人教版初物九年级18.4焦耳定律 习题（含解析）

18.4焦耳定律
一、填空题
1. 已知定值电阻R1∶R2 =3∶4，若把它们并联在同一电路中，通电后，它们的电流之比I1∶I2=______；若把它们串联在同一电路中，通电5分钟，R1、R2产生的热量之比Q1∶Q2=______。
2. 一台标有“5 V 2.5 W”的带有USB接口的小电风扇，线圈电阻为1 Ω，正常工作1 min，消耗的电能是___________J，产生的热量是________J。该电风扇工作时把电能转化为机械能的效率是___________。
3. 如图所示，串联的两电阻丝（R1＜R2），封闭在两个完全相同的烧瓶中，并通过短玻璃管与相同的气球相连。闭合开关，通过两电阻丝的电流 ______（选填“相等”或“不相等”），一段时间后，密闭烧瓶内的空气被加热，观察到 ______（选填“A”或“B”）气球先鼓起来。
4. 如图所示，电源电压为12 V，R1=30 Ω，R2=20 Ω，通过R1的电流为______A，电路总功率为______W，通电1min后，R2所产生的热量为______J。
5. 如图甲所示，两个定值电R1和R2并联在电路中，它们的电流与其两端的电压关系如图乙所示，闭合开关S，R1和R2的阻值之比为______，相同时间内R1和R2产生的热量之比为______。
6. 如图所示的自制便携式封口机，使用电压为3V的电源，接通电路发热电阻温度升高，利用电流的______实现高温封口。阻值为1 Ω的发热电阻10 s内产生______J的热量。封口时总是把塑料袋烫坏，应将发热电阻换成阻值更______（填“大”或“小”）的。
二、选择题
7.历史上第一个成功研究热和功关系及电流的热效应，为能量守恒定律的建立奠定坚实实验基础的科学家是（　　）
A．焦耳 B．安培 C．伏特 D．欧姆
8. 下列用电器中，利用电流热效应来工作的是（　　）
A．电风扇 B．电视机 C．洗衣机 D．电炒锅
9.家用洗衣机的主要部件就是电动机，若一台洗衣机在220 V电路中正常工作时通过的电流为2 A，电动机线圈电阻为2 Ω，则每分钟电流通过线圈产生的热量为（　　）
A．480 J B．1.452×106 J C．2.64×104 J D．880 J
10. 已知一电动机的内阻（转子线圈的电阻）为R，两端电压为U时，电动机正常转动，此时通过电动机的电流为I，电动机的电功率为P，当工作时间为t，电动机内阻因为电热产生的热量可以表示为（　　）
A．UIt B．I2Rt C．t D．Pt
11. 如图是“探究电流通过导体时产生的热量跟什么因素有关”的实验装置。两个10 Ω的电阻并联后再与另一个10 Ω的电阻串联，将其中两个电阻按图示分别置于两个透明容器中，两个容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，下列说法正确的是（　　）
A．图示中实验是为了探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系
B．该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反应电阻丝放出热量的多少
C．通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差比右侧的大
D．将图示中左侧10 Ω电阻丝换成5 Ω电阻丝后，可探究电流产生的热量与电阻的关系
12. 人类进入电气化时代的重要标志是大规模使用电能。电能无法从自然界直接获取，它通常通过发电机由其他形式的能转化而来，最终通过各种用电器转化为其他形式的能。电能的生产、输送和利用，极大地促进了经济社会发展和人类文明的进步。如图为远距离输电示意图，I为输电电流，r为输电线总电阻，U为用户端的电压，则因输电线发热而损耗的电能为（t为通电时间）（　　）
A．I2rt B． C．UIt D．UIt+I2rt
13. 在如图所示的电路中，闭合开关S，电源电压恒为6 V，电流表的示数为0.5 A，电压表V 2的示数为4 V。当把滑动变阻器的滑片移至最右端时，电流表的示数为0.3 A。则下列结论正确的是（　　）
A．R1的阻值为4 Ω
B．滑动变阻器的最大电阻值为160 Ω
C．电路消耗的最小总功率为0.18 W
D．当滑动变阻器的滑片移至最左端时，在10 min内电流通过R1产生的焦耳热为5.4×104J
14. 空气污染指数（API-Air Pollution Index的英文缩写）越高，空气污染越严重。如图甲是一个空气污染指数检测仪的原理图。R为气敏电阻，其电阻的倒数与KPI的关系如图乙所示，已知电源电压12V保持不变，R0=5Ω，下列说法不正确的是（　　）
A．当空气污染加重时，气敏电阻R的阻值将减小
B．当电压表的示数为4 V时，气敏电阻R0的阻值为10 Ω
C．当电压表的示数为4 V时，2 min内R0产生的热量是576J
D．当电路中电流是1.2 A时，空气污染指数是50
