沪科版物理九年级全一册同步提优训练：16.4 科学探究：电流的热效应（word版有答案解析）

第四节　科学探究:电流的热效应
　　　　　　
1.(2021北京)下列四种用电器中,利用电流热效应工作的是 (　　)
A.电冰箱 B.电视机
C.电脑 D.电热水壶
2.(2020娄底)下列事例,属于防止电流热效应产生危害的是 (　　)
A.养鸡场使用电热孵化器孵小鸡
B.家里使用电热水壶烧水
C.小明妈妈用电熨斗熨衣服
D.电脑温度过高时,风扇会及时启动,给电脑降温
3.一台“220 V　60 W”的电风扇、一盏“36 V　60 W”的白炽灯和一个“110 V　60 W”的电加热器各自在额定电压下工作,比较它们在相同通电时间内产生的热量 (　　)
A.电风扇最多 B.电加热器最多
C.白炽灯最多 D.三者一样多
　　　　　
4.如图甲、乙所示是探究电流通过导体时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。
(1)实验中,用　　　　　　　　　　反映密闭空气温度的变化。
(2)用如图图甲所示的装置可探究电流产生的热量与　　　　的关系,通电一段时间后,　　　 (选填“左”或“右”)侧容器中电阻产生的热量多。
(3)用如图图乙所示的装置可探究电流产生的热量与　　　　的关系,通电一段时间后,　　　　 (选填“左”或“右”)侧容器中电阻产生的热量多。
(4)该实验中用到的研究物理问题的方法是　　　　法和　　　　　　　法。
(5)某同学将两段阻值不同的电阻丝R1、R2分别密封在两个完全相同的烧瓶中,设计了如图图丙所示的装置,装入烧瓶的煤油质量相等,利用图丙装置可探究电流通过导体时产生热量与　　　　 的关系,烧瓶中用煤油而不用水是因为　 。
(6)若用如图图甲所示装置替代如图图丙所示装置演示,请对比图甲、丙中的装置,评价一下图甲中装置的优点: 　。
　　　　　
5.(2020株洲)如图所示,长度、横截面积相同,材料不同的两个长方体电阻串联在电路中,其阻值分别为R1=20 Ω,R2=4 Ω,在它们表面涂上厚度相同的蜡,闭合开关,通电一段时间后,我们观察到 (　　)
A.R1上的蜡熔化得快
B.R2上的蜡熔化得快
C.R1、R2上的蜡熔化得一样快
D.无法比较蜡的熔化快慢
6.新的国家标准对延长线插座配用电缆的导线横截面积要求进行了修改,额定电流16 A的延长线插座,导线最小标称横截面积由1 mm2提升到1.5 mm2。增大导线横截面积的目的是 (　　)
A.增大导线的电阻
B.减小通过导线的电流
C.增大导线的电压
D.减小导线发热的功率
7.(2020齐齐哈尔)新冠疫情期间,小征的爸爸是一名志愿者,每天结束忙碌的工作后,为了小区群众的安全,义务到小区门卫岗亭值夜班,岗亭里没有暖气,为了给爸爸取暖,小征把家里的电取暖器(如图所示)送到岗亭让爸爸使用,接通电源工作一段时间后,小征发现电阻丝热得发红,而连接电阻丝的导线却不怎么热。请你根据学过的物理知识,帮助小征解释产生此现象的原因。
　　　　　　　
8.(2020安徽)如图所示的电路中,电源电压U=9 V,电阻R1=200 Ω,R2=100 Ω,则通电1 min该电路产生的热量为　　　　J。
　
9.两根电热丝,电阻之比为2∶1,若把它们串联接在电路中,相同时间内产生的热量之比为　　　　;若把它们并联接在电路中,相同时间内产生的热量之比为　　　　。
10.(2020天水)现有两电热丝,甲标有“10 Ω　1 A”,乙标有“15 Ω　0.6 A”,把它们并联起来,通电10 s后,甲、乙两电热丝产生的总热量最多是　　　　J。
11.电动机是一种使用广泛的动力机械,从能量转化的角度来看,它主要是把电能转化成机械能,还有一部分在线圈内以热量的形式散失掉。现有一台电动机,当它两端的电压为220 V时,通过电动机的电流为50 A。求:
(1)该电动机每分钟消耗的电能。
(2)若该电动机线圈的电阻为0.4 Ω,则线圈每分钟产生的热量为多少。
(3)这台电动机输出机械功的效率。
题后反思
　　　在纯电阻电路中,电流所做的功全部用来产生热量,即Q=W=UIt =I2Rt=t。在非纯电阻电路中,电流所做的功大于电流通过导体产生的热量,即 W>Q,电流所做的功用 W =UIt计算,电流通过导体产生的热量用Q =I2Rt计算。
