人教版物理九年级全一册同步提优训练：18.4　焦耳定律（含答案）

第4节　焦耳定律
题组1　电流的热效应　　　　　　　
1.[2020·福建] 下列家用电器中,利用电流热效应工作的是 (　　)
A.电风扇 B.电视机
C.电热水壶 D.电冰箱
2.[2020·娄底] 下列事例中,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.小明的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.[2021·云南] 将规格都是“220 V　150 W”的一台电风扇、一台电视机和一只电烙铁分别接入家庭电路中,正常工作相同时间,以下说法正确的是(　　)
A.三个用电器均能将电能全部转化为内能
B.根据R=可计算出三个用电器的电阻相等
C.三个用电器消耗的电能一样多
D.三个用电器产生的热量相等
题组2　影响电流产生热量的因素　　　　　　　
4.[2020·广东] 如图所示为“探究电流通过导体产生的热量跟　　　　的关系”的实验装置。实验中用U形管内液面高度差的大小来反映电流通过导体产生热量的多少,这种方法叫　　　(选填“控制变量”或“转换”)法。通电一段时间后,左侧容器内空气吸收的热量比右侧的　　　　(选填“多”或“少”)。
5.[2020·黄石] 如图所示,两个密闭容器中接入电热丝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并联接入右边密闭容器中,则可研究电流产生的热量与　　　　的关系。
6.在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验中,提供了如图所示的电路和实验器材,其中R1>R2。
实验一:探究电流产生的热量与电阻的关系
(1)请按照图甲中电路将对应实物图乙连接完整。
(2)电路中电阻丝的连接方式是为了控制　　　　　　　　　　;电阻丝放出热量的多少是通过　　　　　　　　　　　　　来进行判断的。
(3)闭合开关,经过一定时间,用R1加热的煤油温度升高了Δt1,用R2加热的煤油温度升高了Δt2,那么Δt1　　　　(选填“>”“=”或“<”)Δt2。
实验二:探究电流产生的热量与电流的关系
(4)闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,使电路中的电流变成实验一中电流的2倍,且通电时间相同。实验发现:用R1(或R2)加热的煤油,温度升高量Δt1'(或Δt2')　　　　(选填“>”“=”或“<”)2Δt1(或2Δt2),该实验说明电流产生的热量与电流　　　　正比例关系。
(5)你认为做这个实验产生误差的主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。
题组3　焦耳定律的实际应用　　　　　　　
7.电炉中的电阻丝通电一段时间后变得很烫,而连接的导线却不怎么热,主要是因为 (　　)
A.通过导线的电流小于通过电阻丝的电流 B.导线的绝热皮隔热
C.导线的电阻远小于电阻丝的电阻 D.导线散热比电阻丝快
8.在家庭电路中,有时导线长度不够,需要把两根导线连接起来,连接处电阻比别处要　　　　,在相等时间内,导线连接处发热比别处更　　　　。
题组4　电热的计算　　　　　　　
9.某阻值为4 Ω的定值电阻,通过的电流为0.5 A,则1 min内产生的热量是 (　　)
A.2 J B.30 J
C.60 J D.120 J
10.[2021·宜昌] 甲、乙两电热丝电阻之比为2∶3,通过的电流之比为3∶1,则相同时间内产生的热量之比为 (　　)
A.2∶1 B.6∶1
C.1∶2 D.1∶6
11.[2021·益阳] 某款家用茶具煮茶时的电阻为55 Ω,正常情况下通过茶具的电流是　　　A,煮一壶茶用了5 min,产生的热量为　　　J。
12.一根电炉丝断了,去掉后,仍然接在原来的电源两端,则在相同时间内产生的热量与原来产生的热量之比为　　　　。
13.近年来我国在超导领域取得了举世瞩目的成就,用超导电缆输电,可大大降低能量损耗,有一段输电线路,输电电流为200 A,输电线路的电阻为0.5 Ω,则该段电路的发热功率为　　W;若以超导电缆替代该线路输电1 h,可节约电能　　　kW·h。
14.如图所示,电源电压恒为12 V,闭合开关S,当滑动变阻器接入电路的阻值为10 Ω时,电压表的示数为10 V,此时电动机正常工作,则滑动变阻器消耗的功率是　　　　W;若电动机内部线圈的电阻为2 Ω,则通电5 min电流通过电动机内部线圈产生的热量是　　　　J。
15.[2020·杭州] 如图所示电路中,电源电压恒为9 V,灯泡L的规格为“6 V　3 W”。闭合开关,灯泡正常工作。求:
(1)电阻R的阻值。
(2)电路工作5 min,灯泡消耗的电能及电阻R产生的热量。
16.[2021·重庆] 如图所示的电路中,电源电压恒为3 V,电阻R2的阻值为30 Ω。当开关S1闭合、S2断开时,电流表示数为0.3 A,求:
(1)电阻R1的阻值。
(2)当开关S1、S2均闭合时,通电10 s电阻R2产生的热量。
