课时提升作业
焦耳定律
(30分钟 40分)
一、选择题(本大题共7小题，每小题2分，共14分)
1.(2014·北京平谷区期末)某电炉丝电阻为100Ω，通电10s产生热量4×103J，则通过电炉丝的电流是( )
A.2A B.4A C.20A D.40A
【解析】选A。本题考查焦耳定律的应用。因为Q=I2Rt，所以电流I===2 A。故选A。
2.下列用来防止电热危害的是( )
A.取暖用的电热器 B.电热水壶的金属外壳
C.电熨斗的金属外壳 D.电视机上的散热孔
【解析】选D。本题主要考查电热的防止。取 ( http: / / www.21cnjy.com )暖用的电热器是利用电热的装置，不是防止电热危害的，故A错误；电热水壶的金属外壳一方面能耐高温，另一方面导热性能好，不是用来防止电热危害的装置，故B错误；电熨斗的金属外壳是利用了金属具有良好的导热能力，不是用来防止电热危害的，故C错误；电流通过电视机时产生的热量是有害的，电视机的散热孔是用来散热的，故D正确。故选D。
3.(2014·上海闸北区一模)电熨斗通电一段时间后变得很烫，而连接电熨斗的导线却不怎么热，这主要是因为( )
A.导线的绝缘皮隔热
B.导线散热比电熨斗快
C.导线的电阻远小于电熨斗电热丝的电阻
D.通过导线的电流小于通过电熨斗的电流
【解析】选C。本题主要考查学生对焦耳定律的 ( http: / / www.21cnjy.com )了解与掌握。电热丝跟铜导线串联，通过它们的电流I和通电时间t相等，因为Q=I2Rt，R电热丝>R导线，所以产生的热量：Q电热丝>Q导线，即相同时间内导线产生的热量小于电热丝产生的热量，而与散热快慢、隔热效果无关，故C正确，A、B、D错误。故选C。
4.(2014·泰州附中期末)下面实验是研究电热与电流关系的是( )
A.把两段不同的电热丝串联后，分别放在质量和初温均相同的煤油瓶中，通电后，比较煤油瓶中的油柱上升的高度
B.把两根相同的电热丝放在质量和初温相同的煤油瓶中，通过相同的电流，通电时间不同，比较煤油瓶中的油柱上升的高度
C.把两根相同的电热丝放在质量和初温相同的煤油瓶中，分别通过不同的电流，通电时间相同，比较煤油瓶中的油柱上升的高度
D.把两根不同的电热丝并联，分别放在质量和初温相同的煤油瓶中，通电时间相同，比较煤油瓶中的油柱上升的高度
【解析】选C。本题主要考查利用控制变量法研 ( http: / / www.21cnjy.com )究电热与电流的关系。电热与电流、电阻和通电时间都有关，这里要采用控制变量的方法，保证电阻和通电时间相同，所以两根电热丝要相同，通电时间要相同，但电流不能相同。电流做功放热的多少无法直接看出，我们可以通过比较煤油瓶中油柱上升的多少来比较放出热量的多少。故选C。
5.如图所示，在四个相同的 ( http: / / www.21cnjy.com )水槽中盛有质量和温度都相同的水，现将电阻丝R1、R2(R1( http: / / www.21cnjy.com )
( http: / / www.21cnjy.com )
【解析】选D。本题考查焦耳定律的应用。由串、并联电路特点可知，串联电路电阻越串越大，并联电路电阻越并越小；由电路图及已知R16.(2013·西宁中考)如果电视机、 ( http: / / www.21cnjy.com )电烙铁和电风扇上都标有“220V，60W”的字样，它们都在额定电压下，工作相同的时间，三个用电器产生的热量是( )
A.电视机最多 B.电烙铁最多
C.电风扇最多 D.一样多
【解析】选B。本题考查热量的有关问 ( http: / / www.21cnjy.com )题。三个电器功率一样，即它们相同时间内消耗的电能一样；电视机主要是把电能转化为声能和光能，电风扇主要是把电能转化为机械能，只有电烙铁将电能全部转化为热量。故选B。
7.(2012·威海中考)如图是某 ( http: / / www.21cnjy.com )家用电热器内部电路结构示意图，其中R1、R2为加热电阻丝(R1>R2)。电阻丝有四种连接方式可使电热器提供不同的发热功率，其中发热功率最大的连接方式是( )
( http: / / www.21cnjy.com )
( http: / / www.21cnjy.com )