三、实验题
15.在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验中，实验电路如图1所示，其中R1>R2。
实验一：探究电流产生的热量与电阻大小的关系；
（1）请按照图1中的电路图将图2实物图连接完整；
（2）实验电路按照图1中的电路图连接是为了控制通电时间相同和控制_______；电阻丝放出热量的多少，通过_______来进行判断。
（3）为了便于比较两根电阻丝通过电流后产生热量的多少，a、b两瓶中要装入_______相等、初温相同的同种液体。为了在较短时间内达到明显的实验效果，实验时选用煤油而不选水，是因为煤油的比热容_______水的比热容（选填“大于”、“等于”或“小于”）；
实验二：探究电流产生的热量与电流大小的关系
（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：用电阻丝R1加热的煤油，在实验一中温度升高Δt1，在实验二中温度升高Δt1′，则Δt1′_____2Δt1（选填“大于”、“等于”或“小于”），该实验说明电流产生的热量与电流大小______正比例关系（选填“成”或“不成”）。实验中，用电阻丝R2加热煤油重复以上实验步骤，也可以得出相同的结论。
（5）如果在两烧瓶中分别装入质量相等的不同液体，并接入两根阻值_______的电阻丝（选填“相同”或“不同”），就可用这个装置来探究两种不同液体的吸热性质。假设a烧瓶中液体的质量为m，瓶中电阻丝的阻值为R，测出通过它的电流为I，通电一段时间t后，温度计的示数变化量为Δt，若不计热量损失，则a液体的比热容为________（用所给出的物理量写出比热容的表达式）。
四、计算题
16.如图是某家用电炖锅的简化电路图。电源电压为220 V，R1和R2均为加热电阻。当开关S接1时为加热状态，功率为880 W；开关 接2时为保温状态，功率为220 W。试求：
（1）电炖锅保温状态下电路中的电流是多少？
（2）电阻R1的阻值是多少？
参考答案与解析
填空题
1.【答案】 4∶3 3∶4
【解析】因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，两电阻并联时通过的电流之比：；由于串联电路中各处的电流相等，所以，通电5分钟R1、R2产生的热量之比：
2.【答案】 150 15 90%
【解析】由题知，小电风扇正常工作1 min消耗的电能：W=P额t=2.5W×60s=150J：
由P=UI得，小电风扇正常工作时线圈中的电流：，正常工作1min，线圈产生的热量：Q=I2Rt=(0.5A)2×1Ω×60s=15J，该电风扇工作时把电能转化为机械能；
小电风扇产生的机械能：W机械=W-Q=150J-15J=135J，小电风扇转化为机械能的效率：
3.【答案】 相等 B
【解析】根据串联电路的电流处处相等可知，因为两电阻丝串联，则闭合开关，通过两电阻丝的电流相等；因为流经两电阻丝的电流相等，R1＜R2，根据Q=I2Rt，所以R2产生的热量较多，B气球先鼓起来。
4.【答案】 0.4 12 432
【解析】由图可知，两个电阻并联，通过R1的电流：=0.4 A；通过R2的电流：=0.6 A，电路总功率为：P=UI=U(I1+I2)=12V×(0.4 A+0.6 A)=12 W；通电1 min后，R2所产生的热量为：Q2=I22R2t=(0.6 A)2×20 Ω×60 s=432 J。
5.【答案】1：2 2：1
【解析】根据题意知道，两电阻并联，由并联电路特点知道，两电阻两端电压相等，由图乙知道，电压相同时，通过R1、R2的电流之比为2：1。由知道，电流与电阻成反比，所以R1、R2的电阻之比为1：2；通电时间相同，电压相同，由焦耳定律公式Q＝W＝UIt知道，产生的热量与电流成正比，所以，产生热量之比为2：1。
6.【答案】 热效应 90 大
【解析】封口机是利用电流的热效应工作的，在电流通过时，电路中的电阻发热温度升高从而达到工作目的；10s内，封口机产生的热量：；封口时把塑料袋烫坏是因为封口时产生的热量太多，据知，在电压和时间相同时，电阻越大，产生的热量越少，所以应将发热电阻换成阻值更大。
二、选择题
7.【答案】 A
【解析】焦耳通过实验研究了电流通过导体产生热量和电流、电阻及通电时间的关系，总结出了焦耳定律，为能量守恒定律的建立奠定坚实实验基础。故选A。
8.【答案】 D
【解析】A．电风扇主要将电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故A不符合题意；B．电视机主要把电能转化为光能与声能，不是利用电流热效应工作的，故B不符合题意；C．洗衣机主要是把电能转化为机械能，不是利用电流的热效应工作的，故C不符合题意；D．电炒锅工作时将电能转化为内能，是利用了电流的热效应来工作的，故D符合题意。故选D。
9.【答案】 A
【解析】每分钟电流通过线圈产生的热量为Q＝I2Rt＝(2 A)2×2 Ω×60 s＝480 J，故选A。
