北师大版九年级年级全一册13.4电流的热效应（有解析）

北师大版九年级年级全一册 13.4 电流的热效应
一、单选题
1．某电加热器工作时，与之相连的导线温度过高。下列解决办法中切实可行的是（　　）
A．减小通过用电器的电流
B．缩短用电器工作时间
C．换用更粗的导线与之相连
D．换用更短的导线与之相连
2．如图所示是电阻甲和乙的U-I图像，下列说法正确的是（　　）
A．甲的电阻值保持10Ω不变
B．甲乙串联接在电源上，当通过电流为0.15A时，此时电源电压为3V
C．甲乙并联在电压为2V电源上时，电路的总功率为0.6W
D．甲、乙串联通过电路中电流为0.2A时，经过1s电阻甲产生的热量为0.6J
3．一把电炉内有两根相同的电阻丝，第一次将它们并联接入电路，第二次把它们串联接入同一电路，经过相同时间，则两次电炉消耗电能之比为
A．1：4 B．4：1 C．2：1 D．1：2
4．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．三个用电器消耗的电能一样多
B．三个用电器产生的热量相等
C．三个用电器均能将电能全部转化为内能
D．可以根据可计算出三个用电器的电阻
5．下列常用物理量与对应单位及符号正确的是（　　）
A．电功-（W） B．电功率-（J） C．电能-（kW·h） D．电热-（kW）
6．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
7．物理实验中经常需要对物体加热，对下列各图的相关描述与实际相符的是（　　）
A．图甲，对正在熔化的海波继续加热，温度计的示数将保持不变
B．图乙，对正在沸腾的水继续加热，温度计的示数将不断升高
C．图丙，用相同的酒精灯给初温和质量都相同的水和煤油加热，水的温度升高得快一些
D．图丁，电阻丝阻值越小，电流产生的热量越多，瓶中煤油温度升高得越多
8．将一台“220V 100W”的电风扇、一个“220V 100W”的充电器、一个“220V 100W”的电饭锅，分别接到220V的电源上，在相同的时间内，电流通过它们产生的热量最多的是（　　）
A．充电器 B．电饭锅 C．电风扇 D．一样多
9．下列用电器消耗相同的电能时产生热量最多的是（ ）
A．电水壶 B．电吹风 C．电风扇 D．洗衣机
10．已知一电动机的内阻（转子线圈的电阻）为R，两端电压为U时，电动机正常转动，此时通过电动机的电流为I，电动机的电功率为P，当工作时间为t，电动机内阻因为电热产生的热量可以表示为（　　）
A．UIt B．I2Rt C．t D．Pt
11．历史上第一个成功研究热和功关系及电流热效应的科学家是（　　）
A．焦耳 B．安培 C．伏特 D．欧姆
12．图甲是小灯泡L和电阻R的I﹣U图像。将小灯泡L和电阻R接入图乙所示的电路中，只闭合S1时，电流表的示数为0.5A。电源两端电压保持不变，下列说法中正确的是（　　）
A．电源电压为3V
B．只闭合S1时，小灯泡L的电阻为2Ω
C．再闭合S2后，电流表的示数增加0.5A
D．再闭合S2后，在1min内电阻R产生的热量为48J
二、填空题
13．甲图是小灯泡L和电阻R的I-U图象。将小灯泡L和电阻R接入乙图电路中，电源电压恒定不变，只闭合开关S，小灯泡L的实际功率为1.8W，则此时小灯泡L的电阻为______ ；再闭合开关S1，电阻R在1min内产生的热量为______J。
14．在一次探险活动中，探险队需要生火，在没有打火机等取火工具的情况下，探险队长将口香糖的锡箔纸剪成了类似图所示的形状，然后将M、N分别接在从手电筒中取出的干电池正负两极上。根据你的判断，温度最高最适合点火的位置是______，理由是______。
15．在家庭电路中，导线相互连接处（接头）往往比别处更容易发热出现故障，甚至引起火灾。如图所示，原因是装修施工时，技术人员水平低，不按规程操作，造成电阻比别处_______，产生的热量_______。
