人教版九年级全一册18.4焦耳定律一课一练（有解析）

人教版九年级全一册 18.4 焦耳定律 一课一练
一、单选题
1．如图所示为“探究焦耳定律”实验装置，甲、乙两个相同的玻璃瓶中密封了初温相同、质量相同的煤油，串联接入电路通电一段时间后，测得甲玻璃瓶中温度比乙玻璃瓶中温度高，下列说法正确的是（　　）
A．通过温度计示数的变化来判断产生热量的多少，这种方法是控制变量法
B．该装置是为了探究电流通过导体时产生热量与电阻大小的关系
C．通过甲瓶中电阻丝的电流比通过乙瓶中的电流的大
D．如果电阻丝的材料、横截面积相同，则甲瓶中电阻丝比乙瓶中电阻丝短
2．如图是探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置。四个相同的透明容器中密封着质量相等的空气，将1、2和3、4导线分别接到电源两端。下列说法正确的是（　　）
A．图甲装置可以用来探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻的关系
B．图中透明容器和U形管是利用连通器原理工作的
C．观察图乙中的实验现象，可知d容器中电阻丝的阻值较大
D．图乙实验中，通电一段时间U形管两侧液面高度差为零一定是电路断路
3．下图是做电学实验时所用电路的一部分，根据图中两表的示数，一定可以测出灯泡（　　）
A．正常发光时的电阻 B．实际电功率
C．消耗的电能 D．产生的热量
4．下图是探究电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。关于该装置，下列说法正确的是（　　）
A．可探究电流通过导体产生热量的多少与电阻的关系
B．可探究电流通过导体产生热量的多少与通电时间的关系
C．若要探究电流通过导体产生热量的多少与电流的关系，R3的阻值必须是5Ω
D．若将R1换成10Ω的电阻，可探究电流通过导体产生热量的多少与电阻的关系
5．如图甲所示，电源电压为12V，电流表量程为，滑动变阻器标有“30Ω 1A”，当开关闭合，滑动变阻器滑片P滑至中点时，电压表的示数如图乙所示，下列说法正确的是（　　）
A．定值电阻R的阻值为10Ω
B．滑动变阻器的最大电功率为7.2W
C．滑动变阻器可接入电路的阻值范围为
D．滑动变阻器滑片在中点时，定值电阻R在10s内产生的热量是162J
6．如图所示，两个透明容器中密闭着等量的空气，左右两U形管内的液面相平，电阻丝的电阻R1=R2=R3。小亮用图示装置进行实验，下列说法正确的是（　　）
A．通过R1的电流和通过R2的电流大小相等
B．通电后，左管的液面将会比右管的液面低
C．电阻R1两端的电压和R2两端的电压相等
D．此实验可探究电阻丝产生热量与电流是否有关
7．下列四种用电器中，主要利用电流热效应工作的是（　　）
A．电视机 B．电熨斗 C．吸尘器 D．电风扇
8．超导是物理世界中最奇妙的现象之一、超导态中材料电阻为零，这对于众多应用科技而言具有巨大的诱惑力。在新超导体研究领域，我国取得了令人瞩目的成就，中国物理学家被推到新超导体研究的最前沿。假如人们已研制出常温下的超导体，则下列家用电器中可以用它制作的是（　　）
A．电烙铁 B．电风扇
C．电炉的电阻丝 D．白炽灯泡的灯丝
9．铭牌上均标有“ ”的下列用电器都正常工作，在相等时间内产生热量最多的是（　　）
A．电风扇 B．日光灯 C．电视机 D．电炉
10．用铜做成的A粗、B细的两段等长导线，串联接在某电路中，通电一段时间后，两者下列物理量一定相同的是（　　）
A．电压 B．电阻 C．电热 D．电流
11．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（电源电压均为18V）。下列说法不正确的是（　　）
A．甲图是为了研究产生的热量与电流大小的关系
B．乙装置中5Ω和10Ω两根电阻丝消耗的功率之比为1∶2
C．乙装置中阻值为10Ω的电阻3min内产生2562J的热量
D．该实验通过U形管两侧液面高度差来比较产生热量的多少
12．2020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
