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．如图所示是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，两个相同透明容器中密封着等质量的空气，下列说法正确的是（　　）
A．此实验装置可以探究电流产生的热量与电流大小的关系
B．此实验装置无法探究电流产生的热量与通电时间的关系
C．通电一段时间后，右侧U形管中液面的高度差比左侧的大
D．此装置利用U形管中液体的热胀冷缩来反映电阻丝放出热量的多少
2．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
3．小明在探究某个科学问题时，把阻值恒定为R1、R2（R1=R2）的两段电热丝分别放在两个完全相同的烧瓶中，烧瓶中分别盛有质量和初温均相同的两种不同液体，并连接成如图所示的实验电路，实验中所用温度计完全相同。则下列说法正确的是（　　）
A．该装置可用来探究物质的吸热能力跟物体的种类是否有关
B．该装置可用来探究物质的吸热能力跟物体的质量是否有关
C．该装置可用来探究电流通过导体产生热量跟导体的电阻是否有关
D．该装置可用来探究电流通过导体产生热量跟导体中的电流是否有关
4．如图所示是探究“影响电流热效应与哪些因素有关”的实验装置，将R1、R2两电阻丝密封在两只完全相同的烧瓶内，且R1＞R2，瓶内装入等质量的煤油，下列说法错误的是（　　）
A．烧瓶内选用比热容较小的液体，可以使实验现象更明显
B．电阻R1产生的热量大于R2产生的热量
C．该电路可以探究电流产生的热量与电流大小的关系
D．电路串联使通过R1、R2电流相同，实验中运用了控制变量法
5．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
6．如图甲是小灯泡L和电阻R2的I-U图像。将小灯泡L、电阻R1和电阻R2接入图乙所示电路中，电源电压恒定不变。只闭合开关S1时，小灯泡L的实际功率为0.2W；只闭合开关S3时，电路的总功率为1W。下列说法正确的是（　　）
A．电源电压为5V
B．电阻R1的阻值为20Ω
C．所有开关都闭合，在15min内电路中产生的总热量为2400J
D．若将L和R1并联在4.5V的电源两端，L和R1消耗的电功率之比为2：3
7．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
8．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
9．将规格都是“220V 200W”的一台电风扇、一台电视机和一把电烙铁，分别接入家庭电路中，通电时间相同，下列有关电流通过它们产生热量的说法中正确的是（　　）
A．电风扇产生的热量最多 B．电视机产生的热量最多
C．电烙铁产生的热量最多 D．三者产生的热量一样多
10．将“220V100W”的电风扇和“220V100W”的电烙铁分别接人家庭电路中，正常工作相同时间，关于两者消耗的电能和产生的热量，下列说法正确的是（　　）
A．消耗的电能和产生的热量都一样多
B．消耗的电能一样多，但产生的热量不一样多
C．消耗的电能不样多，但产生的热量一样多
D．清耗的电能和产生的热量都不一样多
11．最先精确确定电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间关系的物理学家是（　　）
A．安培 B．欧姆
C．焦耳 D．伏特
12．甲，乙两个电热器的电阻之比为3∶2，通电相同时间产生的热量之比为8∶3．则通过甲、乙的电流之比为（ ）
A．3∶2 B．2∶3 C．3∶4 D．4∶3
二、填空题
13．甲、乙两地之间沿直线架设了两条输电线，输电线的纤芯用铜导线，是为了减小因电流的______效应而损失的电能。
14．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。
15．如图是研究“电流通过导体产生的热量和______大小的关系”的实验。若接通电路后，通过R2的电流为0.5A，则通过R1的电流为______A。小明在实验中通过观察______，判断出相同通电时间，电阻R1产生的热量大于电阻R2产生的热量。
16．如图所示，电动机M内部线圈的电阻为0.5Ω，电阻R的阻值为10Ω，当电阻R两端电压为4V时，电动机正常工作，则电动机线圈1min产生的热量是______J。
三、综合题
17．阅读短文，回答问题。
冷风扇