16．某玩具车电动机M的转子线圈电阻R0=1Ω，一同学把该电动机M接入如图所示的电路中，闭合开关，调节滑动变阻器，使电动机M正常工作，此时电压表的示数为9V，电流表的示数为1A，正常工作1min，该电动机M产生的热量为_______J。
三、综合题
17．石墨烯具有非常好的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，是目前为止导热系数最高的碳材料，铜的导热系数常温下才400W/mK。石墨烯具有非常良好的光学特性，看上去几乎是透明的。石墨烯是己知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，可以弯曲，石墨烯的结构非常稳定，石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形。
2018年，22岁中国科学家——曹原，因为石墨烯正式成为了“2018年度世界十大科学家之首”。22岁的少年曾提出问题，却被很多的科学家无视，他的坚持，最后得到结果“两层石墨烯，旋转到特定的‘魔法角度’1.1°叠加之后，零阻力的材料得出来了，可以在常温下实现超导”。请根据上述材料，回答下列问题：
（1）石墨烯是一种导体，零阻力是指________为零，这种现象叫做超导现象。
（2）曹原研究的超导石墨烯最适合用来制作________
A．电动机内部导线 B．保险丝 C．电炉丝 D．电热毯内部导线
（3）用超导石墨烯制作成电缆输电可以大大降低能量损耗，己知从A地到B地输电导线长为10km，此导线电阻1Ω/km，输电电流为200A，若用超导石墨烯代替输电导线，输电10min可节约________电能。
18．小明家电吹风的简化电路如图所示，主要技术参数如下表：
热风温度 50~75℃
额定功率 热风时：1000W
冷风时：120W
额定电压 220V
质量 0.5kg
(1)如图2电能表的参数的含义是_________；此时电能表的读数为_________；
(2)正常工作吹热风5min电热丝产生的热量是多少______；
(3) 在用电高峰期， 小明关闭家中其他用电器， 只让电吹风通电， 使其处于吹热风状态1min，电能表的圆盘转了45转，求此时电吹风的实际功率_____。
19．阅读短文，回答问题:
高压输电
从发电站发出的电能，一般都要通过输电线路送到各个用电地方，输电要用导线，如果导线很短，电阻很小可忽略，而远距离输电时，导线很长，电阻大不能忽略。
输电线有电阻，由于电流的热效应，通过时就要发热，输电线上损耗的热功率为P＝I2R，它正比于电流的平方（焦耳定律Q＝I2Rt，所以减小输电电流和减小输电线的电阻就可以大大降低电能的损失。
设想发电厂输出的电功率是一定的，根据P＝UI，若提高输电电压，那么线路中的电流I一定会减小，输电线上损失的电功率（P损＝I2R）就一定减少，如果线路中电流降低到原来的，那么线路中损失的功率就减少为原损耗的 ，因此说提高电压可以得有效的降低线路中的功率损失。
从减少输电线路上的电功率损耗和节省输电导线所用材料两个方面来说，远距离输送电能要采用高电压或超高电压，从发电站输出的电能，一般都要通过升压变压器提升电压，根据输送距离的远近，常采用10千伏、35千伏、110千伏、220千伏的高压电，甚至1000千伏以上的特高压输电，到达用户处再用降压变压器逐级降低电压，但也不能盲目提高输电电压，因为输电电压越高，输电架空线的建设，对所用各种材料的要求就越严格，线路的造价就越高。
(1)电厂向某地供电，在保证输电功率一定的前提下能有效地降低输电线路功率损失的方法是 ______ ；
A．减小输电线的横截面积
B．减小输电线的长度
C．提高输电电压
D．缩短供电的时间
(2)远距离输电时先要升高电压，后要降低电压，提升电压和降低电压都要用到 ______ ；