二、填空题
13．一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V，线圈的电阻为2Ω，线圈中通过的电流为10A。这台电动机工作10s消耗___________J的电能，产生___________J的热量。
14．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。
15．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。
16．小刚家有一台额定电压为220V的家用电热油灯（室内加热器）如图甲所示，详细参数如图乙所示，根据详细参数所提供的信息，试求：该电热油灯低档运行时，电热丝的工作电流是___A（此空计算结果保留1位小数）；若该电热油灯中档运行，并持续工作45min产生的电热是________J。
三、综合题
17．如图是苏泊尔电饭锅的原理图，它有加热和保温两档，通过S的通断进行调节，R0、R都是电阻，当是加热挡时电路的电功率为1000W，当是保温挡时电路总功率为22W。求：
(1)要使电饭锅处于保温挡时，开关S应处于______ 状态？
(2)电阻丝R0的阻值是多大？( )
(3)当电饭煲处于保温挡时，电路中的电流多大？保温5min电阻丝R0产生的热量是多少？( )
18．电饭锅是家庭常用的电器，它既有加热功能，又有保温功能。图甲所示为某型号电饭锅的简化电路图。S1是一个磁钢式开关，可以实现通断电自动控制，R1和R2均为加热电阻。把电饭锅接入220V的家庭电路中，在电饭锅工作的内，电路中总电流随时间变化的图像如图乙所示。求：
(1)画出电饭锅加热时的等效电路图；
(2)电阻R1的阻值；
(3)电饭锅在20~30min内产生的热量。
19．如图是一个电热器的部分简化电路，电热丝R1规格为“220V1100W”，电阻R2为506Ω。电热器正常工作时，加热功率为1100W，保温功率为88W，电源电压保持不变，电阻不随温度变化而变化。
(1)当温控开关S接a时，电热器处于______（填“加热”或“保温”）状态。
(2)当温控开关接b时，电路中电流为多少______？
(3)某次在使用时，电路中R1烧毁了。小科想使电热器恢复正常工作，设计了下面方案。请通过计算、分析，对两个方案作出评价：
方案一：用“220V220W”电热丝R3、“220V880W”电热丝R4串联替代R1______。
方案二：用两根都是“220V550W”的电热丝R5并联替代R1______。
20．一台热水器，内部简化电路如图所示，R1和R2均为电热丝。R1＝88Ω，R2＝22Ω。
（1）当闭合开关S1，并将S2拨至位置a时，热水器处于_____挡（选填“低温挡”、“中温挡”或“高温挡”）；
（2）求低温挡正常工作5min电热丝产生的热量；______
（3）求中温挡正常工作时热水器的功率。______
21．有一款电饭锅，能自动控制不同时间段的烹任温度，获得最佳营养和口感。其电路示意图如图甲所示，电热丝R1和R2（R1(1)只闭合开关S，电饭锅处于_____（选填“加热”或“保温”）状态。
(2)在15min~30min时间内，电饭煲产生的总热量为_____J。
(3)该电饭锅的电热丝R1和R2的比值为_____。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【解析】
【详解】
A．两瓶中的液体，温度示数高，说明电阻丝产生的热量多，所以通过温度计示数变化，就能判断电流产生热量的多少，这种方法是转换法，故A错误；
B．该装置中电流和通电时间都相等，但两电阻丝的阻值不同，故可探究电流通过导体产生的热量多少与电阻大小的关系，故B正确；
C．根据串联电路电流规律，电流处处相等。两电阻丝串联，因此流过两电阻丝的电流相等，故C错误；
D．甲瓶温度计示数比乙瓶高，说明甲瓶电阻丝产生的热量多，又因两电阻丝串联，电流相等，且通电时间也相等，故根据可知，甲瓶电阻丝的阻值大，如果电阻丝的材料、横截面积相同，则甲瓶中电阻丝比乙瓶中电阻丝长，故D错误。
故选B。
