教科版初中物理九年级上6.3焦耳定律 习题（有答案）

6.3焦耳定律
知识梳理
1.焦耳定律：焦耳定律的内容是：电流通过导体产生的热量跟_ _成正比，跟 成正比，跟通电时间成正比。
2. 焦耳定律公式： （适用范围 ）， Q= =UIt （适用范围 ）
3.电热器：电热器是利用 来加热的设备，如电炉、电烙铁、电熨斗、电饭锅、电烤箱。电热器的主要组成部分是 。发热体是由 、 的电阻丝绕在绝缘材料上做成的。
基础知识
1．铭牌上均标有“220 V 100 W”的下列用电器都正常工作，在相等时间内产生热量最多的是（　　）
A．电风扇 B．日光灯 C．电视机 D．电炉
2．如图所示是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验，下列分析正确的是（　　）
A．甲、乙两次实验都应用了控制变量法
B．甲实验通电一段时间后，左侧容器内空气吸收的热量更多
C．乙实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系
D．该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反映电阻丝放出热量多少的
3．将规格都是“220 V 180 W”的一台电冰箱、一台电脑和一床电热毯，分别接入同一家庭电路中，若通电时间相同，则下列说法正确的是（　　）
A．电冰箱产生的热量最多 B．电脑产生的热量最多
C．电热毯产生的热量最多 D．三者产生的热量一样多
4．小明家有一个额定功率为1000 W的电热泡茶壶，它将1.25 kg温度为20 ℃的水加热至100 ℃，壶内的水吸收的热量为 　 　J；若不计热量损失，该电热泡茶壶需要正常工作
　 　 min[水的比热容为4.2×103 J/（ kg ℃）]。
5．如图所示的自制便携式封口机，使用电压为3 V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。
重难点突破
6．用阻值分别为R1、R2、R3的三根电热丝组成如图所示电路，且R1＝R2＜R3，实验探究“影响电流热效应的因素”，下列说法正确的是（　　）
A．图甲可以探究电流热效应跟电阻的关系
B．图乙可以探究电流的热效应跟电流的关系
C．图丙可以探究电流的热效应跟通电时间的关系
D．图丙可以探究电流的热效应跟电流、电阻的关系
7．如图所示，物理实验小组探究“电流通过导体产生热的多少与什么因素有关”的实验装置，两个透明容器中封闭着等量的空气，且都有一段电阻丝，将透明容器与U形管相连，接入电路。以下说法正确的是（　　）
A．如图是探究导体产生的热量与电流大小是否有关的装置
B．实验中通过观察U形管液面高度差的变化反映密闭空气温度的变化
C．左右两个电阻产生的电热之比为1：2
D．左右两个电阻上通过的电流不相等
8．如图所示电路中，已知R1＞R2，电源电压U保持不变，在相同的时间内四个电路中总共放出的热量最多的是（　　）
A． B．
C． D．
9．如图所示电路，电源电压保持不变，当开关S1、S2同时闭合时，电流表的示数是0.4 A，电压表的示数是8 V。若电流表与电压表互换位置，当开关S2闭合、S1断开时，电流表示数是0.1 A，则R1的阻值为 　 　Ω，R2的阻值为 　 　Ω，通电5 min两个电阻产生的热量是 　 　J。
10．在学习电流的热效应时，小明想探究“电流产生的热量是否与电阻大小有关”，他应该选用图中　 　（选填“甲图”或“乙图”）所示的电路进行实验。此实验中小明是根据玻璃管中液柱的高度来判断电流产生热量的多少的，这种研究方法叫做　 　。如果乙容器右端升高4格，则左端升高　 　格。