(3)中国已投产运行的1000kV的特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程，若甲乙丙地原来用500kV的超高压输电，现用1000kV的特高压输电，当输电功率相同时，则线路上的功率损耗为原来的 ______ 倍；
(4)如图乙，R表示输电线的总电阻，配电站的供电电压U一定，傍晚用电高峰时期，家庭电路的电压与白天的比较，会 ______ （升高/不变/降低）；
(5)由电厂向用户输电，输送的功率P一定，关于输电电压U与输电电流的I的关系图象正确的是 ______。
A． B． C． D．
20．小明将废旧电热器上规格为“220V 968W”的完好电热丝R0拆下，用于科技小组制作电烘箱，设计电路如图1所示。经过多次试验，当选用的电阻R1的阻值为5Ω时，刚好满足箱体内烘于功率要求。（不考虑温度对电阻的影响）
(1)电热丝R0的阻值是多少？
(2)整个电路工作时的电流是多少？整个电路工作1h产生的热量是多少？
(3)图1电路作时存在着电能没有被充分利用的不足。在保证箱体内烘手功率及R0不变的情况下，请你针对电路中的不足进行改进，在图2中将改进后的电路图补充完整，并在图中标出相关电阻的阻值。（此问不要求写出计算过程）
21．冬天到了，小明妈妈为爷爷买了一个电热足浴盆，内部由加热系统和按摩系统两部分组成。加热系统的加热电阻额定电压为220V，额定功率为800W。求：
（1）该电热足浴盆加热系统是利用电流的______工作的；
（2）小明帮爷爷泡脚前，问是浴盆中加入初温为20℃的水，加热系统的加热电阻正常工作将水加热到40℃，则此加热过程中水吸收的热量是多少_______？水的比热容c水=4.2×103J/(kg·℃)
（3）加热系统的加热电阻正常工作产生热量是多少_______？
（4）该足浴盆加热效率是多少_______？
试卷第1页，共3页
试卷第2页，共2页
参考答案：
1．C
【解析】
【详解】
A．减小通过用电器的电流，那么加热器的实际电压就达不到额定电压，实际功率就小于额定功率，加热器不能正常工作，故A不符合题意；
B．缩短用电器工作时间，虽然可以减小电流流过导线所产生的热量，但是工作时间缩短，电流流过电热器所做的功也会减少，故B不符合题意；
C．换用更粗的导线后，导线的电阻变小，在电流、时间相同时，根据， 电流流过导线产生的热量就少，温度就不会过高，故C符合题意；
D．在实际的生产生活中，换用更短的导线不切合实际，故D不符合题意。
故选C。
2．C
【解析】
【详解】
A．由甲和乙的U I图像可知，甲的电流与电压成正比，根据欧姆定律可知甲电阻的阻值不变，乙电阻的阻值是变化的，当U甲=2V时，对应的电流为0.1A，所以甲电阻的阻值
故A错误；
B．甲、乙串联在电路中，当电路电流为0.15A时，由串联电路的电流特点知两电阻的电流均为0.15A，由图可知，U甲=3V，U乙=1V，串联电路的总电压等于各电阻两端电压之和，电路两端的总电压
U=U甲+U乙=3V+1V=4V
故B错误；
C．甲、乙并联在电压为2V的电源上，由并联电路的电压特点知，两灯泡两端的电压为2V，由图像可知，I甲=0.1A，I乙=0.2A，故干路电流
I总=I甲+I乙=0.1A+0.2A=0.3A
电路的总功率
P=UI总=2V×0.3A=0.6W
故C正确；
D．甲电阻的阻值为20Ω，通过甲电阻的电流为0.2A，经过1s甲电阻产生的热量
Q=I12Rt=(0.2A)2×20Ω×1s=0.8J
故D错误。
故选C。
3．B
【解析】
【详解】
两根相同的电阻丝,设电阻为R,第一次将它们并联接入电路,总电阻为；第二次将它们串联接入同一电路，总电阻为2R，两次接入同一电路,所以电源电压相等,通电时间相同,由公式W＝t可知：消耗电能与电阻成反比，电阻变为原来的4倍，热量则变为原来的四分之一．故B正确，ACD错误．故选B.