由于新型冠状病毒的影响，直到3月底，我市各级各类学校才陆续开学，学生进入校园前，必须用额温枪或者测温门测量体温，体温超过38℃的学生不得进校。进入6月份，气温逐步升高，高温就成了影响学生学习的不利因素。由于供电线路、班级规模等因素的影响，短期内为各班都安装空调又不现实，因此，安装冷风扇就是不错的选择！如图1所示是LZ﹣﹣33F型号的空调扇，使用的时候有两种选择，当气温不是太高的时候，作为普通电风扇使用；气温较高的时候，冷风扇的上部放入冰块，冰在变成水的过程中从空气中吸热，降低教室内的温度。水又在扇内循环，吹出冷风。如图所示是该冷风扇的铭牌，冷风扇的“心脏”是一台电动机，电动机工作的时候，消耗的电能主要转化为机械能，少部分转化为内能。
(1)下列物态变化中与“冰变成水”需要吸收热量相同的是_____。
A．衣箱里的樟脑球过一段时间会变小
B．霜的形成
C．夏天，冷饮杯外壁出现小水珠
D．冬天，冰封谷底
(2)冷风扇利用水循环来吹出冷风，是因为水的_____，吸热升温慢。
(3)冷风扇某次实际工作的电压是U，电流为I，工作时间为t，线圈电阻为R，则冷风扇的效率是_____。
(4)根据该冷风扇的铭牌（图2），其正常工作2小时消耗的电能如果是由效率是50%的热力发电站提供，需要_____无烟煤。（无烟煤的热值q＝3.6×107J/kg）
18．有一句经典的广告语：“充电五分钟，通话两小时”。近年来随着人们生活节奏的加快，人们对于手机充电速度的要求也越来越高。目前市面上充电速度快的有闪充和快充两种方式。闪充和快充都是给电池加快充电速度的技术，只不过在技术原理上略有不同。手机电池充电的快慢，跟它的功率有关。功率越大，电充得就越快。功率的大小取决于电压和电流的大小，所以我们的充电技术就是想办法增加电压和电流来达到快速充电的效果。
闪充：低电压大电流。以水流为例，如图甲，相当于增大流径，让单位时间内有更多水从高水位水池流向低水位水池。
快充：高电压小电流。以水流为例，如图乙，相当于增大压强差，让单位时间内有更多水从高水位水池流向低水位水池。具体区别如下：
①充电速度不一样，闪充更快速。
②充电时的电压不一样，闪充是低压快充，快充是高压快充。
③充电时手机的发热程度不一样，闪充温度较低，快充温度较高。
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）从安全用电角度考虑，______（选填“闪充”或“快充”）理论上更加安全；
（2）人类在耗用各种能源时，不可避免地会对环境造成影响，其中相当一部分没有被利用，从而造成了热污染。给手机充电时，电能转化成电池的______能，从能源消耗角度考虑，给相同的电池从零到充满电时，______（选填“闪充”或“快充”）理论上消耗能量更少，可以更好的减少对环境造成影响；
（3）请列举一个生活和生产中为防止电流热效应产生危害而采取的措施。______。
19．图甲为一种新型电饭锅，图乙为其简化电路，其中R1和R2均为电热丝，S1是自动控制开关，通过开关的控制，可实现智能化地控制食物在不同时间段的温度。图丙为其在工作的30min内功率随时间变化的图象。已知其高温档的功率为600W，电阻R1=5R2。
（1）请写出电饭锅在低温档保温时两个开关的通断状态。
（2）求出电饭锅在这30min内产生的热量。
20．在家电博览会上，小亮家买了一款标有“220V 3000W”的电热水器。
(1)电热水器中的电热管工作时利用的是电流的_____效应。智能化遥控器通过红外线对热水器进行温度控制，红外线是_____（选填“可见”或“不可见”）光；
(2)大功率家用电器需要使用专用插座，插座的常用规格有10A和16A两种，通过计算说明该电热水器应选用哪种规格的插座______；
(3)已知该电热水器的加热效率为 90% ，求它正常工作时把 30 L 水从 20 ℃加热到 47 ℃需要的时间______。（ρ水=1.0×103 kg/m3，c水=4.2×103 J/（kg ℃）。
21．龙龙家新买了一个电吹风，他想研究一下电吹风的工作原理。如图甲，电吹风工作时，可以分别吹出热风和冷风，为了防止温度过高，用一个PTC电阻R0与电阻为45Ω的电热丝R串联，R0的阻值随温度的变化如图乙所示，请回答下列问题：
(1)PTC电阻是由______材料制成的；
(2)电吹风吹热风时，求电热丝的最大发热功率______；
(3)电吹风吹冷风时，通过电动机的电流为1A，工作20s，电动机的机械效率为80%，求：电动机线圈电阻______。（不计机械摩擦损耗的能量）
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【解析】
【详解】
A．根据焦耳定律可知，要探究电流产生的热量与电流大小的关系，要控制电阻大小和通电时间两个物理量不变，由图可知两个串联的电阻大小不一样，故不能用来探究电流产生的热量与电流大小的关系，故A错误。
B．此实验装置要想探究电流产生的热量与通电时间的关系，由可知，可以用容器中的任一电阻为研究对象，控制电阻和电流大小不变，改变通电时间的长短，观察U形管中液面的高度差的变化，既可以得出探究电流产生的热量与通电时间的关系，故B错误。