17.[2020·葫芦岛] 如图所示是一款电蒸锅的简化电路图,它具有高温和低温两个挡位,高温挡加热功率为2000 W。R1、R2均为加热电阻丝,R2的电阻为72.6 Ω。求:
(1)电阻R1的阻值。
(2)电蒸锅低温挡的功率。
电动机电路是非纯电阻电路,它工作时将电能转化为机械能和内能,电热只是电功的一部分,即W>Q,这时计算电热只能用Q=I2Rt。用电器通电时如图果将电能全部转化为内能(即纯电阻电路),则Q=W=UIt=I2Rt=t。
答案
第4节　焦耳定律
1.C　解： 电风扇工作时主要把电能转化为机械能,不是利用电流热效应工作的,故A不符合题意;电视机工作时主要把电能转化为光能和声能,不是利用电流热效应工作的,故B不符合题意;电热水壶工作时把电能转化为内能,是利用电流热效应工作的,故C符合题意;电冰箱工作时主要把电能转化为机械能,不是利用电流热效应工作的,故D不符合题意。
2.D　解： 用电热孵化器孵小鸡,使用电热水壶烧水,用电熨斗熨衣服,都是将电能转化为内能,属于利用电流的热效应,故A、B、C不符合题意;电脑温度过高时,风扇会及时启动,给电脑降温,是为了防止电热产生危害,故D符合题意。
3.C
4.电阻　转换　少
5.气体　10　电阻
6.(1)如图所示
(2)电流和通电时间相等　温度计的示数变化　
(3)> (4)>　不成 (5)有热量损失
解： (1)将两电阻丝串联,变阻器左下接线柱连入电路中。
(2)电路中电阻丝的连接方式是为了控制电流和通电时间相等;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进行判断的。
(3)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。
(4)闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,使电路中的电流变成实验一中电流的2倍,且通电时间相同,根据Q=I2Rt可知,电阻丝产生的热量是原来的4倍;根据Δt=可知,用电阻丝R1(或R2)加热的煤油,温度升高量Δt1'(或Δt2') >2Δt1(或2Δt2),该实验说明电流产生的热量与电流不成正比例关系。
7.C　解： 电炉中的电阻丝跟导线串联,通过它们的电流I相等,故A错误;因为Q=I2Rt,
R电阻丝>R导线,I、t相同,所以产生的热量:Q电阻丝>Q导线,即相同时间内导线产生的热量小于电阻丝产生的热量,而与散热快慢、隔热效果无关,故C正确,B、D错误。
8.大　多
9.C　解： 1 min=60 s,1 min内产生的热量:Q=I2Rt=(0.5 A)2×4 Ω×60 s=60 J。
10.B　解： 由题意可知,R甲∶R乙=2∶3,I甲∶I乙=3∶1,由Q=I2Rt可得,在相同时间内产生的热量之比为===。
11.4　2.64×105　解： 家用茶具正常工作时两端电压为220 V,此时通过茶具的电流为I===4 A;通电5 min产生的热量为Q=I2Rt=(4 A)2×55 Ω×5×60 s=2.64×105 J。
12.5∶4 　解： 一根电炉丝的电阻与其长度成正比,当去掉后,电炉丝的电阻变为原来的,仍接在原来的电源两端,电压和通电时间不变,由公式Q=t知,电炉丝产生的热量与电阻成反比,所以现在电炉丝产生的热量是原来产生的热量的。
13.20000　20　解： 该段电路的发热功率:P=I2R=(200 A)2×0.5 Ω=20000 W=20 kW,若以超导电缆替代该线路输电1 h,可节约电能:W=Pt=20 kW×1 h=20 kW·h。
14.0.4　24
解： 由电路图可知,电压表测电动机两端电压,滑动变阻器两端电压为UR=U-UM=12 V-
10 V=2 V,则电路中电流I===0.2 A,则滑动变阻器消耗的功率为PR=URI=2 V×0.2 A=
0.4 W;由焦耳定律得:电动机内部线圈产生的热量为Q=I2RMt=(0.2 A)2×2 Ω×5×60 s=24 J。
15. (1)由电路图知,L与R串联,电压表测灯泡两端的电压,
闭合开关,灯泡正常发光,此时电路中电流:I=IR=IL===0.5 A。
电阻R两端电压:UR=U-UL=9 V-6 V=3 V,
由欧姆定律得,电阻R的阻值:R===6 Ω。
(2)由P=可得,灯泡工作5 min消耗的电能:
W=PLt=3 W×5×60 s=900 J;
电阻R工作5 min产生的热量:
Q=Rt=(0.5 A)2×6 Ω×5×60 s=450 J。
16.(1)当开关S1闭合、S2断开时,电路为R1的简单电路,电流表测电路中的电流,根据欧姆定律可得:
R1====10 Ω。
(2)当开关S1、S2均闭合时,R1和R2并联,
因为并联电路中各支路两端的电压相等,且等于电源电压,则有:
U2=U=3 V,
由欧姆定律可知,通过R2的电流:
I2===0.1 A,
所以通电10 s电阻R2产生的热量:
Q=R2t=(0.1 A)2×30 Ω×10 s=3 J。
17.(1)高温挡时,电路为R1的简单电路,高温挡加热功率为2000 W,根据P=可得,R1===24.2 Ω。
(2)低温挡时,两电阻串联,则电蒸锅低温挡的功率为P低===500 W。