【点睛】
根据电阻的串联和并联求出两种情况下电路中的电阻之比，再根据W＝t求出相同时间内两种情况下消耗电能之比．
4．A
【解析】
【详解】
A．电功率相同，工作时间相同，故消耗的电能相同，故A正确；
BC．电风扇将电能主要转化为机械能，少部分转化为内能，电视机一部分电能转化为光能，而电烙铁是将电能全部转化为内能，故BC错误；
D．电风扇不是纯电阻，不适合欧姆定律，故也不适合，故D错误。
故选A。
5．C
【解析】
【详解】
A．电功的国际单位是焦耳，符号J，故A错误；
B．电功率的国际单位是瓦特，符号是W，故B错误；
C．电能的单位由焦耳和千瓦时，符号分别是J和kW·h，故C正确；
D．电热的国际单位是焦耳，符号是J，故D错误。
故选C。
6．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。
7．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．海波是晶体，晶体熔化时吸收热量，但温度不变，故A符合题意；
B．液体沸腾时吸收热量，但温度不变，所以，对正在沸腾的水继续加热，温度计的示数不变，故B不符合题意；
C．因为煤油比水的吸热本领小，所以加热相同的时间时水和煤油吸收的热量相等，质量相同的水和煤油，煤油升高的温度更快，故C不符合题意；
D．图丁中两电阻丝串联，通过的电流相等，在通电时间相同时，由公式可知，电阻丝阻值越小，电流产生的热量越少，瓶中煤油温度升高得越少，故D不符合题意。
故选A。
8．B
【解析】
【详解】
电风扇、充电器、电饭锅的功率虽然相等，但是电风扇主要把电能转化为机械能，充电器主要电能转化为化学能，电饭锅主要那电能转化为内能。所以在相同的时间内，电流通过它们产生的热量最多的是电饭锅。
故选B。
9．A
【解析】
【详解】
用电器工作时将电能转化为其他形式的能量。电水壶工作时将电能全部转化为内能；电吹风内有电动机和电热丝，工作时将电能转化为机械能和内能；电风扇和洗衣机工作时主要把电能转化为机械能，有一部分电能转化为内能。比较可知，消耗相同的电能，产生热量最多的是电水壶。故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
10．B
【解析】
【分析】
【详解】
电动机为非纯电阻，线圈产生的热量为
电动机消耗的电能为
电动机输出的机械能为
故选B。
11．A
【解析】
【分析】
【详解】
焦耳是英国伟大的物理学家，他做了许多实验研究热和功之间的联系，以及电流的热效应，是历史上第一个成功研究热和功关系及电流热效应的科学家。
故选A。
12．D
【解析】
【分析】
【详解】
AB．只闭合S1时，电路为灯泡L的简单电路，电流表测电路中的电流，电流表的示数为0.5A，由图甲可知，此时灯泡两端的电压UL=4V，电源电压为4V，小灯泡L的电阻
故AB错误；
C．由图甲可知，R两端的电压
UR=6V，IR=0.3A
R的阻值为
再闭合S2后，灯泡L与电阻R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，通过小灯泡L的电流不变，由并联电路电流的关系可知电流表的示数增加
故C错误；
D．再闭合S2后，在1min内电阻R产生的热量为
Q=W=UIR1t=4V×0.2A×60s=48J
故D正确。
故选D。
13． 5 54
【解析】
【详解】
[1]闭合开关S，只有灯泡接入电路，在图甲可知，此时灯泡两端电压为3V，通过灯泡的电流为0.6A，则灯泡电阻为
[2] 再闭合开关S1，则灯泡和电阻R并联，根据并联电路电压规律可知，电阻R两端电压为
由图甲可知，此时通过电阻R的电流为0.3A，则定值电阻R的阻值为
电阻R在1min内产生的热量
14． c 见解析
【解析】
【详解】
[1]锡箔纸剪成中间狭窄的形状，中间部分横截面积小、电阻大。温度最高最适合点火的位置是c。
[2]锡箔纸是导体，用锡箔纸接在电池的两极形成了电源短路，此时电路中迅速产生大量热量，根据焦耳定律Q＝I2Rt知，在电流和时间相同时，锡箔纸中间狭窄的地方，即c处电阻较大，产生的热量多，使温度先达到锡箔纸的着火点而使之燃烧。
15． 大 多
【解析】
【详解】
