人教版物理九年级下册课课练：18.4　焦耳定律（含答案）

[第十八章　第4节　焦耳定律]
一、选择题
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.[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
3.关于电流通过导体时产生的热量,以下说法正确的是 (　　)
A.根据Q=I2Rt可知,电阻越大,相同时间内产生的热量越多
B.根据Q=I2Rt可知,在电流一定时,电阻越大,相同时间内产生的热量越多
C.根据Q=UIt可知,相同时间内,电流产生的热量与电阻无关
D.根据Q=t可知,电阻越大,相同时间内产生的热量越少
4.[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
5.电炉中的电阻丝通电一段时间后变得很烫,而连接电炉的导线却不怎么热,主要是因为 (　　)
A.通电导线的电流小于通过电阻丝的电流
B.导线的绝缘皮隔热
C.导线散热比电阻丝快
D.导线的电阻远小于电阻丝的电阻,导线上产生的热量很少
6.下列情况中,属于防止电热危害的是(　　)
A.用电熨斗熨烫衣服
B.用电饭锅煮饭
C.冬天用电暖器取暖
D.电脑机箱内有小风扇
7.为了探究电流产生的热量跟什么因素有关,某同学设计了如图图图示的甲、乙两装置。将两段阻值不同的电阻丝(R1A.图甲中R1的功率大于图乙中R1的功率
B.图甲装置可探究电流产生的热量与电阻大小是否有关
C.比较相同时间内A与C体积大小变化就可探究电流产生的热量与电流大小的关系
D.相同时间里,气球的膨胀程度由大到小的顺序为CDBA
二、填空题
8.1840年,英国物理学家　　　　最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系。通过110 Ω电阻丝的电流是2 A,产生4400 J的热量需要　　　　s。
9.一只电烙铁标有“220 V　40 W”字样,在额定电压下通电10 min,产生的热量是　　 　J。
10.如图图图示,电源电压保持6 V不变,电阻R1=10 Ω,R2=20 Ω,闭合开关S,通电30 s,则电阻R1产生的热量为　　　　J。
　11.一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380 V,线圈电阻为2 Ω,线圈中的电流为10 A,这台电动机正常工作10 s消耗的电能为　　　　　,产生的热量为　　　　,对外输出的机械能是　　　　。
链接例4、5易混辨析
12.甲、乙两定值电阻的电流与电压的关系图象如图图图示,则甲、乙两电阻的阻值之比R甲∶R乙=　　　　。若将甲、乙两电阻并联接在3 V的电源两端,相同时间内,甲、乙两电阻产生的热量之比Q甲∶Q乙=　　　　;若将甲、乙两电阻串联在电路中,电路中的电流为0.3 A,相同时间内,甲、乙两电阻产生的热量之比Q甲'∶Q乙'=　　　　。
13.小明在网上看到一个户外爱好者的取火“神器”,如图图图示,将包口香糖的锡纸剥下来,剪成中间窄、两端宽的形状,将锡纸两端搭在电池的正、负极上,由于电源短路,电流较　　　　,又由于电流具有　　　　效应,过一会儿,锡纸中间部分燃烧起来。请你解释锡纸从中间狭窄的地方开始燃烧的原因:　 　。
三、实验探究题
14.如图图图示是探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置。左右两个透明的容器中密闭着空气,两个密闭容器中都有一段电阻丝,U形管中装的是红色液体。 链接例1实验点拨
(1)a、b、c、d容器中所装空气的质量　　　　(选填“相等”或“不相等”)。
(2)图甲装置可探究电流通过导体产生的热量与　　　　的关系;图乙装置可探究电流通过导体产生的热量与　　　　的关系。
(3)若图甲、乙两次实验的电源电压及通电时间相同,则a、c两容器中电阻产生的热量之比是　　　　。
(4)若图乙中两侧U形管中液面高度变化相同,则电路故障可能是　　　　　　;若图乙中左侧U形管中液面高度变化明显,右侧U形管中液面无变化,则故障可能是　 。
四、计算题
15.如图图图所示是一种电热水龙头,图乙是其简化电路图。旋转手柄可使扇形开关S同时接触两个相邻触点,从而控制流出的水为冷水、温水或热水。已知R1、R2是电热丝,R1=22 Ω,热水挡的电功率是3.3 kW。求:
(1)S旋到温水挡时的电功率。
(2)电热丝R2的阻值。
(3)当S旋到热水挡时,1 min内电热丝R2产生的热量是多少。链接例2、3方法指导
16.[2020·青岛] 某家用电热水壶有加热和保温两挡,内部电路简化示意图如图图图所示,其中R1和R2均为阻值不变的发热电阻。某次使用该电热水壶烧水过程中,消耗的电功率随时间变化的图象如图图图图乙所示。求:[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(1)该电热水壶加热和保温时的电流之比。
(2)电阻R2的阻值。
(3)给1.2 kg的水加热,使水温从20 ℃升至80 ℃,热水壶的工作效率为90%,需要多长加热时间。
答案
1.D　
2.C　 电风扇、电视机、电烙铁的规格都是“220 V　150 W”,把它们分别接入家庭电路中,正常工作相同时间,根据W=Pt可知,三个用电器消耗的电能一样多,故C正确;电风扇和电视机只将一小部分电能转化为内能,只有电烙铁将电能全部转化为内能,故A、D错误;电烙铁是纯电阻电路,根据R=可以计算出电烙铁的电阻,而电风扇和电视机都是非纯电阻电路,不能根据R=计算出电风扇和电视机的电阻,故B错误。
