18.4 焦耳定律 课时练习（含解析） 2023-2024学年物理人教版九年级全一册

18.4 焦耳定律
作业目标 对应题号 答错题号 自我评价
1.说出电流热效应在生活中的一些应用 1、3~5、12~14 很棒□ 及格□ 加油□
2.能复述焦耳定律的基本内容 2、9、10、15
3.经历实验过程,归纳出电流产生的热量跟电流、电阻大小的关系 6~8、11、16
【练基础】
必备知识1：电流的热效应
1.我们在网上冲浪离不开数据中心的服务,而数据中心全天候运行时要产生大量的热,这是把电能转化为　 　能,而一些大型公司将数据中心安装在海底可以很好地解决冷却降温问题,这利用了水的　 　的特性。
2.如图,这是我国研发的智能加热织物,该加热织物应用了电流的热效应。发现电流热效应的科学家是 ( )
A.安培 B.欧姆 C.焦耳 D.瓦特
3.将一个“220 V　100 W”的电风扇、一台“220 V　100 W”的电视机、一把“220 V　100 W”的电烙铁分别接到220 V的电源上。在相同的时间内 ( )
A.电烙铁产生的热量最多
B.电风扇产生的热量最多
C.电视机产生的热量最多
D.它们产生的热量一样多
必备知识2：电热的利用和防止
4.下列现象或装置中,①电动机外壳上装散热片;②电视机后罩有许多小孔;③长期不用的电视机,隔段时间通电一次用来驱潮;④电暖手宝;⑤电脑机箱里装有小风扇;其中利用电流热效应的是　 　,防止电热带来危害的是　 　。(填序号)
5.下列事例,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.小明妈妈用电熨斗熨衣服
D.电器的线路板用铜箔或银箔做导线减小电阻
【练能力】
关键能力1：探究“电流的热效应决定因素”
6.如图所示,两个密闭容器中分别接入电热丝R1、R2,右边容器上方再连接电热丝R3,通电相同时间,观察两个U形管中液面高度的变化。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。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也放入右边容器,连接方式不变,则可研究电流产生的热量与　 　的关系。
7.【2023石家庄月考】 如图所示,这是探究电流产生热量与哪些因素有关的实验装置,下列说法不正确的是 ( )
A.甲图装置可以用来探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻的关系
B.甲图通电一段时间后,左侧U形管中液面的高度差比右侧的小
C.乙图实验装置是为了探究电流产生的热量与电流大小的关系
D.将乙图右侧密闭容器外5 Ω的电阻也放入密闭容器中,一段时间后左右两侧U形管中液面的高度差相同
8.小明知道电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间有关。为了探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系,实验装置如图所示,三个相同的烧瓶内装有质量相等的煤油,温度计和电阻丝通过胶塞固定在烧瓶中。
(1)组装器材时,将三个烧瓶里的电阻丝串联在电路中,是为了 　。
(2)该实验是用　 　来表示电流产生热量的多少。
(3)实验开始时,三个烧瓶中煤油的初温相同,电阻丝的阻值关系为R甲(4)为缩短实验时间,小明对原实验方案进行如下修改:实验装置不变,只是烧瓶里不装煤油,而是用电阻丝直接对烧瓶里的空气加热。写出两条该实验方案的不足之处。
a: 　;
b: 　。
关键能力2：焦耳定律及其应用
9.在如图所示的电路中,定值电阻R0的阻值为20 Ω,电动机线圈电阻为2 Ω。闭合开关,电流表A1、A2的示数分别为0.8 A和0.3 A,则1 min内该电路消耗的电能为　 　J,1 min内电流通过电动机产生的热量为　 　J。
10.如图,R1=5 Ω,R2=10 Ω,电源电压为3 V,则通电10 s电流通过R1和R2产生的热量之比为　 　。
11.下列电路中,已知R1、R2为加热电阻,电源电压相等,且R1A　　B
C　　D
12.在如图所示电路中,电源电压不变,R1=10 Ω,R2=5 Ω。
(1)当只闭合开关S2,断开S1、S3时,电流表的示数为0.4 A,求电源电压;
(2)当闭合开关S1、S3,断开S2时,求通电10 s内电阻R1产生的热量。
关键能力3：多挡位用电器分析