[1][2]装修施工时，技术人员水平低，不按规程操作，导致导线连接处，接触不良，电阻较大，当电流和通电时间相同时，由得，连接处导线产生的热量较多。
16．60
【解析】
【详解】
电动机与滑动变阻器串联，串联电路电流处处相等。根据焦耳定律，该电动机M产生的热量为
17． 电阻 A 2.4×108J
【解析】
【分析】
本题考查超导材料、新型材料
【详解】
(1)[1]电阻是指导体对电流的阻碍作用，而超导现象是导体的电阻变为零，那么导体对电流的阻碍作用为零，即电阻为零。
(2)[2]因为超导材料的电阻为零，电流热效应就不会发挥作用了，故利用电流的热效应来工作的保险丝、电炉丝、电热毯内部导线都不能采用超导材料，而电动机内部导线用超导材料，可避免电流热效应带来的能耗，从而提高电动机制输出效率，所以A符合题意
(3)[3]由题意知，A、B段输电导线的电阻
R=10km×1Ω/km=10Ω
输电10min节约的电能
18． 每消耗1kW·h的电能，电能表转盘转动3000转 262.7 2.64×105J 900W
【解析】
【详解】
(1)[1][2]电能表的参数“”的含义是用电器每消耗1kW·h的电能，电能表转盘转动3000转；从电能表上可以看出电能表的示数为262.7kW·h。
(2)[3]由表格数据可知，电吹风吹冷风时的功率即电动机的功率为120W，电吹风正常工作且吹热风时，电动机和电热丝并联，因电路的总功率等于各用电器功率之和，所以，电热丝的功率
正常工作吹热风5min电热丝产生的热量是
电热丝产生的热量是2.64×105J。
(3)[4]电能表的转盘转45r，消耗的电能
电吹风的实际功率
此时电吹风的实际功率900W。
19． C 变压器 降低 C
【解析】
【详解】
(1)[1]根据可知，输电线上损失的电功率大小与电流大小和输电线的电阻有关；电流越小、输电线的电阻越小，则损失的功率就定减少；
A．减小输电线的横截面积会增大导线的电阻，故A不符合题意；
B．减小输电线的长度，虽然电阻减小了，但输电距离是一定的，所以不能减小输电线的长度，故B不符合题意；
C．提高输电电压，根据P=UI可知，电路中的电流会减小，能减小输电线上的电功率，故C符合题意；
D．缩短供电的时间，则输送的电能就会减少，再者根据可知，缩短供电时间不会改变损失功率的大小，故D不符合题意。
故选C。
(2)[2]变压器是一种用于电能转换的电器设备，可以把一种电压、电流的交流电能转换成相同频率的另一种电压、电流的交流电能，所以提升电压和降低电压都要用到变压器。
(3)[3]当以不同电压输送时，由于输电的功率是一定的，则有，而在线路上损失的功率为
损失的功率与电压的平方成反比；输电线电阻不变，甲乙丙地原来用500kV的超高压输电，现用1000kV的特高压输电，输电电压变为原来2倍，则损失的功率变为原来的。
(4)[4]用电高峰时期，用电器增多，总电功率P增大，根据可知，在电源电压一定时，电流增大，由U=IR可知，导线上分担的电压变大，根据串联电路电压的规律可知，家庭电路的电压会降低。
(5)[5]根据公式P=UI可知，输送的功率P一定时，电压越大，电流越小，即电压与电流成反比，故图C正确。
20．(1)50Ω；(2)4A，3.186×106J；(3)
【解析】
【详解】
(1)由和得电热丝的阻值
或由得电热丝的额定电流
由电热丝的阻值
(2)整个电路工作时的电流
整个电路产生的热量
或整个电路产生的热量
(3)串联一个10.5Ω的定值电阻或者串联一个电阻R1和一个5.5Ω的定值电阻，如图所示
答：(1)电热丝R0的阻值是50Ω；
(2)整个电路工作时的电流是4A，整个电路工作1h产生的热量是3.186×106J。
21． 热效应 5.04×105J 7.2×105J 70%
【解析】
【详解】
（1）[1]电流流过导体时，导体要发热，这种现象是电流的热效应，电热足浴盆加热系统是利用电流的热效应工作的。
（2）[2]水需要吸收的热量：
Q=c水mΔt=4.2×103J/(kg·℃)×6kg×(40℃﹣20℃)=5.04×105J
（3）[3]足浴盆加热时消耗的电能
W=Pt=800W×15×60s=7.2×105J
（4）[4]该足浴盆加热效率
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