2．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．电阻丝产生的热量不易直接观察，可给等质量的气体加热，气体吸热越多，气体膨胀程度越大，U形管内的液面高度差越大，采用了转换法。电流通过导体产生的热量与通过的电流、导体的电阻和通电时间有关，研究与其中一个因素的关系时，要控制另外两个因素不变。图甲装置中，容器中的两个电阻为研究对象，根据串联和并联电路电流特点可知， 左边容器中通过电阻的电流大于右边容器中电阻的电流，而烧瓶内的电阻值都是5Ω，阻值相等，通电时间相等，电流不同，所以此装置可以用来探究电流通过电阻丝产生的热量与电流的关系，故A错误；
B．上端开口、底部连通的容器是连通器，而透明容器和U形管密封良好，所以透明容器和U形管不是连通器，故B错误；
C．乙图中，根据串联电路的电流特点可知，通过容器内两电阻丝的电流和通电时间相等，右侧U形管中液柱上升幅度更大，根据转换法可知，右侧电阻丝产生的热量多，由Q＝I2Rt可知，装置d容器内电阻大，故C正确；
D．图乙实验中，通电一段时间U形管两侧液面高度差为零，有可能是电路断路，也有可能是两电阻产生的热量相等，故D错误。
故选C。
【点睛】
本题探究导体产生的热量与什么因素有关，考查控制变量法、转换法、串联和并联电路的规律及焦耳定律的运用。
3．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．电压表测小灯泡两端实际电压，电流表测流过小灯泡的实际电流。但小灯泡的电阻受温度影响，正常工作时的电阻不能由该电路测出，故A不符合题意；
B．小灯泡的实际功率，由该电路可以测出小灯泡的实际功率，故B符合题意；
C．小灯泡消耗的电能，要测出小灯泡消耗的电能，必须要测量小灯泡的通电的时间，该电路不能测出小灯泡消耗的电能，故C不符合题意；
D．要测小灯泡产生的热量，需要测量通电时间，该电路不能测出小灯泡产生的热量，故D不符合题意。
故选B。
4．B
【解析】
【详解】
A．容器中两加热电阻相等，所以探究的是电流通过导体产生的热量与电流的关系，故A错误；
B．只观察一侧容器，通电时间越长，U型管内液面高度差越大，说明电阻产生的热量与通电时间有关，故B正确；
C．R3不一定是5Ω，R3可以是任何阻值的电阻，都满足流过R1的电流大于流过R2的电流，从而可以探究电流通过导体产生热量的多少与电流的关系，故C错误；
D．若R1=10Ω，则R1不等于R2，流过R1的电流不等于流过R2的电流，没有控制电流大小不变，所以无法探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，故D错误。
故选B。
5．B
【解析】
【详解】
A．由图可知，定值电阻与滑动变阻器串联，电压表测滑动变阻器两端电压。当开关S闭合，滑动变阻器滑片P滑至中点时，即接入阻值为15Ω时，电压表示数如图乙所示为9V，根据串联分压可知此时定值电阻两端电压为
此时电路电流为
由可得定值电阻R的阻值为
故A错误；
B．假设滑动变阻器接入阻值为时，滑动变阻器电功率最大，则此时电路电流为
滑动变阻器的最大电功率为
可知当滑动变阻器接入阻值等于定值电阻R的阻值为时，滑动变阻器的电功率最大，即
故B正确；
C．电流表量程为，滑动变阻器标有“30Ω 1A”，则电路允许通过最大电流为1A，此时滑动变阻器接入阻值最小，由可得此时电路总电阻为
根据串联电路电阻关系可得滑动变阻器接入最小阻值为
由图乙可知，电压表选择的是最大量程，而电源电压只有12V，则滑动变阻器接入阻值最大时分得的电压小于12V，故滑动变阻器接入最大值可以为。所以滑动变阻器可接入电路的阻值范围为。故C错误；
D．由上述分析可知滑片在中点时，电路电流以及定值电阻R的阻值，则定值电阻R在10s内产生的热量为
故D错误。
故选B。
6．D
【解析】
【详解】
由题知，电阻丝的电阻R1=R2=R3。
AD．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的电流大于通过R2的电流，R1和R2的阻值相等，此实验可探究电阻丝产生热量与电流是否有关，故A错误，D正确；
