人教版九年级全一册18.4焦耳定律一课一练（有解析）

18.4 焦耳定律 一课一练
一、单选题
1．如图，这是“探究电流通过导体产生热量与哪些因素有关”的实验，将甲和乙装置的AB、CD分别连到相同的电源上，下列分析正确的是（ ）
A．实验装置甲可用于探究“电流和通电时间一定时，电热与电阻的关系”
B．必须把甲、乙两图接在电压相同的电源两端，实验结论才具有科学性
C．探究电热与电流的关系，应选择乙装置，通电一段时间，左边U形管的高度差更大
D．实验装置乙的电路接通后，U形管的右管中液面上升比左管快
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．电炉工作时，电炉丝产生的热量比导线多，电炉丝热得发红，而连接电炉丝的导线不太热，根据焦耳定律分析可得，其主要原因是（　　）
A．通过电炉丝的电流较大
B．电炉丝的电阻较大
C．电炉丝通电的时间较长
D．导线的电阻较大
4．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。下列说法正确的是（　　）
A．该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．图中透明容器最好装有水
C．b容器中电阻丝的电流是a容器中电阻丝的电流的2倍
D．观察图中的实验现象是a中液柱升高较快
5．下表是小明家电饭煲铭牌的部分信息，小明家电能表的示数如图所示。把电饭煲接在家庭电路中使用时，下列说法错误的是（　　）
额定电压 220V
频率 50Hz
额定功率 高挡 1800W
中挡 1200W
低挡 500W
A．电饭煲是利用电流的热效应工作的
B．电饭煲在中挡正常工作时电热丝阻值比低挡正常工作时小
C．电饭煲在高挡正常工作10min，消耗的电能是1.08×104J
D．若家中只接入电饭煲，在高挡正常工作10min，电能表示数将变成7328.6kW·h
6．下列措施中，属于利用电流热效应工作的是（　　）
A．电视机的后盖有很多孔 B．电熨斗通电后发热可以熨平衣物
C．与空调器相连的导线很粗 D．电脑的主机中安装微型风扇
7．如图所示，阿里公司的数据运行服务器浸泡在装有冷却液的容器中。冷却液直接吸收服务器通电工作产生的热量，再进入外循环冷却，之后再送回服务器所在容器。以下分析正确的是（　　）
A．此冷却液属于导电性能强的材料 B．此冷却液的比热容应该很小
C．服务器的内能不会发生转移 D．冷却液有效减小电热产生的危害
8．下列家用电器中，主要利用电流热效应工作的是（　　）
A．洗衣机 B．电风扇 C．电饭锅 D．电视机
9．下列不属于用电器的是
A．电冰箱 B．电饭锅 C．电风扇 D．干电池
10．在如图所示的家用电器中，相同时间内产生的热量远小于其消耗电能的是（　　）
A．电水壶
B．电风扇
C．电熨斗
D．电暖气
11．电炉丝通电后热得发红，而跟电炉丝连接的铜导线却不怎么热，这是因为（　　）
A．通过电炉丝的电流比通过铜导线的电流大
B．铜导线的电阻小，因而产生的热量少，而电炉丝电阻大，产生的热量多
C．铜导线有绝缘层，所以不怎么热
D．铜导线比电炉传热快，所以不容易热
12．下列物理量与其国际单位连线不正确的是（　　）
A．电流I------安培（A） B．电热Q-----焦耳（J）
C．电阻R------欧姆（Ω） D．电能W-----千瓦时（kW·h）
二、填空题
13．在物理学发展史上，许多物理学家的科学发现推动了人类文明的进步，德国物理学家______发现了电流、电压、电阻之间的关系；英国物理学家______最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系。
14．如图甲所示，把电阻R与灯L接在3 V的电源上，电阻R与灯L的U- I图像如图乙所示。当S闭合时，灯L的电阻为______Ω，电路消耗的功率为______W，通电2 min电阻R产生的热量为______J。
15．如图所示的电能表示数是 _____kW h；根据参数分析，此电能表所在电路中同时使用的用电器总功率不能超过 _____W；若单独使用一个电热水壶烧水时，5min内转盘正好转过300圈，则该电热水壶的电功率是 _____W；电热水壶是利用电流的 _____效应工作的。
16．如图所示，电热膜是在绝缘聚酯薄膜表面，用金属导线将经过特殊工艺加工形成的一条条薄的粗细均匀的导电墨线连接形成网状结构。电热膜中导电墨线连接的方式是 _____联，电热膜能发热是因为电流具有 _____效应；某电热膜总功率4400W，正常工作2小时消耗电能 _____kW h。
三、综合题
17．如图1为一款陶瓷电煎药壶，工作电路简化为如图2所示，其中阻值为，阻值为，它在工作时，有高火加热、文火萃取和小功率保温三个过程，若壶中药液的总质量为，在正常工作电压下煎药时，药液的温度与工作时间的关系如图3所示。