【解析】选D。本题主要考查发热功率大小与电路 ( http: / / www.21cnjy.com )的组装问题。本题共有4种连接方式，四个挡位，分别是电路中只有R1工作、电路中只有R2工作、两电阻丝串联、两电阻丝并联。两电阻丝串联时，功率最小；两电阻丝并联时，功率最大。D项为两电阻丝并联，故选D。
二、填空题(本大题共4小题，每空1分，共8分)
8. (2014·南京市玄 ( http: / / www.21cnjy.com )武区期末)某电饭锅内有R0=44Ω、R=2156Ω的两根电热丝，将它们接入电路。如图，当S分别置于“1”挡和“2”挡时， 挡是保温状态，当S接“2”挡时，电路中的电流大小是 ，通电100s电路产生的热量是 J。
( http: / / www.21cnjy.com )
【解析】本题主要考查电热器挡位及电热的计算。电源电压220V保持不变，当开关接1时，两电阻串联，电路电阻很大，根据欧姆定律可知，电流很小，根据P=UI，可知电路功率较小，为保温状态；当开关接2时，电阻R被短路，且R0的阻值较小，则电路中电流较大，实际功率较大，为加热状态；当接2时，根据欧姆定律可以计算电路中电流的大小I===5A，根据电热公式可以计算电路中产生的热量Q=I2Rt=(5A)2×44Ω×100s=1.1×105J。
答案：1 5A 1.1×105
9.如图所示，R1和R2 ( http: / / www.21cnjy.com )为定值电阻，R1的阻值为10Ω，将它们串联后接在电压为12V的电源上，电流表的示数为0.5A，则通电1minR2产生的热量为 J。
( http: / / www.21cnjy.com )
【解析】本题考查利用焦耳定律计算导体产生的热量。从图可知，定值电阻R1和R2串联，而I=0.5A，U=12V，所以电路中的总电阻为R===24Ω，又因为R1=10Ω，所以电阻R2的阻值为R2=R-R1=24Ω-10Ω=14Ω，而t=1min=60s，则通电1minR2产生的热量为Q=I2R2t=(0.5A)2×14Ω×60s=210J。
答案：210
10.(2014·无锡育才期末)同学们 ( http: / / www.21cnjy.com )用泡沫塑料为校运会制作吉祥物“菲菲”，同学们分别制作了三把不同的电热锯，用来切割泡沫塑料，如图所示，制作过程中他们发现这些锯子的切割能力不同。切割能力越强，证明放出的热量
(选填“越多”或“越少”)，表明电阻丝的电阻 (选填“越大”或“越小”)。
( http: / / www.21cnjy.com )
【解析】本题考查焦耳定律在实际生活中的应用。因为电热锯是利用电阻丝产生的热量来进行切割泡沫塑料的，因此切割能力越强说明放出的热量越多，由Q=t可得，在电压和通电时间一定时，电阻越小，产生的热量越多，切割能力越强。
答案：越多 越小
11.(2014·北京市朝阳区期末)在 ( http: / / www.21cnjy.com )“探究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关系”的实验中，甲、乙两瓶中电阻丝的阻值分别为R和2R，将它们浸在相同质量和相同初温的煤油中，烧瓶里各插入一个温度计，如图所示，电流通过导体产生的热量不易直接观察，本实验中通过 反映电流产生的热量多少。图中两根电阻丝是串联的，这是为了研究电流产生的热量与 的关系。
( http: / / www.21cnjy.com )
【解析】本题考查“探究电流通过导体 ( http: / / www.21cnjy.com )产生的热量跟哪些因素有关系”的实验。闭合开关，两电阻丝开始做功，产生热量，电阻产生的热量全部传给煤油，使煤油的温度升高，煤油吸收的热量Q=cmΔt，每一个烧瓶内煤油的质量、初温都相等，因此煤油吸收的热量Q，即电阻产生的热量，与煤油吸热后升高的温度
Δt成正比，因此两电阻丝产生的热量的多少 ( http: / / www.21cnjy.com )可以通过温度计的示数变化反映出来。图中两电阻丝串联，通过它们的电流相同，两烧瓶中电阻丝的阻值不同，这是为了研究电流产生的热量与电阻的关系。
答案：温度计的示数变化 电阻