3.B　 根据Q=I2Rt可知,由于没有说明电流一定,因此电阻越大,相同时间内产生的热量不一定越多,故A错误;
根据Q=I2Rt可知,在电流、通电时间一定时,电流通过导体时产生的热量与导体的电阻成正比,故B正确;
Q=UIt是导出式,只能说明纯电阻电路中电热在数值上等于电流、电压、时间的乘积,而根据焦耳定律Q=t可知,电流通过导体时产生的热量与电阻有关,故C错误;
根据Q=t可知,由于没有说明电压一定,因此电阻越大,相同时间内产生的热量不一定越少,故D错误。
4.B　 相同时间内甲、乙两电热丝产生的热量之比:
==2×=2×=。
5.D　6.D
7.A　 串联电路总电压等于各部分电路两端电压之和,所以图甲中R1两端的电压小于电源电压,并联电路各并联支路两端电压相等,所以图乙中R1两端的电压等于电源电压,由P=UI=可得图甲中R1的功率小于图乙中R1的功率,故A错误。
图甲装置中两电阻串联接入电路,串联电路中各处电流相等,故通过两电阻的电流相同,而电阻不同,故研究的是电流产生的热量与电阻的关系,故B正确。
图甲、乙中左侧装置电阻阻值相等,其两端的电压不同,由欧姆定律可知通过两电阻的电流不同,所以比较相同时间内A与C体积大小变化就可探究电流产生的热量与电流大小的关系,故C正确。
图乙装置中R1、R2并联,两电阻两端电压都等于电源电压,R1QD。
图甲装置中R1、R2串联,通过R1、R2的电流相同,时间相同时,根据Q=I2Rt可知,电阻越大产生的热量越多,因此QB>QA。
由于串联起分压作用,因此串联电路中R1、R2两端电压都小于电源电压,故由Q=t可知,QC>QA,QD>QB。
因此A、B、C、D四个气球膨胀的程度从大到小的排列顺序是CDBA,故D正确。
8.焦耳　10
1840年,英国物理学家焦耳最先精确地确定了电流产生的热量跟电流的二次方成正比、跟电阻成正比、跟通电时间成正比,表达式为Q=I2Rt,这就是焦耳定律;根据Q=I2Rt,通过110 Ω电阻丝的电流是2 A,产生4400 J的热量需要的时间为t===10 s。
9.2.4×104
10.12　 两个电阻串联,串联电路中电阻两端的电压与其电阻成正比,故R1两端的电压是2 V,30 s内R1产生的热量:Q=t=×30 s=12 J。
11.3.8×104 J　2×103 J　3.6×104 J
电动机正常工作10 s消耗的电能:W=UIt=380 V×10 A×12 s=3.8×104 J;产生的热量:Q=I2Rt=(10 A)2×2 Ω×10 s=2×103 J;对外输出的机械能:W'=W-Q=3.8×104 J-2×103 J=3.6×104 J。
12.2∶1　1∶2　2∶1　 由图象可知,当两电阻两端的电压U甲=U乙=3 V时,I甲=0.3 A,I乙=0.6 A,由欧姆定律公式I=变形可得,甲、乙两电阻的阻值分别为R甲===10 Ω,R乙===5 Ω,所以R甲∶R乙=10 Ω∶5 Ω=2∶1。将甲、乙两电阻并联后接在同一电源两端,因并联电路各支路两端的电压相等,则在相同的时间内甲、乙两电阻产生的热量之比:Q甲∶Q乙=W甲∶W乙=t∶t=R乙∶R甲=5 Ω∶10 Ω=1∶2。如图图图果将这两个电阻串联在电路中,电流处处相等,故根据公式Q=I2Rt可知,相同时间内甲、乙两电阻产生的热量之比Q甲'∶Q乙'=R甲∶R乙=10 Ω∶5 Ω=2∶1。
13.大　热　锡纸中间狭窄的地方电阻大,产生的热量多
因为锡属于金属,因此具有导电性,将锡纸条一端接在电池的正极上,另一端接在电池的负极上,形成了电源短路,此时电路中迅速产生较多热量,使温度达到锡纸的着火点而使之燃烧。锡纸中间狭窄的地方电阻较大,产生的热量较多,使温度先达到锡纸的着火点从而使之燃烧。
14.(1)相等　
(2)电阻　电流　
(3)1∶4
(4)R3断路　R2断路或R2短路或R3短路或右侧容器的气密性不好
15.(1)由图可知,热水挡时R1、R2并联,温水挡时只有R1连入电路,
温水挡时的电功率为P1===2200 W。
(2)P热水=3.3 kW=3300 W,电热丝R2的功率:P2=P热水-P1=3300 W-2200 W=1100 W;
由P=得,电热丝R2的阻值:R2===44 Ω。
(3)当S旋到热水挡时,1 min内电热丝R2产生的热量:
W2=P2t=1100 W×60 s=6.6×104 J。
16.(1)由图乙知,加热功率为P1=1600 W,保温功率为P2=400 W,根据P=UI,在电压不变时,功率与电流成正比,该电热水壶加热和保温时的电流之比:I加热∶I保温=P1∶P2=1600 W∶400 W=4∶1。
(2)当开关S接1时,为R1的简单电路;当开关S接2时,两电阻串联,由串联电路总电阻大于其中任一分电阻,根据P=可知,S接2时,总功率最小,此时为保温挡,则S接1时为加热挡,加热状态时,电路中的电阻:R1===30.25 Ω;
保温时电路的总电阻:
R串联===121 Ω;
由串联电阻的规律可得,R2的阻值:
R2=R串联-R1=121 Ω-30.25 Ω=90.75 Ω。
(3)水温从20 ℃升至80 ℃需要吸收的热量:
Q吸=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×1.2 kg×(80 ℃-20 ℃)=3.024×105 J;
加热时热水壶的工作效率为90%,即η==,需要的加热时间:t===210 s。