粤沪版物理九年级上册同步练习：15.4　探究焦耳定律（Word有答案）

15.4　探究焦耳定律
知识点 1　电流的热效应
1.电饭煲的工作原理是电流的　 　效应。利用电饭煲煮饭时,将　　　能转化为　　　能。
2.电风扇、电烙铁和电动机上都标有“220 V　160 W”字样,它们都在额定电压下工作相同时间,产生热量最多的是(　　)
A.电风扇 B.电动机
C.电烙铁 D.一样多
知识点 2　通电导体放出热量的影响因素
3.在“探究影响电流热效应因素”的实验中:
(1)为了探究电热器产生的热量与电流的关系,小明设计了如图所示的装置,小明先测量烧瓶内液体的温度后,闭合开关,通电30 s再测量烧瓶内液体的温度,得到温度的升高量填入表中;然后移动滑动变阻器滑片改变电流大小,重复上述操作,获得第二组数据(见表)。
实验次数 电流/A 通电时间/s 电阻/Ω 温度升高量/℃
1 0.3 30 10 1.5
2 0.6 30 10 6.0
由此得出:同一导体,在通电时间相等时,电流　　(选填“越大”或“越小”),其产生的热量越多。
(2)若要探究电热器产生热量与电阻的关系,应保持电流和通电时间相等,同时选择图乙中　　
(选填“A”或“B”)烧瓶与图甲中的烧瓶　　　　(选填“串联”或“并联”)。
知识点 3　焦耳定律及其计算
4.1840年英国物理学家　　　　最先确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系,可用公式　　　　表示。由公式可知,当电流和时间一定时,电流通过导体产生的热量与电阻成　　　　(选填“正比”或“反比”)。
5.某导体的电阻是3 Ω,当通过2 A的电流时,1 min内产生的热量是　　　　J。
6.如图示,电动机M的线圈电阻为0.8 Ω,电阻R的阻值为4 Ω,当电阻R两端电压为4 V时,电动机正常运转,电动机线圈每分钟产生的热量是　　　　。
7.两个电阻的阻值R1∶R2=2∶3,把它们串联在电路中,则在相同时间内产生的热量之比Q1∶Q2=　　　　;把它们并联在电路中,则在相同时间内产生的热量之比Q1'∶Q2'=　　　　。
8.如图示的电路中,电源电压保持不变,电阻R2的阻值为15 Ω。闭合开关S后,电流表的示数为1 A,通过电阻R2的电流为0.4 A。求:
(1)电源电压。
(2)通电10 s,电流通过电阻R1产生的热量。
知识点 4　电热的利用与防止
9.在炎热的夏天,电视机连续使用较长时间后,要停一会儿;但如图果长期停止使用,隔一段时间要通电一次。前者是为了　　　　　,后者是为了　　　　　　　　　　　　　　　　。
10.如图示,阻值为R的电阻丝,用四种方法分别接在电压为U或2U的电源上。闭合开关后,在相同时间内虚线框里的电阻丝产生的总热量最多的是 (　　)
11.一只电烙铁标有“220 V　40 W”字样,在额定电压下通电10 min,产生的热量是　　　　J。
12.[2020·威海] 一款家用电煮锅有加热和保温两个挡位,工作电路如图示。当开关S1闭合、S2　　　　(选填“断开”或“闭合”)时,处于加热挡位。若加热时电路中电阻为42 Ω,电路中电流为5 A,加热2 min,不计能量损失,能使质量为2 kg的水从20 ℃升高到　　　　℃。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
13.[2019·南充] 如图示,灯L标有“4 V　2 W”字样,R=20 Ω,闭合开关S时,灯L正常发光(忽略温度对灯丝电阻的影响),电流表示数为　 A,通电1 min电路中产生的热量为　　　　J。
14.两定值电阻RA和RB中的电流与其两端电压的关系如图示,若将两电阻串联在电压为3 V的电源上,电路的总功率为　　　　W,通电一段时间后,RA和RB产生的热量之比是　　　　。
15.在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验中,某同学设计了如图示的装置,其中R1>R2,两个玻璃瓶中装有质量相等的煤油:
(1)电路中电阻丝的连接方式是为了探究　　　 　对电流产生热量的影响,通过比较
　　　　　可以比较电流产生热量的多少。
(2)闭合开关,经过一定时间,用电阻丝R1加热的煤油温度升高了ΔT1,用电阻丝R2加热的煤油温度升高了ΔT2,那么ΔT1　　　　(选填“>”“=”或“<”)ΔT2。
(3)实验中温度计升温较慢,下列方法中可以使温度计升温变快的是　　　　(填字母)。
A.适当增加煤油的质量
B.适当减小电阻丝的电阻值
C.适当减小滑动变阻器连入电路的阻值