三、实验探究题(本大题共3小题，共12分)
12.(4分)晓军在研究电流通过导体 ( http: / / www.21cnjy.com )产生的热量跟导体电阻的定量关系时，采用了如图所示的实验装置，该装置可以测量电流通过导体产生热量的多少。它的原理是将一根电阻丝放在密闭空气盒中，电流通过电阻丝产生的热量，可以使等质量的密闭空气受热膨胀，受热膨胀的密闭空气可以使U形玻璃管中一侧的液面升高，而液面每升高一个小格，代表电阻丝产生热量为Q。实验提供的器材：秒表、三根阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω的电阻丝、符合实验要求的电源、一个开关和若干根导线。
( http: / / www.21cnjy.com )
(1)实验中要保持通过三根电阻丝的电流大小和通电时间不变，晓军设计电路时，应该将三根电阻丝 联在电路中来进行实验。
(2)实验过程中，晓军将测得的数据记录在下面的表格中：
实验记录的数据
电阻/Ω 5 10 15
热量 第1次实验 Q 2Q 3Q
第2次实验 2Q 4Q 6Q
第3次实验 3Q 6Q 9Q
分析表中数据，晓军可以得出的结论是
。
【解析】本题考查探究电流通过导体产生的 ( http: / / www.21cnjy.com )热量与电阻的关系实验。(1)当电阻串联在电路中时，电路中通过各个电阻的电流相等，故要想控制电路中电流不变，各电阻应该串联；
(2)三个电阻串联，故电流相等 ( http: / / www.21cnjy.com )，通电时间也相等；由表格数据可知，三次实验中，三个电阻产生的热量之比等于电阻的比值；故说明：在电流、通电时间相同的情况下，电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成正比。
答案：(1)串
(2)在电流、通电时间相同的情况下，电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成正比
13.(4分)(2014·河南济源期末 ( http: / / www.21cnjy.com ))如图所示是“电流通过导体产生热量与导体电阻之间关系”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气。请回答下列问题：
( http: / / www.21cnjy.com )
(1)合上开关，经过一段时间，两电阻丝产生热量的多少是通过 反映出来的。
(2)使两电阻串联的目的是使 和通电时间都相同。
【解析】本题考查电流通过导体产生热量与导体 ( http: / / www.21cnjy.com )电阻的关系。(1)分析电路图知，电阻丝有电流流过时，电能转化为空气的内能，空气的温度升高，压强增大，产生热量多的转化为空气的内能多，温度升高得多，压强大。则U形管中两边液面高度发生变化，故可通过U形管液面高度的变化反映产生热量的多少。(2)两个电阻丝串联，则通过两个电阻丝的电流相同，且可保证通电时间相同。
答案：(1)U形管液面高度的变化 (2)电流
14.(4分)在“探究影响电流热效应的因素”活动中，小明联想到生活中以下两种现象：
现象1：电热器只有在通电时才发热。
现象2：电炉是通过铜导线接入电路中的，通电时，电炉丝发热而铜导线几乎不发热。
根据以上现象，小明猜想：影响电流热效应的因素可能有电阻大小、电流大小和通电时间。
(1)现象1主要支持以上猜想中的因素是
。
(2)如图所示，通电时电阻丝 ( http: / / www.21cnjy.com )产生的热量被液体吸收，液体的温度就会升高。我们可以通过比较 (选填“相等”或“不等”)质量的 (选填“同种”或“不同”)液体 来比较电阻丝发热量的多少。
( http: / / www.21cnjy.com )
(3)实验时若将R1和R2(R1≠R2)串联接入电路中，这样设计主要是为了研究 。
