用如图1和2图所示的实验装置进行探究
（1）如图1所示装置中，A、B、C瓶中要装入初温和质量相等的煤油，因为煤油的______较小；三个电阻串联是为了控制电流与______相等；
（2）实验中通过观察______来比较电流产生的热量的多少，这其中所采用的物理方法有：______（该空选填“A”、“B”、“C”）
A．等效替代法和放大法 B．控制变量法和转换法 C．控制变量法和等效替代法
（3）小刚同学设计并连接了如图2所示的电路，则他是为了探究猜想：______（填字母即可）；
（4）通过焦耳定律的学习，小刚最终知道：图中______装置（填“甲”、“乙”、“丙”）U形管两边液面高度差最小。
四、计算题
18．如图所示是XX型“220V 1000W”电饭煲的原理图。它有高温和保温两挡，通过单刀双掷开关S进行调节，R0为电热丝。当开关S接高温挡时，电路的功率为1000W；当开关S接保温挡时。电路的总功率为22W。求：
(1)电饭煲在高温挡时，开关S应与哪个触点连接？
(2)电热丝R0的阻值多大？
(3)当电饭煲在保温时，实际电流多大？保温5min，电热丝R0消耗的电能为多少？
19．养生壶是大家非常喜欢的小电器，有加热、保温等功能，接在220V的家庭电路中使用，如图所示；图是养生壶的加热水槽部分工作原理电路图，S是一个温控开关，R1为电加热丝，阻值为88Ω，当处于加热状态时，水被迅速加热，达到预定温度后，S自动切换到另一位置，处于保温状态且保温时加热丝的功率为88W；不考虑温度对电阻的影响，且不计指示灯的阻值（A、B是两种不同颜色的指示灯，红灯亮表示加热状态，绿灯亮表示保温状态）；求：
（1）分析说明A、B哪个是红灯，哪个是绿灯；
（2）该养生壶的加热功率；
（3）电阻R2的阻值及养生壶处于保温状态时R2在2min内产生的热量。
参考答案
1．A
【详解】
焦耳通过实验研究了电流通过导体产生热量和电流、电阻及通电时间的关系，总结出了焦耳定律，为能量守恒定律的建立奠定坚实实验基础。
故选A。
2．B
【详解】
超导材料，是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零的性质的材料。
ACD．利用电流的热效应，应该选用电阻大的材料，提高产热，故ACD不符合题意；
B．电动汽车动力系统 ，电阻为零，可以减少能量的损耗，故B符合题意。
故选B。
3．A
【详解】
A．砷化铌纳米带材料制造的电子元件能有效减少发热，据焦耳定律知，在电流和通电时间相同时，电阻越小，导体产生的热量越小，所以是因为其具有较小的电阻，故A符合题意；
B．比热容是指物体吸热能力的强弱，与元件发热多少无关，故B不符合题意；
C．密度是指物体质量与体积的比值，与元件发热多少无关，故C不符合题意；
D．热值是指燃料完全燃烧时放出热量的多少，与元件发热的多少无关，故D不符合题意。
故选A。
4．D
【详解】
A．实验采用控制变量法进行研究，电路采用串联，是为了控制电流和通电时间相等，故A正确，不符合题意；
B．实验中使用煤油而不使用水的原因是水的比热容比煤油的比热容大，相同条件下，温度计的示数变化不如使用煤油明显，故B正确，不符合题意；
C．分析A、B两瓶中温度计示数的变化即升高的温度，来反应电流通过导体产生热量的多少得到结论，故C正确，不符合题意；
D．该实验采用控制变量法，观察同一导体在电流相同、通电时间不同时，温度计示数的变化多少，可以研究“电流通过导体产生的热量与时间之间的关系”，故D错误，符合题意。
故选D。
5．B
【详解】
A．丙容器中两电阻并联后再与甲、乙两容器中的电阻串联接入电路，根据串联电路和并联电路电流的规律可知通过甲、乙两容器中的电阻的电流相同，都大于通过丙容器中的电阻的电流，故A不符合题意；
B．甲、乙装置中，将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过他们的电流I与通电时间t相同，左边甲容器中的电阻小于右边乙容器中的电阻，由Q=I2Rt可知，右边乙容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快；甲、丙装置中，丙装置并联一个相同阻值的电阻，再将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过他们的电阻与通电时间t相同，左边甲容器中的电流大于右边丙容器中的电流，由Q=I2Rt可知，甲容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快；所以通电一段时间后，U形管中液面升高的高度最高的是乙，故B符合题意；
