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．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
2．下列四种电器中，利用电流热效应工作的是（　　）
A．电饭锅 B．电风扇
C．洗衣机 D．电视机
3．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）
4．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
5．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
6．2020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
7．随着科学技术的发展，越来越多的用电器进人了我们的生活，下列用电器主要利用电流的热效应工作的是（　　）
A．油烟机
B．电火锅
C．无人机
D．电视机
8．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
9．有一只电烙铁（内部可看成电阻丝），如果在同一个家庭电路里，要使它在相同的时间内产生的热量少些，下面几种改装方法可行的是（　　）
A．把电阻丝剪去一小段 B．更换一根较粗的电阻丝
C．与电阻丝串联一个电阻 D．与电阻丝并联一个电阻
10．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
11．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
12．某品牌智能电热毯能够根据环境温度自动实现多挡位加热，以增强人体舒适度。其等效电路简化图如图甲所示，R1、R2均为加热电阻，R1>R2，S为智能开关，可根据实际选择不同电阻接入电路。某段工作过程，加热功率随环境温度变化如图乙所示。下列说法中正确的是（　　）
A．环境温度为25℃时，开关S连接接线柱1和2
B．环境温度为35℃时，开关S连接接线柱2和3
C．开关S连接接线柱1和2，工作1h产生的热量为0.1kW h
D．开关S连接接线柱2和3，电路总电阻为484Ω
二、填空题
13．小力利用如图所示的装置探究电阻产生的热量与电流的关系，已知定值电阻，经过相同的时间，左边形管液面高度差比右边形管液面高度差_______（选填“大”或“小”）；若通过的电流为，通电时间为时，则产生的电热为 _______。
14．一只标有“6V 3W”的小灯泡，接在电源电压为8V的电路中，为使其正常发光，应_______（选填“串”或“并”）联一个电阻（小灯泡灯丝电阻不变），该电阻通电20s产生的热量是_______J。
15．如图为电能表表盘。由表盘可知，该用户同时使用的用电器总功率不能超过______W。现将一个“220V 500W”的电吹风单独接入电路使其正常工作3min，消耗的电能为______kW·h，这段时间电能表转盘转了15转，则每消耗1kW·h的电能，电能表转盘转______转。电吹风机内的电热丝和电动机是______联的，其中电热丝在工作时利用了电流的______效应。
16．如图所示是电熨斗的简化电路图，它的工作电压为220V。R1和R2均为电熨斗底板中的加热元件，R2的阻值为61.6Ω，只闭合S1时为低温挡，电功率为440W。试求：
（1）该电熨斗是利用___________来工作的。
（2）低温挡工作时，电路中的电流是多少？( )
（3）电阻R1的阻值是多少？( )
（4）高温挡的电功率是多少？( )
三、综合题
17．冬天，王丽同学买了一个额定电压是220V的电热宝来暖手，如图甲所示，她和学校科技小组的同学研究发现这是一个简易的三挡位的“电热宝”，大家画出了电热宝的电路图，如图乙所示，R1、R2都是发热电阻。将此电暖器接入家庭电路中，当S1闭合，S2接a时为中温挡，电热宝的功率为220W；当S1闭合，S2接b时为高温挡，已知此时电热宝的功率为440W。
（1）求高温挡时电路中的总电流______和R1、R2的电阻各是多少______；______？
（2）电热宝在低温挡时，开关S1______（选填“断开”或“闭合”）、S2接______（选填“a”或“b”），此时电热宝每1min放出的热量是多少______？
（3）若电热宝里面的液体是水，质量为1kg，正常工作时用高温挡从40℃加热到80℃时，用时为7min，则电热宝的效率为多少______（百分号前整数）？
18．如图甲为某电饭锅的简化电路原理图，R1和R2为定值电阻，R1=44，S为感温开关，1、2是开关连接的触点，当温度达到103℃时，S自动切换到保温状态。某次饭时，仅将电饭锅接入220V的电路，按下开关S与触点l连接，加热了16min，S自动切换到保温状态，保温时图乙所示电能表的转盘在1min内转过5转，求：