【解析】本题考查探究影响电流热效应的因 ( http: / / www.21cnjy.com )素。(1)根据焦耳定律Q=I2Rt知，电热器产生的热量与通电电流I、导体电阻R、通电时间有关，现象1主要支持以上猜想中的因素是电流大小；(2)液体吸收热量的多少与比热容、质量和升高的温度有关，所以可以通过测量相同质量的同种液体升高的温度来比较电阻产生热量的多少；(3)串联电路中各处电流都相等、通电时间相等，阻值不同产生的热量不同，实验时若将R1和R2(R1≠R2)串联接入电路中，可探究电流的热效应与电阻大小的关系。
答案：(1)电流大小
(2)相等 同种 升高的温度
(3)电流的热效应与电阻大小的关系
四、计算题(6分)
15.寒冷的冬天，小明给住在农村的奶奶买了一个如图所示的“暖手宝”，铭牌如表所示，请回答下列问题：
( http: / / www.21cnjy.com )
产品名称 暖手宝
产品货号 QB32(大号)
额定功率 440W
额定电压 220V
通电储热 5～8min
电源线长 约80cm
暖手宝直径 约200mm
(1)该“暖手宝”正常工作时通过的电流和电阻各是多少？
(2)该“暖手宝”正常工作3min产生的热量是多少？
(3)小明奶奶家离变电站较远(变电站输 ( http: / / www.21cnjy.com )出的电压为220V)，输电导线的总电阻为11Ω，当小明在奶奶家断开其他用电器只使用该“暖手宝”时，“暖手宝”消耗的实际功率是多少？(小数点后面保留一位小数，不考虑温度对电阻的影响)
【解析】本题考查电热的综合计算。(1)从表中数据可知P额=440W，U额=220V，所以I额===2 A，R===110Ω。(2)由焦耳定律得Q=I2Rt=(2A)2×
110Ω×3×60s=79200J。(3)电路总电阻为R串=R+R0=110Ω+11Ω=121Ω，通过“暖手宝”的实际电流为I实===A，则“暖手宝”的实际功率为P实=
(I实)2R=(A)2×110Ω=363.6W。
答案：(1)2A 110Ω (2)79200J (3)363.6W
【培优训练】
(2013·东营中考)某品牌家用电熨斗的 ( http: / / www.21cnjy.com )电路如图甲所示，额定电压为220V、最大功率为440W，发热部分由调温电阻R和定值电阻R0组成，调温电阻R是可变电阻，其最大阻值为110Ω。电阻值均不受温度影响。
( http: / / www.21cnjy.com )
(1)定值电阻R0的阻值是多大？
(2)该电熨斗工作时的最小功率多大？此时通过电路的电流是多大？
(3)假设电熨斗每秒钟散发的热量Q跟电熨斗温度t的关系如图乙所示，请分析得出电熨斗工作时温度的调节范围。
【解析】本题考查电热的综合计算。(1)当调温电阻R=0时，电熨斗的电功率最大，根据P=可得：R0===110Ω；(2)当调温电阻R=110Ω时，电熨斗的电功率最小，此时通过电路的电流：I===1A，电熨斗的最小电功率：P'=UI=220V×1A=220W；(3)由图乙可知：当电熨斗功率是440W时，温度最高为200℃；当功率是220W时，温度最低为90℃；故电熨斗工作时温度的调节范围为90～200℃。
答案：(1)110Ω (2)220W 1A
(3)90～200℃
【方法归纳】
( http: / / www.21cnjy.com )练基础·达标检测
1.(2014·北京朝阳区期末)如图所示，下列四种家用电器中，利用电流热效应工作的是( )
( http: / / www.21cnjy.com )
【解析】选C。本题主要考查电流的热 ( http: / / www.21cnjy.com )效应，以及电能和其他形式能的相互转化。电风扇工作时，主要把电能转化为机械能，不是利用电流的热效应工作的，故A错误；组合音响工作时，主要把电能转化为声能，不是利用电流的热效应工作的，故B错误；电暖气工作时，主要把电能转化为内能，是利用电流的热效应工作的，故C正确；电冰箱工作时，主要把电能转化为机械能，不是利用电流的热效应工作的，故D错误。故选C。
2.(2013·乐山中考)下列关于如图所示实验的说法中错误的是( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A.该实验研究的是电流的热效应
B.实验中采用了控制变量法
C.观察实验现象可知：在其他条件相同时，电阻越大产生的热量越少
D.实验中是通过观察温度计示数的高低来判断电流通过导体时产生热量的多少