能力提升
11．小金利用如图装置来研究电热跟哪些因素有关，甲、乙两瓶中煤油的质量与初温都相同，瓶中电阻丝的大小关系为R1＞R2，以下说法不正确的是（　　）
A．通电后，乙瓶中的液面升高得快
B．不选择水来做实验，是因为煤油的比热比水小
C．煤油吸热的多少是通过玻璃管内的液面变化来反映的
D．烧瓶和玻璃管相当于液体温度计
12．如图是“兴趣”实验小组同学们探究电流产生热量与哪些因素有关的实验装置。两个透明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．实验是为了研究电流产生的热量与电流的关系
B．实验通电一段时间后，左侧容器内空气吸收的热量较少
C．实验通电一段时间后，左、右两侧 U形管中液面高度相同
D．右侧容器外并联的5 Ω电阻是多余的，应去掉该电阻
13．某家用电热壶有“加热”和“保温”两个挡位，其简化电路如图所示，R1、R2为电热丝，其中R1＝1050 Ω，“加热”挡功率为968 W。当开关接“2”时，电热壶为 　 　挡位，此时通电2分钟，电流通过R2产生的热量为 　 　。
14．如图是研究“电流通过导体产生的热量和 　 　大小的关系”的实验，通电相同的时间，R1产生的热量 　 　（选填“大于”、“小于”或“等于”）R2产生的热量。若通过R2的电流为0.5 A，则通电1 min后R1产生的热量为 　 　J。
15．图甲是具有高温、低温两挡的电热饭盒，电阻R1＝200Ω，简化电路如图乙所示，R1、R2均是发热电阻，且R2的阻值是R1的4倍。求：
（1）高温挡功率是多少？
（2）高温挡加热10 min，不计热量损失，可以将2 kg饭菜升高的温度是多少？[饭菜的比热容取3×103 J/（ kg ℃）]
（3）如果低温挡工作时的实际功率是40 W，则实际电压是多少？
参考答案与解析
知识梳理
1. 电流的平方 导体的电阻
2. Q=I2Rt 所有电路 t 纯电阻电路
3.电流热效应 发热体 熔点高 电阻大
基础知识
1．【解答】解：电风扇工作时把电能转化为机械能和内能；日光灯工作时把电能转化光能和内能；电视机工作时电能转化为声能、光能等；电炉工作时把电能转化为内能；
由铭牌可知，四种用电器的额定功率相等，它们正常工作时，在相等时间内消耗的电能相等，故在电功率相同、通电时间相同时，电炉工作时产生的热量最多。
故选：D。
2．【解答】解：
A.Q与I、R及t有关，甲实验电阻丝串联，电流和通电时间相等，是探究电热与电阻关系的；乙实验中右侧电阻丝并联一个电阻丝后与左侧电阻丝串联，电阻和通电时间相等，是探究电热与电流关系的，都用到控制变量法，故A正确。
B.甲实验两电阻丝串联，则通过电阻丝的电流和通电时间相同，右侧电阻阻值大，由焦耳定律Q＝I2Rt可知，右侧电阻产生热量多；则右侧容器内空气吸收的热量多，故B错误；
C.乙实验，右侧电阻丝与另一电阻丝并联，故左右空气盒中电阻丝的电阻和通电时间相同，但通过电阻的电流不同，所以研究电流产生的热量与电流的关系，故C错误；
D.实验中通过U形管液面的高度差来判定电流产生热量的多少，故D错误。
故选：A。
3．【解答】解：家庭电路中，各个用电器两端的电压相同，U＝220 V，三种用电器的实际功率：P实＝P额＝180 W；
根据W＝Pt，用电器工作时间t相等，三种用电器消耗的电能相同；电冰箱与电脑工作时，主要把电能转化为机械能或其他形式的能，产生的热量很小，电热毯工作时电热丝产生热量，把电能全部转化为热量；产生热量最多的是电热毯。
故选：C。
4．【解答】解：水吸收的热量为：
Q＝cm△t＝4.2×103 J/（ kg ℃）×1.25 kg×（100 ℃﹣20 ℃）＝4.2×105 J；