（1）①此时电能表的示数是__________中kW·h；②该电能表允许电路中接入用电器的最大功率是________W。
（2）加热状态时，电饭锅的电功率______；
（3）R2的阻值______；
（4）用电高峰时，若实际电压只有额定电压的80%，此时电饭锅加热多少分钟才能自动切换到保温状态______。
19．阅读以下材料，并回答题。
我国汽车产业由于起步晚，所以跟国际著名厂商的汽车品牌相比在燃油车方面有着不小的差距。但这些年在纯电动和混合动力汽车技术方面已经赶上国际水平，特别是国产动力电池的相关技术已走在世界前列。混合动力汽车启动时，内燃机并不工作，蓄电池通过某种方式向车轮输送能量；当需要高速行驶或蓄电池储存电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输送能量，也可以同时给蓄电池充电；当车辆需要全力加速时，内燃机和蓄电池还可以同时向车轮输送能量。
测试人员驾驶某国产品牌混合动力汽车在平直公路上匀速行驶1h，观察仪表盘，发现这段时间内汽车内燃机消耗燃油4.475kg，车速为50km/h，蓄电池组储存的能量由最大值的50%增加到70%，蓄电池组是由能量密度为，总质量为200kg的“刀片电池”组成。从汽车使用技术手册中，测试人员发现该车使用的燃油的热值，汽车行驶时所受阻力F和车速v的关系如图所示。
(1)国家正大力发展新能源汽车产业，但人们对电动汽车的安全性质疑也一直存在，主要担心电池在极端情况下是否会发生自燃事故，为了消除用户的疑虑，实验人员对该车使用的“刀片电池”进行了模拟针刺实验，利用钢针刺穿正负极板，造成______，传统的电池由于______（填公式）会瞬间发出大量的电热，而有着特殊技术的“刀片电池”则能够保证在长时间内始终保持在安全温度；
(2)根据图象，该车在测试过程中受到了阻力为______N；
(3)该车在测试过程中内燃机的牵引力所做功是______J；
(4)该车能源利用的效率为______。
20．华为“Mate20pro”不仅采用4200mAh超大容量电池，并且采用“超级快充”技术，不到半小时可把电池充达一半以上，极大方便了人们的使用。已知该电池的部分参数如表所示。
电池名称 锂离子电池
电压 3.7V
容量 4200mAh
(1)表格中的电池充满电储存的电能为多少？
(2)如图所示的两个充电器，一个标注“输出5V 600mA”，另一个标注“输出5V 4A”，其中哪一个是快速充电器？说出你的理由。
(3)有人发现，超级快充的充电线比普通手机充电线要粗一些，请你从线路安全的角度来分析为什么有这样的区别。
21．图（甲）是某电烤箱的铭牌，其中高温挡额定功率模糊不清，R1、R2两根电阻丝阻值均不变。图（乙）为其电路图。
XX牌电烤箱
额定电压 220V
额定功率 高温档 XXW
中文档 2420W
低温档 484W
电源频率 50Hz
（1）R1的电阻是______Ω；
（2）该电烤箱处于低温挡正常工作50s，R2产生的热量为______J；
（3）该电烤箱高温挡的额定功率为______W。在用电高峰时段，小明利用家中电能表（如图丙）测出了家庭电路的实际电压。他断开其他用电器开关，仅让电烤箱在高温挡下工作，电能表的指示灯闪烁90次用时36s，则此时家庭电路的实际电压是______V。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【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。
2．A
【详解】
A．电饭锅是把电能转化为热能的，利用了电流的热效应，故A正确；
B．电风扇是利用电动机带动它转动，把电能转化为机械能，利用了电流的磁效应，故B错误；
C．洗衣机是利用电动机来带动它工作，因此它是利用了电流的磁效应，故C错误；
D．电视机是利用了电流的磁效应，故D错误。
故选A。
3．C
【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。
4．A
【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。
5．C
【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。
6．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。
7．B
【详解】
A．抽油烟机利用电动机带动工作，利用了电流的磁效应，故A不符合题意；
B．电火锅是利用了电流的热效应，把电能转化为内能提高温度使食物成熟，故B符合题意；
C．无人机利用电动机带动工作，利用了电流的磁效应，故C不符合题意；
D．电视机主要将电能转化为光能和声能，不符合电流的热效应中将电能转化为内能的特性，故D不符合题意。