【解析】选C。本题考查探究电流产 ( http: / / www.21cnjy.com )生热量的实验。该实验探究的是电流产生热量多少的影响因素，即探究的是电流的热效应，A选项正确；电流产生热量的多少，与电阻大小、电流大小和通电时间有关，研究其中一个因素对产生热量的影响关系时，需要保持另外两个物理量不变。采用的是控制变量法，B选项正确；由公式Q=I2Rt知：在电流和通电时间一定时，电热丝产生的热量与电阻成正比，电阻越大，产生的热量越多，C选项错误；实验中是通过观察温度计示数的高低来判断电流通过导体时产生热量的多少，采用的是转换法，D选项正确。故选C。
3.将两根电阻丝R1、R2分别插入甲、 ( http: / / www.21cnjy.com )乙两瓶等量煤油中，串联接入电路，R1∶R2=2∶5。通电一段时间后，R1、R2产生的热量之比为( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A.2∶5 B.5∶2 C.4∶25 D.25∶4
【解析】选A。本题考查对焦耳定律公 ( http: / / www.21cnjy.com )式的掌握。由图知，两电阻丝串联，所以通过两电阻丝的电流和通电时间相等，根据公式Q=I2Rt，则产生的热量之比等于电阻之比2∶5。故选A。
【方法归纳】判断电热与电阻的关系
( http: / / www.21cnjy.com )
4.一根60Ω的电阻丝接在36 V的电源上，通过它的电流为 A，在5 min内共产生 J的热量。
【解析】本题考查了欧姆定律和焦耳定律。根据欧姆定律可以求出电流的大小：I===0.6 A，根据焦耳定律可求得产生的热量为Q=I2Rt=(0.6 A)2×60Ω×
300 s=6 480 J。
答案：0.6 6 480
5.(2013·吉林中考)质检部门检 ( http: / / www.21cnjy.com )查发现，伪劣电热器的电源线的芯线一般比合格产品的细，使用时存在很大的安全隐患。请你用学过的物理知识解释存在安全隐患的原因。
【解析】本题考查焦耳定律的应用。导体电 ( http: / / www.21cnjy.com )阻大小跟导体的长度、横截面积、材料有关。在导体材料和长度一定时，导体越细，导体电阻越大。根据电热的计算公式Q=I2Rt知，在电流和通电时间相同时，电阻越大，电流产生的热量越多，所以容易发生火灾。
答案：在材料和长度一定时 ( http: / / www.21cnjy.com )，伪劣电热器的电源线的芯线一般比合格产品的细，则芯线电阻变大；在电流和通电时间相同时，由Q=I2Rt知，电阻越大，电流产生的热量越多，所以越存在安全隐患。
6.(2013·安顺中考)如图所示 ( http: / / www.21cnjy.com )是“探究电流通过导体产生的热量与导体电阻的关系”的实验装置，两个烧瓶中盛着等量的煤油，温度计显示煤油的温度，两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝。烧瓶A中的金属丝是铜丝，电阻比较小，烧瓶B中的金属丝是镍铬合金丝，电阻比较大。
( http: / / www.21cnjy.com )
请回答下列问题：
(1)为什么采用这种连接方式？
(2)合上开关一段时间后，两金属丝产生热量的多少是用什么来反映的？为什么？
【解析】本题考查探究电流 ( http: / / www.21cnjy.com )通过导体产生的热量与电阻的关系，采用了控制变量法和转换法。探究导体产生的热量与电阻的关系时，要控制电流的大小和通电时间相同；电流通过导体产生的热量转换成温度计的示数来表现。
答案：(1)因为电流通过导体产生的 ( http: / / www.21cnjy.com )热量与电流的大小、导体的电阻和通电时间有关，当研究电流通过导体产生的热量与导体的电阻的关系时，应控制电流和通电时间相等。两电阻串联，导体中的电流和通电时间总相等，只有电阻的大小不等，对比可探究电阻的大小对产生热量的影响。
(2)两金属丝产生的热量用煤油的温度变化来反映。导体产生的热量越多，煤油的温度升得越高。
【方法归纳】控制变量法和转换法