10.【答案】 B
【解析】电动机为非纯电阻，线圈产生的热量为：，电动机消耗的电能为：，电动机输出的机械能为：，故选B。
11.【答案】 C
【解析】AC．装置中两个10 Ω的电阻并联后再与一个10 Ω的电阻串联，根据串并联电路电流特点可知，右边容器中通过电阻的电流小于左边容器中的电流，探究电流通过导体产生的热量与电流的关系，左边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快；因此通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差更大，故A错误，C正确；B．该实验装置是利用U形管中空气的热胀冷缩来反应热的多少，虽然产生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，故B错误；D．将左边容器中的电阻丝换成5 Ω的电阻丝后，左右容器中的电阻和电流都不同，没有控制好变量，所以不能探究电流产生的热量与电阻的关系，故D错误。故C。
12.【答案】 A
【解析】由题知，输电电流为I，输电线总电阻为r，通电时间为t，输电导线上发热而损耗的电能：W损=Q=I2rt， 故选A。
13.【答案】 A
【解析】先确定电路是哪个电阻或者哪两个电阻的连接，是串联还是并联，再根据串并联电路电压、电流特点求出研究对象的电压、电流，根据欧姆定律列出等式，进行求解。以电源电压为不变量作为基础，利用P=U2/R 和W=Q=U2t/R进行相应电功率、焦耳热的讨论求解。
A．闭合开关S，R1与R2串联，电源电压：U=6V，电流表的示数为0.5A，表明流经R1的电流：I1=0.5A，这时电压表V 2的示数为4V。则R1的两端电压：U1=U-U2=6V-4V=2V，根据可得R1的阻值：，故A正确；B．当把滑动变阻器的滑片移至最右端时，滑动变阻器的最大电阻值为R2max，流经其的电流为I2=0.3A等于电路总电流。这时电路中R1和R2串联，电源电压：U=6V，对总电路而言利用欧姆定律有：U=I2(R1+R2)，代入数据有：6V=0.3A(4Ω+R2max），解得：R2max=16Ω，故B错误；C．电路电源电压一定，根据知道，总电阻R=(R1+R2max)最大时，电功率最小，只有R2=16Ω时电路消耗的总功率最小，，故C错误；D．当滑动变阻器的滑片移至最左端时，滑动变阻器的电阻被短路，电路只有一个电阻R1在工作。根据焦耳定律Q=I2R1t以及I=U/R1，所以R1在10min内产生的焦耳热为：，故D错误。故选A。
14.【答案】 C
【解析】由电路图可知，R与R0串联，电压表测R0两端的电压。
A． 由题知，空气污染指数越高，空气污染越严重；由图乙可知，空气污染指数越高，气敏电阻R的倒数越大，据此得出气敏电阻R的阻值将减小，故A正确，不符合题意；
B．当电压表示数为4V时，通过电阻R0的电流：I00.8A，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，R两端的电压：URU-U012V-4V8V，因串联电路中各处的电流相等，则IR=I=0.8A，由欧姆定律得R的阻值：R= 10，故B正确，不符合题意；C．当电压表的示数为4V时，2min内R0产生的热量：Q0(I0)2R0t(0.8A)25260s384J，故C错误，符合题意；D．当电路中电流为1.2A时，由I=得，电路中的总电阻为：R总10，根据串联电路的总电阻等于各分电阻之和可知气敏电阻的阻值：R'=R总—R0=10-5Ω5Ω，则 0.2-1，由图乙可知，此时空气质量指数为50，故D正确，不符合题意。故选C。
三、实验题
15.【答案】
电流相等 温度计的示数变化 质量 小于 大于 不成 相同
【解析】（2）图1中，两个电阻丝串联，通过它们的电流相等，通电时间相等；根据转换法知，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）为了便于比较两种电阻丝通过电流后产生热量的多少，甲乙两瓶中要装入质量相同、初温相同的同种液体；因煤油比水具有较小的比热容，故用煤油比用水更容易看出温度的变化。
（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；所以用电阻丝R1加热的煤油，温度升高Δt1′大于2Δt1，该实验说明电流产生的热量与电流不是正比例关系。
（5）在两烧瓶中分别装入质量相等的不同液体，并接入两根阻值相等的电阻丝，可以探究两种不同液体的吸热性质；电阻丝产生的热量Q=I2Rt，不计热量损失，液体吸收的热量：Q吸=Q=cmΔt，则：c=
四、计算题
16.【答案】（1）1A；（2）55Ω；
【解析】解：（1）由 得，电炖锅保温状态下电路中的电流是
（2）当开关接1时为加热状态，此时电路中只有电阻工作，电阻的阻值是
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