故选B。
8．B
【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。
9．C
【详解】
AB．电烙铁属于电热器，工作时把电能转化为内能，所以有W=Q=I2Rt，根据欧姆定律，有推导式。因此在同一个家庭电路里，要使它在相同的时间内产生的热量少些，可以增大电阻的阻值。把电阻丝剪去一小段、更换一根较粗的电阻丝，都是让电阻丝的阻值变小，故AB不符合题意；
CD．由焦耳定律Q=I2Rt可知，可以与电阻丝串联一个电阻，电路总电阻变大，通过电阻丝的电流变小，相等时间内产生的热量减少。若与电阻丝并联一个电阻，由于并联电路各支路独立工作，互不影响，所以对电阻丝产生热量的多少无影响。故C符合题意，D不符合题意。
故选C。
10．B
【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。
11．D
【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。
12．D
【详解】
A．环境温度为25℃时，观察图乙，可知，这时加热功率为100W，功率较大，根据电功率公式可知，电路的总电阻较小，观察图甲，智能开关S连接接线柱1和2时，只有电阻R1接入电路，智能开关S连接接线柱2和3时，R1和R2并联接入电路，电路的总电阻比智能开关S连接接线柱1和2时的，还要小，则环境温度为25℃时，应该是智能开关S连接接线柱2和3，故A错误；
B．环境温度为35℃时，观察图乙，可知，这时加热功率为44W，功率较小，根据电功率公式可知，电路的总电阻较大，由A解析可知，只有仅仅电阻R1接入电路时，电路的总电阻才较大，则智能开关S是连接接线柱1和2，故B错误；
C．开关S连接接线柱1和2，只有电阻R1接入电路，电路的总电阻较大，加热功率较小，为44W=0.044kW，则工作1h产生的热量为
工作1h产生的热量为，故C错误；
D．开关S连接接线柱2和3时，加热功率较大，为100W，电源电压为220V，根据电功率公式可知，电路的总电阻为
电路总电阻为484Ω，故D正确。
故选D。
13． 大 50
【详解】
[1]由实验装置图知道，三个电阻的阻值相等，都为10Ω，通电时间相等，与并联后与串联，所以通过的电流大于通过的电流，根据焦耳定律可知，左边电热丝产生的热量大于右边电热丝产生的热量，左边形管液面高度差比右边形管液面高度差大。
[2]与并联，且，根据并联电路的电压特点和欧姆定律知道，，根据串联和并联电路的电流特点知道
所以
电阻产生的热量
14． 串 20
【详解】
[1][2]由题知，电源电压大于灯泡的额定电压，所以，为使该灯泡正常发光，应串联一个电阻分压，由串联电路的电压特点可得，灯泡正常发光时串联电阻R两端电压
UR=U-UL=8V-6V=2V
因串联电路中各处的电流相等，电路中的电流
串联电阻的阻值
该电阻通电20s所产生的热量
Q=I2Rt=(0.5A)2×4Ω×20s=20J
15． 4400 0.025 600 并 热
【详解】
[1]由表盘参数可知，电能表工作电压是220V，允许通过的最大电流为20A，所以用电器总功率最大值为
P=UI=220V×20A=4400W
[2]电吹风单独接入电路，正常工作的功率为
正常工作时间是
t=3min=0.05h
所以电吹风消耗的电能为
W1=P1t=0.5kW×0.05h=0.025kW·h
[3]表盘转一圈消耗的电能为
则每消耗1kW·h的电能，电能表转盘转的圈数是
[4]电吹风机可以独立吹冷风，所以电热丝和电动机是并联的。吹热风时，电动机和电热丝都接入电路。
[5]电热丝是利用了电流的热效应工作的。
16． 电流的热效应 2A 48.4Ω 1000W
【详解】
（1）[1]电流的热效应是指电流通过导体产生热量的现象。该电熨斗是利用电流的热效应来工作的。
（2）[2]低温挡工作时，电路中的电流是
（3）[3]低温挡工作时， R1和R2串联，串联的等效电阻
电阻R1的阻值
R1=R-R2=110Ω- 61.6Ω=48.4Ω
（4）[4]高温挡时，只有R1单独工作，高温挡的电功率是
17． 2A 220Ω 220Ω 断开 a 6600 91%
【详解】
（1）[1][2][3]当S1闭合，S2接a时为中温挡，R2被短路，只有R1的简单电路，R1的阻值
当S1闭合，S2接b时为高温挡，R1和R2并联，电热宝的功率为P=440W，高温挡时电路中的总电流
R2的电功率
P2=P-P1=440W-220W=220W
R2的阻值
（2）[4][5][6]电热宝在低温挡时，开关S1断开、S2接a，R1和R2串联，由串联电路的电阻特点可知
R串=R1+R2=220Ω+220Ω=440Ω
每1min放出的热量
（3）[7]水吸收的热量
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×1kg×(80℃-40℃)=1.68×105J