（1）分析电路结构可知，开关Sa接__________时，__________时，煎药壶处于保温状态；
（2）文火萃取期间煎药壶消耗的电能多少__________？
（3）高火加热过程中，煎药壶所吸收的热量是多少__________？［］
（4）高火加热过程中煎药壶的效率是多大__________？
18．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）
19．自入冬以来，越来越多的家庭开始使用电热取暖器。如图甲所示，这款电热取暖器有高温挡和低温挡两个挡位，额定电压为220V，高温挡的功率为2200W，简化电路如图乙所示，R1的阻值为48.4Ω。
（1）该电热取暖器是利用电流的______（选填“磁”或“热”）效应工作的；电热取暖器要接入三孔插座中使用，这是为了______；当S1和S2同时闭合时，电热取暖器处于______挡。
（2）请计算电热取暖器处于低温挡时的功率( )和电热取暖器处于高温挡时通过电阻R2的电流。( )（除不尽时，计算结果保留一位小数）
（3）在额定电压下，使用高温挡连续工作3h，电热取暖器产生的热量是多少焦耳？( )
20．小明家买了一台电烤箱，有低、中、高三个档位。如图所示是其内部简化电路，开关S1可分别与触点a、b接触。已知：R1=48.4Ω，R2=96.8Ω，电源电压不变。
(1)当S1置于b端，S2断开时，电烤箱处于______（选填“高”、“中”或“低”）档位；
(2)电烤箱处于中档位时的功率为______W；
(3)电烤箱在高档位工作5min时消耗的电能为______J。
21．某学校开展综合实践活动，小明和几位同学一起为土鸡养殖场设计了一种小鸡孵化器的电路，如图所示。是S1、S2是温控开关，当外界温度低于设置温度时开关自动闭合，高于设置温度时开关自动断开，S1设置为37.8℃，S2设置为27.8℃；电源电压为220V且保持不变，电热丝R1=132Ω，R2=R3=88Ω，电热丝的电阻不随温度的变化而变化。闭合开关S，求：
（1）小明设计了“保温”、“加热”、“快速加热”三个状态，当孵化器内温度为30℃时，此装置处于______状态。此状态下电路中的电流是多少______；
（2）该装置在保温状态下的功率是多少______；
（3）若孵化器内空气质量为15kg，假设电热丝放出的热量全部被孵化器内的空气吸收，使空气温度从17.8℃升高到37.8℃需要多少时间______。[空气的比热容]
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【解析】
【详解】
A．图甲所示装置用来探究电流产生的热量与电阻的关系，控制了电流和通电时间相同，故A正确；
B．甲、乙两图探究的是不同因素对电热的影响，电压不会影响实验结果，没有必要控制电压相同，故B错误；
CD．图乙所示装置用来探究电流产生的热量与电流的关系，控制了电阻和通电时间相同，左边电阻为5Ω，右边为两个5Ω的电阻并联，左边电阻在干路上，右边两个5Ω的支路并联，干路电流大于支路电流，根据，电阻和通电时间相同，左边的电流大，电流产生的热量更多，左侧U形管的高度差较大，相同时间内，液面上升较快；故C正确，D错误。
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】
电炉工作时，导线与电炉丝串联，根据串联电路电流规律，两者的电流相同，同时工作，通电时间相同，根据焦耳定律，在通电时间和电流相同时，电流通过导体产生的热量与电阻大小成正比，电炉丝热得发红，而连接电炉丝的导线不太热，是因为电炉丝的电阻较大，导线的电阻较小。故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
4．D
【解析】
【详解】
A．ab容器中电阻丝的阻值相同，所以无法用来探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻的关系，故A错误；
B．该装置是通过容器内的气体热胀冷缩，从而使U形管形成液面高度差，来实现比较电阻丝产生热量的多少，若装置中装有水，因水的比热容较大，实验时间较长，较难观察到U形管中的液面高度差，不利于更好的完成实验。故B错误。
C．图中装置是一个5Ω的电阻与两个并联的5Ω的电阻串联，根据串联电路的电流特点可知，通过a容器中的电阻的电流与右侧两个电阻的总电流相同，即Ia=I右。两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点可知
I右=Ib+I外
又因为容器内部和容器外部是电阻值相同，所以电流相同，即Ib=I外。故可以推出Ia=2Ib，即a容器中电阻丝的电流是b容器中电阻丝的电流的2倍。故C错误；