16.[2020·泰州] 如图示是某型号电饭锅工作原理的简化电路图,电饭锅有两挡,分别是高温烧煮挡和低温焖饭挡。S1为挡位自动控制开关,R1和R2为电热丝,R1的阻值为80 Ω,高温烧煮挡的功率为660 W。求:
(1)高温烧煮时干路中的电流。
(2)电阻丝R2的阻值。
(3)电饭锅低温焖饭0.5 h消耗的电能。
考|题|展|示
17.[2020·黄石] 如图所示,两个密闭容器中分别接入电热丝R1、R2,右边容器上方接入电热丝R3,在通电时间相同的情况下,观察两个U形管中液面高度的变化。本实验根据
　　　　(选填“气体”或“液体”)的热胀冷缩来反映电流产生的热量多少。已知R1=10 Ω,R3=6 Ω,为了研究电流产生的热量与电流的关系,则R2=　　　　Ω。若将R3和R2并联后放入右边的密闭容器中,则可研究电流产生的热量与　　　　的关系。
1.热　电　内
2.C
3.(1)越大　(2)B　串联
4.焦耳　Q=I2Rt　正比　5.720
6.48 J
7.2∶3　3∶2
8.(1)电源电压:
U=U1=U2=I2R2=0.4 A×15 Ω=6 V。
(2)通过R1的电流:
I1=I-I2=1 A-0.4 A=0.6 A,
电流通过R1产生的热量:
Q1=UI1t=6 V×0.6 A×10 s=36 J。
9.散热　利用电流的热效应驱潮
10.D　 因为串联电路中电阻等于各分电阻之和,并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻的倒数之和,所以两电阻串联时电路中的总电阻最大,两电阻并联时电路中的总电阻最小,因为Q放=W=t,所以在相同时间内放出的热量最多的是D。
11.2.4×104
12.闭合　35　 由图可知,当开关S1闭合、S2断开时,该电路为串联电路,当S2闭合时,只有R1接入电路;根据串联电路的电阻关系可知,S2闭合时的总电阻较小,电源电压不变,根据P=可知,当S2闭合时为高温挡;水吸收的热量即电流产生的热量:Q吸=Q放=I2Rt=(5 A)2×42 Ω×2×60 s=1.26×105 J;则水升高的温度:Δt===15 ℃;水的末温:t=20 ℃+15 ℃=35 ℃。
13.0.7　168　 由图知R与L并联,电流表测干路电流,灯L正常发光,所以U=UR=UL=4 V,由P=UI可得,通过灯泡的电流:IL===0.5 A,由欧姆定律可得,通过R的电流:IR===0.2 A,由并联电路的电流特点可得,电流表示数:I=IL+IR=0.5 A+0.2 A=0.7 A;通电1 min电路中产生的热量:Q=W=UIt=4 V×0.7 A×60 s=168 J。
14.0.6　1∶2
由图可知,电阻RA和RB的阻值分别为5 Ω和10 Ω,将两电阻串联在电压为3 V的电源上,电路中的电流为I===0.2 A,电路的总功率为P=UI=3 V×0.2 A=0.6 W;根据Q=I2Rt得,RA和RB产生的热量之比等于电阻之比,即QA∶QB=RA∶RB=1∶2。
15.(1)电阻　温度计的示数变化　(2)>　(3)C
(1)电路中两电阻丝串联,可以控制电流和通电时间相等,电阻不同,可以探究电流产生的热量与电阻的关系;根据转换法,电阻丝放出热量的多少是通过温度计的示数变化来反映的。(2)闭合开关,因电流和通电时间相同,R1>R2,根据Q=I2Rt可知,经过一定时间,R1产生的热量多,根据Δt=可知,Δt1>Δt2。(3)适当增加煤油的质量,根据Δt=可知,升温会更慢;适当减小电阻丝电阻值,根据焦耳定律公式可知,电阻越小,产生的热量越少,升温越慢;适当减小滑动变阻器连入电路的阻值,总电阻减小,电流变大,产生的热量增多,则升温变快,故C正确。
16.(1)由P=UI得,高温烧煮时干路中的电流:I高===3 A。
(2)当开关S1和S都闭合时,两电阻并联,此时为高温烧煮挡,则通过R1的电流:I1===2.75 A,
通过R2的电流:I2=I高-I1=3 A-2.75 A=0.25 A,
R2的电阻:R2===880 Ω。
(3)当闭合S、断开S1时,为低温焖饭挡,低温焖饭挡的功率:P低温===55 W,
由P=得,电饭锅低温焖饭0.5 h消耗的电能:W=P低温t=55 W×0.5×60×60 s=9.9×104 J。
17.气体　10　电阻　 该实验装置利用容器中空气的热胀冷缩来反应电流产生热量的多少,产生热量的多少不能直接观察,可以通过U形管液面高度的变化来反映;为了研究电流产生的热量与电流的关系,需要控制电阻和通电时间相同,通过的电流不同,所以R1、R2的阻值是相同的,即R2=10 Ω;若将R3和R2并联接入右边密闭容器中,则该整体与R1串联在电路中,通过的电流和通电时间相同,但右边容器内总电阻与R1电阻不同,所以可以探究电流产生的热量与电阻的关系。