消耗的电能
W=Pt=440W×7×60s=1.848×105J
电热宝的效率为
18． 5689.3 4400 1100W 440 25min
【详解】
（1）①[1]电能表的最后一位是小数位，由图乙可知，电能表的示数为5689.3kW·h。
②[2]由10（20）A可知，该电能表允许通过的最大电流为20A，则电能表允许接入用电器的最大功率
P最大=UI最大=220V×20A=4400W
（2）[3]当开关S与1连接时，电路中只有R1，电路中电阻较小，电源电压一定，由可知电饭锅的电功率较大，处于加热状态，加热电功率
P加热==1100W
（3）[4]电能表的转盘转5转时，电饭锅保温时消耗的电能
电饭锅保温时的电功率
P保温==0.1kW=100W
当开关S与2连接时，电路中R1、R2串联，电路中电阻较大，电源电压一定，由可知电饭锅电功率较小，处于保温状态，串联总电阻
R=R1+R2==484Ω
R2的阻值
R2=R-R1=484Ω-44Ω=440Ω
（4）[5]若实际电压只有额定电压的80%，即
U实∶U额=U额×80%∶U额=4∶5
设电饭锅加热t′才能自动切换到保温状态，这段时间内电流通过电饭锅产生的热量等于正常工作16min时产生的热量，由此可得
Q=W′=
t′∶t=U额2∶U实2=U额∶U实2=52∶42=25∶16
t′=×16min=25min
19． 短路 2000 68%
(1)电源短路是电流从正极流向负极的过程中，不经过任何用电器，电热公式为；
(2)由题可知测试时的车速，根据图象，找到车速对应的阻力；
(3)汽车匀速运动，处于平衡状态，由平衡条件求出汽车的牵引力，由速度公式的变形式求出汽车行驶的距离，根据公式求出牵引力做的功；
(4)燃油的质量和热值已知，根据可求出燃油放出的能量，已知蓄电池组储存的能量由最大值的50%增加到70%，可求转化成的电能，这样有效利用的能量为牵引力做的功和转化成的电能之和，最后根据效率公式求出内燃机的效率。
【详解】
(1)[1][2]用钢针刺穿正负极板时，钢针直接连接正负极，造成短路；短路时，电流很大，由电热公式可知，在电阻和通电时间一定时，电流大，产生的热量多。
(2)[3]由题可知，在测试时车速为50km/h，根据图象，在车速为50km/h时，汽车受到的阻力2000N。
(3)[4]汽车做匀速运动，由平衡条件得：汽车牵引力
F=f=2000N
由得汽车在测试过程中通过的路程为
牵引力F做的功为
(4)[5]由题意可得，蓄电池储存能量的最大值为
在测试中，转化成的电能为
有效利用的能量为
内燃机消耗燃油放出的热量为
即
内燃机的效率为
答：(2)根据图象，该车在测试过程中受到了阻力为2000N；
(3)该车在测试过程中内燃机的牵引力所做功是J；
(4)该车能源利用的效率为68%。
20．(1)55944J；(2)“5V 4A”是快速充电器；(3) 从线路安全的角度由P=I2R可知，P一定时，因为I快>I慢，所以R快【详解】
(1) 表格中的电池充满电储存的电能为
(2) “输出5V 4A”的快速充电器功率为
“输出5V 600mA”的快速充电器功率为
根据，储存相同的电能W，“5V 4A”的快速充电器所用时间更短，所以“5V 4A”是快速充电器。
(3)长度、材料、温度都相同的充电线，粗的充电线，电阻小，由焦耳定律Q=I2Rt可知，在电流、通电时间一定时，产生的热量较少，使用起来更安全。或从线路安全的角度由焦耳定律Q=I2Rt可知，Q、t一定时，因为I快>I慢，所以R快I慢，所以R快21． 20 19360 3025 200
【详解】
（1）[1]由图乙可知，当S1闭合，上面开关接b时，此时只有R1接入电路，此时电路电阻为R1；当S1闭合，上面开关接a时，R1、R2并联，由并联电路电阻特点可知，此时电路电阻为
当S1断开，上面开关接b时，R1、R2串联，此时电路的电阻为
R串=R1+R2
当S1断开，上面开关接a时，此时电路处于断路状态。根据电功率推导公式可知，当S1闭合，上面开关接b时，为中温档；当S1闭合，上面开关接a时，为高温档；当S1断开，上面开关接b时，为低温档。当电烤箱处于中温档时，电功率为2420W，则R1的阻值为
（2）[2]当电烤箱处于低温档时，该电路的总电阻为
R2的阻值为
R2=R串-R1=100Ω-20Ω=80Ω
此时电路的电流为
该电烤箱处于低温挡正常工作50s，R2产生的热量为
Q2=I串2R2t=(2.2A)2×80Ω×50s=19360J
（3）[4]该烤箱处于高温档时，电路的电阻为
高温档的额定功率为
[5]由丙图可知，电能表的指示灯闪烁90次，电路消耗的电能为
实际功率为
由可知，此时家庭电路的实际电压为
答案第1页，共2页
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