C．通过甲容器中的电阻与乙容器中的电阻的电流相同，两容器中的电阻不同，要探究电流产生的热量与电阻的关系，需观察甲、乙两个U形管中液面高度的变化，故C不符合题意；
D．甲容器中的电阻与丙容器中的电阻相同，电流不同，要探究电流产生的热量与电流的关系，需观察甲、丙两个U形管中液面高度的变化，故D不符合题意。
故选B。
6．C
【详解】
A．电动牙刷，是通电后，牙刷运动起来，主要是把电能转化为动能，不是利用电流热效应工作，故A不符合题意；
B．电动剃须刀，是通电后，剃须刀的刀片运动起来，主要是把电能转化为动能，不是利用电流热效应工作，故B不符合题意；
C．电蒸蛋器，是通电后，蛋的温度升高，是把电能转化为内能，是利用电流热效应工作，故选项C符合题意；
D．迷你电风扇，是通电后，风扇扇叶转起来，主要是把电能转化扇叶的动能，不是利用电流热效应工作，故D不符合题意。
故选C。
7．D
【详解】
A．电热器甲和乙额定电压相同，即相同，甲的额定功率较小，根据可知，甲电热器的电阻一定大于乙电热器的电阻，A错误；
B．由于实际电压大小不知道，根据可知，即使甲电热器的电阻大，甲电热器的功率不一定小于乙电热器的功率，B错误；
C．根据可知，即使甲电热器的电阻大，但是流过它的电流和通电时间大小不知道，所以甲电热器产生的热量不一定小于乙电热器产生的热量，C错误；
D．两个电热器都正常工作时，实际功率是额定功率，乙的额定功率大，则电流通过乙电热器做功一定快，D正确。
故选D。
8．240 99.1%
【详解】
[1]电动机正常工作2min产生的热量
Q＝I2Rt＝(1A)2×2Ω×2×60s＝240J
[2]电动机正常工作2min消耗的电能
W＝UIt＝220V×1A×2×60s＝26400J
电动机输出的机械能
W机＝W﹣Q＝26400J﹣240J＝26160J
所以电动机的工作效率
η＝×100%≈99.1%
9．电流 电阻
【详解】
[1]导线和电炉丝串联，串联电路中电流处处相同。
[2]电炉丝的电阻远大于导线的电阻，由Q=I2Rt可知，相同时间内电炉丝发热更多。
10．液面高度的大小 电流大小 导体的电阻
【详解】
[1]电阻发热，容器内空气受热膨胀，则U形管内液面发生变化，则可通过观察U形管内两侧液面高度的大小来判断电流通过电阻产生的热量多少；
[2]观察乙图可知，电路为右侧两电阻并联，整体与左边电阻串联，则容器中两电阻阻值相等，电流不等，故乙装置中右侧盒外连接的电阻的作用是为了使左右容器内导体中的电流不同；
[3]对比甲乙两实验可知，电流通过导体产生热量的多少与导体中的电流、导体电阻以及通电时间三种因素有关。
11．6.7 2.7
【分析】
根据电流的大小，利用图象读出灯泡两端的电压，根据欧姆定律求出其电阻的大小；根据焦耳定律的公式求出线圈放出的热量。
【详解】
[1]该电路为串联电路，串联电路中，电流处处相等；电流表示数为0.3A时，根据图象可知，灯泡两端的电压为2V；根据欧姆定律可知，灯泡的电阻为
[2]通电1min电动机线圈放出的热量为
12．8 360
【详解】
[1]由电路图可知，L1和L2并联，闭合开关后两灯均正常发光可知电源电压为6V，电路的总功率为
P=P1+P2=1.5W+3W=4.5W
电路的总电阻为
[2]通电2min，灯泡L2产生的热量
W2=P2t=3W×120s=360J
13．保温
【详解】
[1]由图可知，开关处于图示位置时，、串联，电路的总电阻最大，电源电压一定，由知，此时电路的总功率最小，为保温挡。
[2]当旋钮开关旋转后，电路为的简单电路，电路的总电阻最小，总功率最大，为加热档。由可得R2的阻值
所以保温挡工作时产生热量
14．电流的热效应 低温
【详解】
[1]电熨斗工作时，电流流过电阻产生热量，对水加热，使水汽化为蒸汽，因此电热丝是利用电流的热效应工作的。
[2]由电路图知，开关S1闭合、S2断开时电路为R1的简单电路，开关S1、S2均闭合时R1与R2并联，因并联电路中总电阻小于任何一个分电阻，所以，当闭合开关S1、断开开关S2时，电路的总电阻最大，由可知，电路的功率最小，电熨斗处于低温挡。