D．由焦耳定律可知，两容器中电阻相同，通电时间相同，a容器中电阻丝的电流是b容器中电阻丝的电流的2倍，故a容器中电阻丝产生的热量多，所以a中液柱升高较快。故D正确。
故选D。
5．C
【解析】
【详解】
A．电饭煲是利用电流的热效应工作的，将电能转化为内能，故A正确，A不符合题意；
B．根据可知，中挡功率比低温挡高，故中挡的电阻比低温挡的电阻小，故B正确，B不符合题意；
C．电饭煲在高挡正常工作10min，消耗的电能是
故C错误，C符合题意；
D．若家中只接入电饭煲，在高挡正常工作10min，电能表示数将变成
故D错误，D符合题意。
故选CD。
6．B
【解析】
【详解】
A．电视机工作时会发热，后盖有很多孔，起散热用，故A不符合题意；
B．电熨斗通电后，根据电流热效应，电熨斗会发热，可以用来熨平衣物，故B符合题意；
C．与空调器相连的导线很粗，电阻较小，根据焦耳定律，相同时间、相同电流时，发热较小，不是利用电流热效应工作的，故C不符合题意；
D．电脑的主机工作时会发热，安装的微型风扇起散热作用，不是利用电流热效应工作，故D不符合题意。
故选B。
7．D
【解析】
【详解】
A．服务器浸泡在冷却液中，如果导电性强，会引起服务器短路，应选择绝缘性好的材料，故A错误；
B．冷却液选择比热容大的，在质量相同时，改变相同的温度，相比比热容小的物质吸收的热量更多，故应选择比热容大的物质。故B错误；
C．冷却液的作用是将服务器的内能通过热传递转移走，内能减小，温度降低，保护服务器，故C错误；
D．由于电流的热效应，电流通过导体时一般都会发热，设备内能增加，温度升高，冷却液通过热传递将热量带走，防止因温度过高而损坏，可以保护设备。故D正确。
故选D。
8．C
【解析】
【详解】
A．洗衣机工作时将电能主要转化为机械能，没有利用电流的热效应工作，故A不符合题意；
B．电风扇工作时将电能主要转化为机械能，没有利用电流的热效应工作，故B不符合题意；
C．电饭锅主要是利用电流的热效应将饭煮熟的，故C符合题意；
D．电视机工作时，电能主要转化为声能和光能，不是利用电流的热效应工作的，故D不符合题意。
故选C。
9．D
【解析】
【详解】
电冰箱、电饭锅、电风扇都需要用电来工作，是消耗电能的，属于用电器，故ABC不符合题意；
干电池是提供电能的，是电源，不是用电器，故D符合题意．
10．B
【解析】
【分析】
【详解】
电水壶、电熨斗、电暖气工作时把电能转换为内能，电风扇工作时把电能主要转化为机械能；相同时间内产生的热量远小于其消耗电能的是电风扇。
故选B。
11．B
【解析】
【分析】
【详解】
根据题意，电炉的电阻丝和连接的铜导线是串联的，通过它们的电流是相等的，而电炉丝电阻要比铜导线的电阻大得多，根据焦耳定律Q=I2Rt，因此在相等的时间内电炉丝放出的热量比铜导线大得多。故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
12．D
【解析】
【详解】
A．电流的符号是I，国际单位是安培（A），故A正确，不符合题意；
B．电热的符号是Q，国际单位是焦耳（J），故B正确，不符合题意；
C．电阻的符号是R，国际单位是欧姆（Ω），故C正确，不符合题意；
D．电能的符号是W，国际单位是焦耳（J），故D错误，符合题意。
故选D。
13． 欧姆 焦耳
【解析】
【详解】
[1]德国物理学家欧姆发现了电流、电压、电阻之间的关系；即欧姆定律，公式关系：。
[2]英国物理学家焦耳最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系，即焦耳定律，数学表达式为：。
14． 10 1.8 108
【解析】
【详解】
[1]当S闭合时，灯L与电阻并联在3V的电源上，故此时的灯泡两端的电压为3V，通过乙图可知，此时的电流为0.3A，故此时灯泡的电阻为
故此时的灯泡的电阻为。
[2]总电流为
电路消耗的功率为
电路消耗的功率为。
[3]此时电阻R两端的电压也为3V，电流为0.3A，则通电2min电阻R产生的热量为
故则通电2 min电阻R产生的热量为。
15． 202.1 4400 1200 热
【解析】
【详解】
[1]如图所示电能表的示数是2021，最后一位是小数，单位是kW h，故读数为：202.1kW h。
[2]由图知，电能表的工作电压是220V，电能表平时工作允许通过的最大电流为20A，他家同时使用的用电器最大总功率
P最大＝UI最大＝220V×20A＝4400W
[3]“3000r/kW h”表示每消耗1kW h的电能，电能表的转盘转3000r。电热水壶烧水时工作5min电能表的转盘转300r，消耗的电能
电热水壶的电功率
[4]电流的热效应是指电流通过导体时产生热量的现象。电热水壶是利用电流的热效应工作的。