探究电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关的实验中主要涉及两种物理研究方法：控制变量法和转换法。
在探究电热的多少与电流的关系时， ( http: / / www.21cnjy.com )应控制两个电阻丝的阻值和通电时间相同；在探究电热的多少与电阻的关系时，要控制通过两个电阻丝的电流和通电时间相同，最好的方法是采用串联。这里就应用了控制变量法。
当要研究的一个物理量与另外几个物理 ( http: / / www.21cnjy.com )量都有关系时，为简化和方便，先研究与其中一个量的关系，而要控制其余几个量不变。这种研究问题的方法叫控制变量法。这种方法在实验数据的表格上的反映为某两次实验只有一个条件不相同，若两次实验结果不同，则与该条件有关，否则无关。反过来，若要研究的问题是物理量与某一因素是否有关，则应只使该因素不同，而其他因素均应相同。控制变量法是中学物理中最常用的方法。
另一种研究方法是转换法。实 ( http: / / www.21cnjy.com )验中电流产生的热量不能直接观察到，但热量的变化可以用温度的变化来感知。通过温度的变化多少来间接知道电流产生的热量的多少，这是转换法。
7.如图所示，电源电压为12 V，且保持不变，当只闭合开关S1时，电流表的示数是1 A，开关S1、S2同时闭合时，电流表的示数为1.5 A。求：
(1)R1电阻的大小。
(2)R2消耗的电功率是多少？
(3)S1、S2同时闭合时，通电10 s电路中产生的热量是多少？
【解析】本题考查电学的综合计算。
(1)当只闭合开关S1时，电路中只有R1，R1===12Ω。
(2)开关S1、S2同时闭合时 ( http: / / www.21cnjy.com )，R1、R2并联，电流表的示数为1.5 A，则R2的电流I2=0.5 A，R2消耗的电功率是P=UI2=12 V×0.5 A=6 W。
(3)S1、S2同时闭合时，通电10 s电路中产生的热量是Q=R1t+Pt=(1 A)2×
12Ω×10 s+6 W×10 s=180 J。
答案：(1)12Ω (2)6 W (3)180 J
【试题备选】一台电动机正常工作时，两端的电压 ( http: / / www.21cnjy.com )为220 V，通过线圈的电流为10 A。若此线圈的电阻为2Ω，则这台电动机1 h内产生的热量是多少？这台电动机的效率是多少？若这些热量全部被质量为2 kg温度为20℃的水吸收，那么水的末温是多少摄氏度？[已知气压为1标准大气压，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)]。
【解析】电动机线圈1 h产生的热量：
Q=I2Rt=(10 A)2×2Ω×3 600 s=7.2×105J；
电动机的总功率：P=UI=220 V×10 A=2 200 W，
电动机的热功率：
P热=I2R=(10 A)2×2Ω=200 W，
电动机的机械功率：
P机=P-P热=2 200 W-200 W=2 000 W，
电动机的效率：
η=×100%=×100%≈90.9%；
电动机产生的热量全部被质量为2 kg温度为20℃的水吸收，因为Q=mc(t-t0)，所以水的末温t=+t0=+20℃≈105.7℃>100℃；
在1标准大气压下，水的沸点是100℃，则水的末温是100℃。
答案：7.2×105J 90.9% 100℃
【一点通】找找你容易错在哪里
一台电风扇的电动机的额定功率为6.6 ( http: / / www.21cnjy.com ) kW，电动机线圈绕组的电阻为0.2Ω，接在220 V的电源上，求：2 min内电流通过电动机产生的热量是多少？
【学生自答】
Q=W=Pt=6 600 W×120 s=7.92×105J
答案：7.92×105J
【教师点评】
①正确之处：计算过程有基本公式，数字后有单位。
②错误之处：所用公式错误，求电流通过用电器产生的热量，公式Q=I2Rt是普遍适用的。而Q=W=Pt只适用于纯电阻电路。
【正确答案】
Q=I2Rt=()2Rt
=()2×0.2Ω×120 s
=2.16×104J
答案：2.16×104J