B．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，电阻R1产生的热量多，则左管的液面将会比右管的液面高，故B错误；
C．R1和R2的阻值相等，通过电阻R1的电流大于R2的电流，由U=IR可知R1两端的电压大于R2两端的电压，故C错误。
故选D。
7．B
【解析】
【详解】
A．电视机工作时把电能主要转化为声能、光能、及少部分内能，不是利用电流热效应，故A不符合题意；
B．电熨斗工作时把电能转化内能，是利用电流热效应工作的，故B符合题意；
CD．吸尘器和电风扇工作时把电能主要转化机械能能，不是利用电流热效应工作的，故CD不符合题意；
故选B。
8．B
【解析】
【分析】
【详解】
电烙铁、电炉丝和灯丝都是用电流的热效应工作的，电阻为零时无法将电能转化为内能，因此不能用超导体制作；而电风扇是把电能转化成机械能，因此可以用超导体制作，故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
9．D
【解析】
【详解】
铭牌上都标有“ ”，根据公式W=Pt可知，相同时间内它们消耗的电能相等，电风扇、日光灯、电视机把消耗电能的大部分转化为机械能、光能等，只有一小部分电能转化为内能，即Q＜W，而电炉把消耗的全部电能都转化为内能，即Q=W，故D符合题意，ABC不符合题意。
故选D。
10．D
【解析】
【详解】
A、B两导线的材料和长度都相同，A的横截面积大于B的横截面积，所以A的电阻小于B的电阻。两导线串联连接，所以通过的电流相等，据串联电路的分压特点有
UA:UB=RA:RB
所以
UA通电一段时间后，据Q=I2Rt知
QA故ABC不符合题意，D符合题意。
故选D。
11．C
【解析】
【详解】
A．甲图中，5Ω的电阻与5Ω的电阻并联后再与一个5Ω的电阻串联，由串并联电路电流特点可知，通过左侧装置中的电阻的电流是通过右侧装置中的电阻的电流的2倍。故可以研究产生的热量与电流大小的关系。故A正确，不符合题意；
B．由电功率公式P=UI和欧姆定律可得，P=I2R。由图乙可知，电流相同，电阻之比即为功率之比。所以5Ω和10Ω两根电阻丝消耗的功率之比为1∶2，故B正确，不符合题意；
C．乙装置中5Ω的电阻与10Ω的电阻串联，串联电路电流处处都相等，故通过电阻的电流为
由焦耳定律可知，乙装置中10Ω电阻产生的热量是
故C错误，符合题意；
D．因为左右两侧产生的热量不同，容器内的气体受热膨胀不一样，从而在U型管中形成液面的高度差，因此该实验通过U形管两侧液面高度差来比较产生热量的多少。故D正确，不符合题意。
故选C。
12．B
【解析】
【分析】
【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。
13． 38000 2000
【解析】
【详解】
[1]电动机工作10s消耗的电能
[2]电动机工作10s产生的热量
14． 1:1 1: 2 24
【解析】
【分析】
【详解】
[1][2]由电路图可知，只闭合开关S1时，电路为R1的简单电路，电流表测通过R1的电流，则I1=0.4A；再闭合S2时，两电阻并联，电流表测干路电流，因并联电路中各支路独立工作、互不影响，所以，通过R1的电流不变，因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以，电流表示数的变化量即为通过R2的电流，则I2=0.2A，因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，R1、R2两端电压之比为
U1:U2=1:1
R1、R2电阻值之比为
[3]若R1=5Ω，则
R2=2R1=2×5Ω=10Ω
通电1min 电阻R2产生的热量为
15． 0.6 360
【解析】
【分析】
【详解】
[1]因为闭合开关后，灯泡正常发光，所以此时灯泡两端的电压为6V，电功率为3W，根据，通过小灯泡的电流为
因为电路为并联电路，所以电源电压和电阻两端的电压也为6V，总电流等于各支路电流总和，所以通过电阻的电流为