15．温度计的示数 电流 电阻
【详解】
（1）[1]电阻丝产生的热量被烧瓶中的煤油吸收，煤油的温度会升高，因此两电阻丝产生热量的多少是通过温度计的示数反映出来的。
（2）[2][3]如图所示电路为两电阻的串联电路，通过的电流和通电时间相同，而两电阻丝的阻值不同，由 可知，在通电时间及电流相同时，电阻越大，产生的热量越多。
16．乙 电阻大小 DF 甲丙 1∶9
【详解】
（1）[1][2]图中，甲乙容器中电阻丝串联接入电路中，根据串联电路电流的规律，通过的电流相等，通电时间也相同，5Ω小于10Ω，根据焦耳定律可知，乙容器中的电阻丝产生的热量多，乙容器中U形管中液面高度差大一些，由此可以得出：电流通过导体时产生的热量与电阻大小有关。
（2）[3][4]在探究电热与电流的关系时，要控制电阻的大小和通电时间不变，只改变电流的大小，根据并联电路电流规律，还应将DF两个接线柱用导线连接起来，通过观察甲丙两个容器得到实验结论。
（3）[5]原来乙丙中的两个电阻丝并联后与甲中的电阻丝串联，根据并联电路电压的规律和 可知，通过5Ω电阻的电流为10Ω电阻电流的2倍，通过5Ω电阻的电流为2I，由并联电路电流的规律，干路电流为3I；即甲中电流为丙中电流的1.5倍；要使实验现象更加明显，即通过两个等值电阻的电流差别要更大一些，在步骤（2）的基础上，将丙容器中接B的导线改接在A，甲乙中的两个电阻先串联后（串联的电阻为15Ω）再与丙中电阻丝并联，根据并联电路电压的规律和可知，即丙中电流为甲中电流的3倍，甲丙电阻相同，通电时间相同，由Q=I2Rt知，丙产生的热量是甲的9倍。
17．比热容 通电时间 温度计升高温度 B A 乙
【详解】
(1)[1]由于煤油的比热容较小，则使用煤油温度变化更明显。
[2]采用串联的连接方式，可保证通过电阻的电流大小相等且开关可同时控制，以保证通电时间相等；
(2)[3][4]该实验是通过比较温度计示数增大量来比较电流产生的热量的多少，属于转换法，(1)中采用了控制变量法，故选B。
(3)[5]如图2所示的电路，烧杯中三个电阻大小相等，电流不等，则探究的是猜想A：与电流大小有关；
(4)[6]根据焦耳定律Q=I2Rt可知，当电阻大小相等，通电时间相同时，电流越小，产生的热量越小，图2中，通过乙杯中电阻的电流最小，则产生热量最小，U形管两边液面高度差最小。
18．(1)2；(2)48.4Ω；(3)0.1A，145.2J
【详解】
(1)由 可知，在电压U一定时，电阻R越小，电功率越大，由电路图可知，S应接2触点时，电路为R0的简单电路，电路电阻最小，此时电饭煲功率最大，电饭煲在高温档。
(2)电饭煲在高温挡时，电路为R0的简单电路，由可得，电热丝R0的阻值
(3)由P=UI可得，当电饭煲在保温时实际电流
保温5min，电热丝R0消耗的电能
W0=I2R0t=(0.1A）2×48.4Ω×5×60s=145.2J
答：(1)电饭煲在高温档时，开关S应与2触点连接；
(2)电热丝R0的阻值为48.4Ω；
(3)当电饭煲在保温时，实际电流为0.1A；保温5min，电热丝R0消耗的电能为145.2J。
19．（1）A是红灯，B是绿灯；（2）55W；（3）15840J
【详解】
解：（1）由图可知，当开关拨到左边时，此时A灯亮，只有R1工作，R1电功率
P＝UI＝
当开关拨到右边时，此时B灯亮，R1、R2串联，电路中的电功率
P′＝UI′＝
由此可知
P＞P′
即开关拨到左边的电功率大于开关拨到右边的电功率，开关在左边时处于加热挡，开关在右边时是保温档，所以A是红灯，B是绿灯。
（2）当开关拨到左边时，为加热状态，此时的电功率
P＝＝550W
（3）当开关拨到右边时，为保温状态，电阻R1、R2串联；电功率
P＝UI＝IR I＝I2R
则电路中的电流
I′＝I2＝I1＝＝1A
则电路中的总电阻
R总＝＝220Ω
定值电阻R2的阻值
R2＝R总﹣R1＝220Ω﹣88Ω＝132Ω
养生壶处于保温状态时R2在2min内产生的热量
Q＝I22R2t＝(1A)2×132Ω×2×60s=15840J
答：（1）A是红灯，B是绿灯；
（2）该养生壶的加热功率是55W；
（3）电阻R2的阻值及养生壶处于保温状态时R2在2min内产生的热量是15840J。