不计热量损失，该电热泡茶壶消耗的电能W＝Q＝4.2×105 J，
根据P可得需要正常工作的时间：
t420 s＝7 min。
故答案为：4.2×105；7。
5．【解答】解：电流通过电阻，因为电流的热效应，电阻发热产生热量，温度升高，实现高温封口；
电阻产生的热量Q90 J；
由公式Q可知，电压不变，要减小电阻产生的热量，应增大R的阻值。
故答案为：热效应；90；大。
重难点突破
6．【解答】解：电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间有关，探究电流通过导体产生的热量与其中一个因素的关系时，应改变该因素，而控制另外两个因素相同；
A.图甲中R1和R2串联，通过的电流相同，通电时间相同，且R1＝R2，因此不能探究电流热效应跟电阻的关系，故A错误；
B.图乙中R1和R3串联，通过的电流相同，通电时间相同，且R1＜R3，因此是探究电流热效应跟电阻的关系，故B错误；
CD.图丙中是只有R1的简单电路，通过电流和电阻均相同，通电时间可以通过开关控制，因此可以探究电流的热效应跟通电时间的关系，故C正确，D错误。
故选：C。
7．【解答】解：
AD.图中，两个电阻串联在电路中，通过两个电阻的电流相同，通电时间相同，电阻不同，探究的是导体产生的热量与电阻大小是否有关，故AD错误；
B.根据转换法可知，实验中通过观察U形管液面高度差的变化反映密闭空气温度的变化，故B正确；
C.由图可知，左侧的电阻值是右侧电阻值的2倍，电流和通电时间相同，根据Q＝I2Rt可知，左右两个电阻产生的电热之比为2：1，故C错误。
故选：B。
8．【解答】解：两个电阻串联时，总电阻等于各分电阻之和，总电阻越串越大，大于任何一个分电阻；
并联时，总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和，总电阻越并越小，小于任何一个分电阻；
由题知，R1＞R2，所以四个选择中电路的总电阻关系为RB＞RC＞RD＞RA；
电源电压U和通电时间t相同，根据Q＝Wt可知，总共放出的热量关系为QA＞QD＞QC＞QB。
故选：A。
9．【解答】解：
（1）当开关S1、S2同时闭合时，两电阻并联，电流表测R1支路的电流，电压表测电源电压；
由于电压表示数是8 V，则电源电压：U＝8 V；
由于并联电路中各支路两端的电压相等，根据I可得，R1的阻值：R120 Ω；
（2）两表互换位置，当开关S2闭合、S1断开时，两电阻串联，电流表测电路中电流；
根据I可得，电路中的总电阻：R80 Ω，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，电阻R2的阻值：R2＝R﹣R1＝80 Ω﹣20 Ω＝60 Ω；
（3）通电5 min两个电阻产生的热量是：Q＝W＝UI't＝8 V×0.1 A×5×60 s＝240 J。
故答案为：20；60；240。
10．【解答】解：探究电流产生的热量与电阻的关系时，应该改变电阻并保证电流和通电时间相同，乙图两电阻串联接入电路，通过它们的电流相等，故选乙；
该实验中电流通过导体产生热量的多少是通过玻璃管中液柱的高度来判断的，这种方法称为转换法；
串联电路各处电流相等，由焦耳定律可得左右两侧产生热量之比为：，
因为乙容器右端升高4格，则左端升高2格。
故答案为：乙图；转换法；2。
能力提升
11．【解答】解：A.由图可知，两个电阻是串联的，电流相等，通电时间相等，电阻R1＞R2，根据焦耳定律Q＝I2Rt可知，甲瓶中电阻丝产生的热量多，所以甲瓶中液面升高得快，故A不正确；