C．由可知，通电一段时间后，即加热时间相同，左右两侧的电阻为串联，通过两电阻的电流也相等，由于右侧电阻大于左侧的电阻，所以右侧产生的热量多于左侧，右侧气体膨胀后的体积比左侧气体膨胀后的体积大，故右侧U形管中液面的高度差比左侧的大，故C正确。
D．由题可知，由于两个相同透明容器中密封着等质量的空气，此装置利用透明容器中气体的热胀冷缩来反映电阻丝放出热量的多少，故D错误。
故选C。
2．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。
3．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据题意，两个电阻串联，通过两电阻的电流、通电时间、电阻都相同，两个烧瓶中的液体的种类是不同的，可以根据温度计升高的示数来物质的吸热能力，故A正确；
B．探究物质的吸热能力跟物体的质量是否有关时，应控制液体的种类相同，故无法完成实验，故B错误；
CD．通过两电阻的电流、通电时间、电阻都相同，故无法探究导体产生热量跟导体的电阻、电流的关系，故CD错误。
故选A。
4．C
【解析】
【详解】
A．在液体质量相同、吸收热量相同的情况下，比热容小的物质温度要升高的多，所以用比热容小的液体可以使实验现象更明显，故A正确，不符合题意；
B．由图可知，该电路为串联电路，通过两个电阻的电流和通电时间是相同的，电阻R1＞R2，所以电阻R1产生的热量大于R2产生的热量，故B正确，不符合题意；
C．由图可知，该电路为串联电路，通过两个电阻的电流是相同的，所以该电路不可以探究电流产生的热量与电流大小的关系，故C错误，符合题意；
D．电流热效与电流、电阻和时间有关，本实验中电路串联使通过R1、R2电流相同，控制了电流因素一样，探究其他因素对电流热效应的影响，所以采用的是控制变量法，故D正确，不符合题意；
故选C。
5．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。
6．C
【解析】
【详解】
AB．只闭合开关S3时，小灯泡L和电阻R2串联，电路的总功率为1W，由图像可知此时电路中的电流是0.25A，灯泡两端电压是1.5V，R2两端电压为2.5V，R2的电阻
由串联分压可知电源电压为4V。只闭合开关S1时，R1和小灯泡串联，L的实际功率为0.2W，由图像可知此时电路中电流为0.2A，小灯泡两端电压为1V，由串联分压可知R1两端电压为3V，R1的电阻为
故AB两项错误；
C．所有开关都闭合，电阻R1和电阻R2并联，此时的总电阻为
在15min内电路中产生的总热量为
故C项正确；
D．若将L和R1并联在4.5V的电源两端，由图像可知L的电流为0.45A，R1的电流为
此时的功率之比
故D项错误。
故选C。
7．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。
8．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。
9．C
【解析】
【详解】
一台电风扇、一台电视机和一把电烙铁，分别接入家庭电路中，家庭电路的电压是220V，三种用电器的实际功率
P=P额=200W
又因为W=Pt，所以通电时间相同，三种用电器消耗的电能相同；因为电风扇中的电动机将电能大部分转化机械能，电视机将一部分电能转化为光能，电烙铁将电能全部转化为内能。所以产生热量最多的是电烙铁。
故选C。
10．B
【解析】
【详解】
电风扇和电烙铁都在额定电压下工作，实际功率相同都是100W，相同时间内电流通过两个电器做的功以及消耗的电能一样多；电风扇工作时，电能转化成内能和机械能，电烙铁工作时，电能全部转化成内能，电器转化成的内能越大，产生的热量越多，因此相同时间内，电烙铁产生的热量最多，故ACD错误，B正确。
故选B。
11．C
【解析】
【详解】
A．安培在电与磁的研究上做出了突出贡献，故A不符合题意，
B．欧姆发现导体中的电流跟导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比，即欧姆定律。故B不符合题意
C．焦耳最先发现了焦耳定律，揭示了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系，故C符合题意；
D．伏特主要是发明电池，故D不符合题意。
故选C。
12．D
【解析】
【详解】
由焦耳定律Q=I2Rt可知，通过甲、乙的电流之比
故选D。
13．热
【解析】
【详解】
电流通过导体时，由于导体有电阻会产生热量，这种现象叫电流的热效应；相同规格的铜导线和其他导线相比，铜导线的电阻较小，根据可知，铜导线产生的热量较小；输电线的纤芯用铜导线，是为了减小因电流的热效应而损失的电能。