16． 并 热 8.8
【解析】
【分析】
【详解】
[1]由图可知，各条导电墨线互不影响，可以独立工作，是并联的。
[2]电热膜发热是因为导线通电产生了热量，利用了电流的热效应。
[3]由题知，电热膜总功率为
P电热膜＝4400W＝4.4kW
电热膜正常工作2小时消耗的电能
W电热膜＝P电热膜t＝4.4kW×2h＝8.8kW h
17． 1 断开 145200J 3.36×105J 72.7%
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1][2]当开关Sa打至1，开关Sb断开时，R1与R2串联，电路的总电阻最大，电路的总功率最小，煎药壶处于保温状态。当开关Sa打至2，开关Sb闭合时，R1与R2并联，电路的总电阻最小，电路的总功率最大，煎药壶处于高火加热阶段；当开关Sa打至2，开关Sb断开时，电路为R2的简单电路，煎药壶处于文火萃取阶段。
（2）[3]由图3知，文火萃取阶段的时间为
t=36min-14min=22min=1320s
文火萃取期间煎药壶消耗的电能为
（3）[4]由图3可知，高火加热过程中，药液的温度从18℃升高到98℃，则1kg药液所吸收的热量
Q吸=cm(t′-t0)=4.2×103J/kg ℃×1kg×(98℃-18℃)=3.36×105J
（4）[5]由图3可知，高火加热的时间为
t″=14min=14×60s=840s
由可得，煎药壶消耗的电能
煎药壶的热效率
答：（1）1；断开；
（2）文火萃取期间煎药壶消耗的电能为145200J；
（3）高火加热过程中，煎药壶所吸收的热量是3.36×105J；
（4）高火加热过程中煎药壶的效率是72.7%。
18．(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。
19． 热 防止外壳带电 高温 1000W 5.5A 2.376×107J
【解析】
【详解】
（1）[1]电流通过电阻丝时，会产生热量，这就是电流的热效应，电热取暖器是利用电流的热效应工作的。
[2]电热取暖器有金属外壳，为了防止外壳带电后发生触电事故，取暖器的外壳要接地，需要使用三孔插座。
[3]当S1和S2同时闭合时，两个电热丝并联接入电路中，根据并联电路的电阻关系可知此时电路中的总电阻是最小的，根据可知电热取暖器处于高温挡。
（2）[4]S1闭合、S2断开时，只有R1接入电路，此时为低温挡；低温挡的功率为
[5]当S1、S2都闭合时，R1和R2并联，电热取暖器处于高温挡，则R2的功率为
P2＝P高﹣P低＝2200W﹣1000W＝1200W；
由P＝UI得，通过电阻丝R2的电流
（3）[6]电热取暖器产生的热量
Q＝W＝P高t＝2200W×3×3600s＝2.376×107J
20． 低 1000 4.5×105
【解析】
【详解】
(1)[1]由电路图可知，当开关S1置于a端、S2闭合时，两电阻并联，此时总电阻最小，由可知，此时电功率最大，电烤箱处于高档位；当S1置于b端，S2断开时，两电阻串联，此时总电阻最大，由可知，电烤箱处于低档位。
(2)[2]由图可知，开关S1置于b端，S2闭合时，只有R1接入电路，电烤箱处于中档位工作，此时电烤箱的功率为
(3)[3]当开关S1置于a端、S2断开时，两电阻并联，此时总电阻最小，由可知，此时电功率最大，电烤箱处于高档位，电烤箱在5min=300s内消耗的电能为
21． 加热 2.5A 220W 450s
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1][2]由题知，S1、S2是温控开关，当外界温度低于设置温度时开关自动闭合，高于设置温度时开关自动断开，S1设置为，S2设置为，①当温度低于，S1、S2都闭合，短路，与并联；②当孵化器内温度为，因，故闭合、断开，为的简单电路；③当孵化器内温度高于时，、都断开，与串联，因串联总电阻大于其中任一电阻，并联总电阻小于其中任一电阻，根据可知，①为快速加热状态，②为加热状态，③为保温状态；即当孵化器内温度为时，此装置处于加热状态，由欧姆定律可得，此状态下电路中的电流
（2）[3] R1与R3串联时为保温状态，则它们的总电阻
该装置在保温状态下的功率
（3）[4]空气温度从升高到的过程中为快速加热状态，此时与并联，已知
由电阻的并联规律可得总电阻
快速加热的功率
质量为15kg的空气从升高到吸收的热量
则空气的温度从升高到需要的加热时间为
空气温度从从升高到的过程中为加热状态，加热功率为
因空气的质量不变、与前一段过程相比升高的温度相同，故吸收的热量
则空气的温度从升高到需要的加热时间为
故使空气温度从升高到需要的总时间
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页