B.为了在较短的时间内达到明显的实验效果，小金选用煤油不用水做实验，是因为煤油的比热容小于水的比热容，吸收相同的热量时，煤油的变化温度比较大，故B正确；
C.在实验中，甲、乙两瓶中的煤油受热时间相同，所以煤油吸热的多少是通过玻璃管内的液面升高的高度来反映的，故C正确；
D.由图可知，烧瓶中装满煤油，煤油受热后体积增大，玻璃管中液面上升，与液体温度计的工作原理相同，故烧瓶和玻璃管相当于液体温度计，故D正确。
故选：A。
12．【解答】解：AD.右侧容器内的电阻丝与另一电阻并联，再与左侧容器内电阻丝串联，两个容器内电阻丝的阻值和通电时间相同，由并联电路电流特点可知，通过左侧容器内电阻丝的电流大于通过右侧容器内电阻丝的电流；
两容器中的电阻是相同的，但电阻通过的电流是不同的，所以此实验是为了探究电流产生的热量与电流的关系，故A正确，D错误；
BC.两容器内电阻丝的阻值相同，左侧容器中的电阻丝在干路上，而右侧容器中的电阻丝在支路上，由并联电路电流的规律，通过左侧容器内部电阻丝的电流大于通过右侧容器内部电阻丝的电流，通电一段时间后（通电时间相同），根据Q＝I2Rt可知，左侧容器内电阻丝产生的热量多，故左侧容器内空气吸收的热量更多，因此左侧U形管中液面的高度差比右侧的大，故BC错误。
故选：A。
13．【解答】解：由P可知，电压一定时，总电阻越小，电功率越大，此时为加热挡；总电阻越大，电功率越小，此时为保温挡；
当开关S接1时，电路中只有R2，总电阻最小，此时是加热挡，由P可知R2的阻值为：R250 Ω；
当开关S接2时，R1和R2串联，总电阻最大，此时是保温挡；
由串联电路电阻特点和欧姆定律可知此时电路中的电流为：I0.2 A，
则R2产生的热量为：Q2＝I2R2t＝（0.2A）2×50 Ω×2×60 s＝240 J。
故答案为：保温；240 J。
14．【解答】解：由图知，右边容器中的两5 Ω的电阻丝并联再与左边容器中5 Ω电阻丝串联，
串联中电流处处相等，并联电路干路电流等于各支路电流之和，所以，I1＞I2，
因为R1＝R2＝5 Ω，所以该实验是探究电流通过导体产生的热量和电流大小的关系，根据Q＝I2Rt可知，相同时间内R1产生的热量大于R2产生的热量；
若通过R2的电流为0.5 A，R3＝R2＝5 Ω，并联电路各并联支路两端电压相等，由欧姆定律可得通过R3和R2的电流相等，
并联电路干路电流等于各支路电流之和，则通过电阻R1的电流为：I＝I2+I3＝0.5 A+0.5 A＝1 A，
通电1 min后R1产生的热量为：Q＝I2R1t＝(1 A)2×5 Ω×60 s＝300 J。
故答案为：电流；大于；300。
15．【解答】解：（1）由图知，开关S接2时，电路为R1的简单电路，电路的总电阻最小，电路的总功率最大，电热饭盒处于高温挡；
高温挡的功率：P高＝UI242 W；
（2）高温挡加热10 min电热饭盒放出的热量：Q放＝W＝P高t＝242 W×10×60 s＝1.452×105 J；
由于不计热损失，Q吸＝Q放＝1.452×105 J；
由Q吸＝cmΔt可知，饭菜升高的温度：Δt24.2 ℃；
（3）开关S接1时，两电阻串联，电路的总电阻最大，电路的总功率最小，电热饭盒处于低温挡；
由于R2的阻值是R1的4倍，则电路中的总电阻：R＝R1+R2＝200 Ω+800 Ω＝1000 Ω；
由P可知，实际电压：U实200 V。
答：（1）高温挡功率是242 W；
（2）高温挡加热10 min，不计热量损失，可以将2 kg饭菜升高的温度是24.2 ℃；
（3）如果低温挡工作时的实际功率是40 W，则实际电压是200 V。
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