12.如图所示,电动机M的线圈电阻为0.5 Ω,当开关断开时,电流表示数为1 A;当开关闭合时,电流表示数为3 A。求:
(1)电阻R的阻值。
(2)电动机的机械功率。
(3)电动机工作2 min,电动机线圈产生了多少热量。
　
答案解析
第四节　科学探究:电流的热效应
1.D　2.D　3.B
4.(1)U形管中液面高度差　(2)电阻　右　(3)电流　左
(4)转换　控制变量　(5)电阻　煤油的比热容较小
(6)图甲装置加热空气,空气比煤油受热膨胀程度更大,现象更明显;加热空气更安全
解： (1)据实验装置可知,电流通过导体产生热量使得容器中的空气受热膨胀,从而导致U形管中的液面高度发生变化,虽然热量的多少不能直接观察,但可以通过U形管液面高度差的变化来反映。
(2)在如图图甲所示装置中,将容器中的电阻串联起来接到电源两端,通过它们的电流I与通电时间t相同,可以探究导体产生的热量与电阻的关系;两电阻串联,则通过电阻的电流和通电时间相同,右侧电阻的阻值大,由焦耳定律Q=I2Rt可知,右侧电阻产生热量多。
(3)在如图图乙所示装置中,两个5 Ω的电阻并联后与一个5 Ω的电阻串联,根据串联电路的电流特点可知,右端两个电阻的总电流和左端电阻的电流相等,即I右=I左,两个5 Ω的电阻并联,根据并联电路的电流特点知I右=I1+I2,两电阻阻值相等,则支路中电流相等,I1=I2,所以右边容器中通过电阻的电流是左侧通过电阻电流的一半,故可以探究导体产生的热量与电流的关系;由焦耳定律Q=I2Rt可知,左侧电阻产生热量多。
(4)通过U形管液面高度差的变化来反映电阻产生热量的多少,这种物理研究方法叫转换法;探究电流通过导体时产生热量的多少与什么因素有关时采用的物理研究方法是控制变量法。
(5)在如图图丙所示装置中装入烧瓶的煤油质量相等,两个电阻串联接入电路中,通过两电阻的电流和通电时间相同,但电阻不同,可以探究电流通过导体时产生热量与电阻的关系;因为煤油的比热容比水的比热容小,相同质量的煤油和水比较,吸收相同的热量,煤油温度升高得多,用煤油做实验效果更明显,便于观察。
(6)采用如图图甲所示装置加热时,空气受热,空气比煤油受热膨胀程度更大,现象更明显,且加热空气更安全。
5.A　
6.D　解： 延长线的材料和长度相同时,增大导线横截面积可以减小导线的电阻,故A错误;通过导线的电流与插座上用电器消耗的电功率有关,故B错误;在通过导线的电流一定时,导线的电阻减小,由U=IR可知,可以减小导线两端的电压,故C错误;在通过导线的电流一定时,导线的电阻减小,由P=I2R可知,可以减小导线发热的功率,故D正确。
7.电阻丝和导线串联,通过的电流相等,但电阻丝的电阻比导线的电阻大得多,根据Q=I2Rt,在电流和通电时间相同时,电阻越大,产生的热量越多,所以电阻丝热得发红,而连接电阻丝的导线却不怎么热。
8.16.2　9.2∶1　1∶2
10.135　解： 由I=可得,两电热丝两端允许加的最大电压:U甲=I甲R甲=1 A×10 Ω=10 V,U乙=I乙R乙=0.6 A×15 Ω=9 V,因并联电路中各支路两端的电压相等,所以,两电热丝并联时,电路中的最大电压U=U乙=9 V;两电热丝并联的总电阻:R===6 Ω,通电10 s后,甲、乙两电热丝产生的总热量最多为Q=W=t=×10 s=135 J。
11.(1)该电动机每分钟消耗的电能:
W=UIt=220 V×50 A×60 s=6.6×105 J。
(2)线圈每分钟产生的热量:
Q=I2Rt=(50 A)2×0.4 Ω×60 s=6×104 J。
(3)这台电动机每分钟所做的机械功:
W机械= W-Q=6.6×105 J-6×104 J=6×105 J,
则这台电动机输出机械功的效率:
η=×100%=×100%≈90.9%。
12.(1)由图可知,当开关断开时,电路中只有电阻R工作,电源电压为U=10 V,IR=1 A,
则电阻R的阻值:R===10 Ω。
(2)当开关闭合时,电阻R和电动机M并联,I=3 A,IR=1 A,则通过电动机的电流为IM=I-IR=3 A-1 A=2 A,则电动机的总功率为P=UIM=10 V×2 A=20 W,又因为电动机M线圈的电阻r=0.5 Ω,所以电动机的发热功率:P热=r=(2 A)2×0.5 Ω=2 W,则电动机的机械功率:P机械=P-P热=20 W-2 W=18 W。
(3)电动机线圈产生的热量:
Q=P热t=2 W×120 s=240 J。