14．60
【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
15． 电流 1 左边U形管液面高度差较大
【解析】
【详解】
[1][2]根据控制变量法思想，R1、R2、R3电阻相同，两侧密闭容器中的电阻相同，右侧R2与R3电阻并联，再与左侧R1串联，通过R2与R3电阻的电流之和等于通过R1电阻的电流，R2与R3电阻两端电压相同，即
可知
通过两侧电阻中的电流不同，故实验探究的是电流通过导体产生的热量和电流大小的关系，通过R2的电流为0.5A，则通过R1的电流为
[3]实验中采用转换法，通过观察U型管液面高度差来比较电流通过导体产生热的多少，通电相同时间后，根据焦耳定律可知，电阻相同时，电流越大，产生的热量越多，则U形管两侧的液面高度差就越大，故通过观察到左边U形管液面高度差较大，可以判断出相同通电时间，电阻R1产生的热量大于电阻R2产生的热量。
16．4.8
【解析】
【详解】
由电路图可知，该电路是串联电路，由欧姆定律可知，该电路的电流为
由焦耳定律可知，电动机线圈1min产生的热量是
17． A 比热容大 0.12kg
【解析】
【详解】
(1)[1]冰变成水，是熔化现象，需要吸收热量；
A．衣箱里的樟脑球过一段时间会变小，樟脑球由固态直接变为气态，是升华现象，升华吸热，故A符合题意；
B．霜是空气中的水蒸气遇冷凝华形成的，凝华放热，故B不合题意；
C．夏天，冷饮杯外壁出现小水珠，是空气中的水蒸气遇冷液化形成的，液化放热，故C不合题意；
D．冬天，冰封谷底，水由液态变为固态，是凝固现象，凝固放热，故D不合题意。
故选A。
(2)[2]气温较高的时候，冷风扇的上部放入冰块，冰在变成水的过程中从空气中吸热，降低教室内的温度，水又在扇内循环，由于水的比热容较大，水在吸热时升温慢，所以冷风扇能吹出冷风；
(3)[3]在时间t内风扇消耗的电能为
W电＝UIt
电流产生的热量为
Q＝I2Rt
则风扇的效率（电能转化为机械能的效率）
(4)[4]2h冷风扇消耗的电能为
W'＝Pt＝300W×7200s＝2.16×106J
由题意知道，无烟煤燃烧产生的热量为
由Q＝mq知道，无烟煤的质量为
18． 闪充 化学 快充 计算机的散热风扇
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]根据文中的信息可知，充电时手机的发热程度不一样，闪充温度较低，快充温度较高，所以从安全用电角度考虑，闪充理论上更加安全。
（2）[2]给手机充电时消耗了电能，电能转化成电池的化学能。
[3]给相同的电池从零到充满电时，根据焦耳定律可知，电路中的电流越大，导线上产生的热量就越多，消耗的电能就越多；快充时是小电流，所以快充理论上消耗能量更少。
（4）[4]电视机、计算机在工作时产生的热量是有害的，电视机外壳的散热窗、计算机的散热风扇可以散失热量，防止电流热效应产生的热量带来的危害。
19．（1）见解析；（2）7.8×105J
【解析】
【详解】
解：（1）由图示电路图可知，开关S闭合、S1断开时，只有电阻R1接入电路，此时电路总电阻最大，S、S1都闭合时，两电阻并联，此时电路中总电阻最小。电源电压一定，由可知，S闭合、S1断开时，电功率最小，处于保温状态；
（2）题意可知，高温挡电功率：P1=600W，由（1）知，高温挡时两电阻并联，已知：，由得
由图示图象可知
由
可得，30min内产生的热量为
答：（1）S闭合、S1断开时，电功率最小，处于低温保温状档；
（2）电饭锅在这30min内产生的热量为。
20． 热效应 不可见 16A 1260s
【解析】
【详解】
(1)[1][2]电热水器中的电热管工作时，消耗电能，转化为内能，利用了电流的热效应来工作。红外线是在红光之外的看不见的光，故红外线是不可见光。
(2)[3]由P=UI得
故应选择16A的插座。
(3)[4]电热水器中水的质量
m=Vρ水=30×10-3m3×103kg/m3=30kg
水吸收的热量
由
得
21． 半导体 720W
【解析】
【详解】
(1)[1]由图乙可知，PTC电阻的阻值随温度的变化而变化，是由半导体材料制成的。
(2)[2]由图乙可知，PTC电阻的最小阻值为10Ω，此时电热丝支路的总电阻最小，该支路中的电流最大，电热丝的发热功率最大，因串联电路中总电阻等于各部分电阻之和，电热丝支路中的电流
则电热丝的最大发热功率
(3)[3]电吹风吹冷风时，通过电动机的电流为1A，工作20s，消耗的电能
由可得，输出的机械能
电流通过电动机线圈电阻产生的热量
由可得，电动机线圈的电阻
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页