所以电阻的电功率为
[2]根据可知，10分钟后R产生的热量为
16． 3.6 3.24×106
【解析】
【分析】
【详解】
[1]由电热油灯的参数可知，该电热油灯低档运行时的功率P低=800W，由P=UI可得，此时电热丝的工作电流
I=≈3.6A
[2]由参数可知，该电热油灯中档运行时的功率P中=1200W，则持续工作45min产生的电热
Q=W=P中t=1200W×45×60s=3.24×106J
17． 断开 ，
【解析】
【详解】
解：(1)由图可知，当开关S断开时，R、R0串联，电路总电阻较大；当开关S闭合时，电路为R0的简单电路，电路总电阻较小；根据可知，当开关S断开时，电路功率较小；当开关S闭合时，电路功率较大；所以，要使电饭锅处于保温挡时，开关S应处于断开状态。
(2)电阻丝R0的阻值
(3)当电饭煲处于保温挡时，电路中的电流
保温5min电阻丝R0产生的热量
答：(1)要使电饭锅处于保温挡时，开关S应处于断开状态；
(2)电阻丝R0的阻值是；
(3)当电饭煲处于保温挡时，电路中的电流为，保温5min电阻丝R0产生的热量是。
18．(1)；(2)220Ω；(3)
【解析】
【分析】
【详解】
解：(1) 根据可知，此电路电阻越小功率越大，此题中闭合开关S1时为并联电路，断开开关S1时为只有R1的简单电路，并联电路总电阻比简单电路电阻小，所以加热电路图为
(2)保温时为R1的简单电路，电阻相对并联时大，则通过电流小，由图乙可知，保温电流为1A，所以R1的电阻为
(3)电饭锅在20~30min内产生的热量
答：(1)见详解；
(2)电阻R1的阻值220Ω；
(3)电饭锅在20~30min内产生的热量1.32×105J。
19． 加热状态 0.4A 方案一不可行 方案二不是最佳的
【解析】
【详解】
(1)[1]当温控开关S接a时，只有R1连入电路中，S接b时两电阻串联，根据串联电阻大于任一电阻，由，温控开关S接a时电热器处于加热状态。
(2)[2]当温控开关接b时，两电阻串联，电热器处于保温状态，电路中电流为
(3)[3]方案一
电热丝R1规格为“220V 1100W”，R1的电阻为
同理可得
R3＝220Ω，R4＝55Ω，R5＝88Ω
R3、R4串联后，加热时
保温时
两项都不合题意要求，方案一不可行。
[4]方案二
两根电热丝R5并联后总电阻值
能替代R1，加热时功率为1100W；保温时功率为88W．正常工作时，两项都合要求。但是，当其中一根电热丝烧坏时，电路仍可以工作。加热时，R5正常工作
P’＝550W＜1100W
保温时
断了一根电热丝后，两项都不合要求，而且不能及时发现加以排除。可见方案二不是最佳的。
20． 高温挡 1.32×105J 550W
【解析】
【详解】
(1)[1]当闭合开关S1，并将S2拨至位置a时，R1和R2并联接入电路，此时电路中的总电阻最小，电源电压不变，由P=可知，此时总功率最大，热水器处于高温挡。
(2)[2]当断开S1，并将S2拨至位置b时，R1和R2串联接入电路，由P=可知，此时总功率最小，热水器处于低温挡；此时热水器正常工作5min内电热丝产生的热量
(3)[3]只闭合开关S1时，电路为R1的基本电路，热水器处于中温挡；此时电路的功率
P中=
21． 保温 3∶2
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]由图可知，当S1S2均闭合时，R1、R2并联接入电路，此时电路总电阻最小，总功率最大，为加热状态；当只闭合S时，仅R1接入电路，此时电路总电阻最大，总功率最小，为保温状态。
(2)[2]在15min~30min时间内，电饭锅在15min~20min内功率为1100W下加热状态下工作5min，在20min~30min内功率为440W下保温状态下工作10min。则电饭煲产生的总热量为
(3)[3]由题意可知，R1单独工作时的功率为440W，R1R2并联工作时的总功率为1100W，则R2单独工作时的功率为
由，可知
答案第1页，共2页
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