13.如图所示,这是某种电热保暖鞋的工作原理示意图。供电电压为6 V,R1、R2的阻值分别为3 Ω、6 Ω,通过旋转扇形开关S实现高、中、低三个挡位的转换。保暖鞋在低温挡工作时开关b触点与　 　接触,它在高温挡工作1 min产生的热量是　 　J。
14.“创新”小组的同学们调查发现,雨雪天气里汽车后视镜会变模糊,影响行车安全。图为同学们设计的给后视镜除雾、除霜的加热电路。电源电压为100 V,R1与R2均为加热电阻,R1阻值为100 Ω。当开关S、S1都闭合时是高温挡除霜;只闭合开关S时是低温挡除雾,功率为50 W。问:
(1)除霜模式下,电路中的电流是多少
(2)除霜模式下,电路工作1 min电阻R1产生的热量是多少
(3)除雾模式下,电路的总电阻是多少 低温挡正常工作1 min共消耗的电能是多少
【练素养】
15.电动机线圈电阻为R,电动机工作时两端的电压为U,通过电动机的电流为I,则在时间t内这台电动机线圈产生的热量Q=　 　,所做的机械功W机=　 　。
16.小明家在不远处施工,临时用导线将电水壶和电水龙头(打开几秒钟就能流出热水)接入家中电能表[3000 r/(kW·h)],如图所示。电水壶的规格为“220 V　1210 W”,电水龙头的规格为“220 V　2420 W”,当电路中单独使用电水壶烧水时,铝盘转动110 r,用时120 s。在电路中单独使用电水龙头洗漱时,用了180 s。导线、电水壶和电水龙头的电阻不随温度变化。求:
(1)电水壶和电水龙头的电阻;
(2)导线的电阻;
(3)在洗漱时,导线上产生的热量。
18.4 焦耳定律参考答案
练基础
1.内　比热容较大
2.C　【解析】安培发现了判断磁极与电流方向关系的安培定则,故A不符合题意;欧姆发现了电阻中电流与电压的正比关系,即著名的欧姆定律,故B不符合题意;焦耳是通过实验研究出电流热效应规律的科学家,故C符合题意;瓦特对蒸汽机的发明、改进及蒸汽机的广泛应用,直接推动了热力学理论的研究和发展,故D不符合题意。
3.A
4.③④　①②⑤
5.D
练能力
6.转换　10　电阻
7.D　【解析】甲图装置中,两电阻串联,通过的电流和通电时间相同,而电阻不同,故可以用来探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻的关系,故A说法正确,不符合题意;甲图通电一段时间后,根据Q=I2Rt,10 Ω电阻产生的热量多,根据转换法,左侧U形管中液面的高度差比右侧的小,故B说法正确,不符合题意;乙图中右侧两电阻并联后再与左侧电阻串联,容器内两电阻大小相等,根据并联和串联电路电流的规律,通过左侧容器中电阻的电流大小大于通过右侧容器中电阻的电流,而通电时间相同,故乙装置可以研究电流产生的热量与电流的关系,故C说法正确,不符合题意;将乙图右侧密闭容器外5 Ω的电阻也放入密闭容器中,根据并联电阻的规律,并联电阻小于5 Ω,根据Q=I2Rt,因电流和通电时间相同,故一段时间左侧容器中电阻产生的热量多,由转换法,左侧U形管中液面的高度差大,故D说法错误,符合题意。
8.(1)控制各电阻丝中的电流和通电时间相同
(2)温度计示数变化
(3)电流和通电时间一定时,导体的电阻越大,电流通过导体产生的热量越多
(4)a:空气的质量和比热容较小,空气的温度上升较快,温度容易超过温度计的量程
b:烧瓶内空气温度升高,压强增大,可能将胶塞顶出去
9.288　30
10.2∶1
11.B
12.【解】(1)已知R1=10 Ω,R2=5 Ω,当只闭合开关S2,断开S1、S3时,R1和R2串联,
R总=R1+R2=10 Ω+5 Ω=15 Ω;
当电流表的示数为0.4 A,电源电压U=IR总=0.4 A×15 Ω=6 V。
(2)当闭合开关S1、S3,断开S2时,R1和R2并联,因为U=6 V,R1=10 Ω,那么通过R1的电流I1===0.6 A;
通电10 s内电阻R1产生的热量Q=R1t=(0.6 A)2×10 Ω×10 s=36 J。
13.c　1080
14.【解】(1)当开关S、S1都闭合时处于高温挡除霜状态,由图可知,此时R2被短接,R1接入电路。
电路中的电流I===1 A;
(2)电路工作1 min电阻R1产生的热量Q=I2R1t=(1 A)2×100 Ω×60 s=6000 J;
(3)当开关S闭合、S1断开时处于低温挡除雾状态,由图可知,此时R1与R2串联,由P=可知,除雾模式下,电路的总电阻R===200 Ω;低温挡正常工作1 min共消耗的电能W=P除雾t'=50 W×60 s=3000 J。
练素养
15.I2Rt　UIt-I2Rt
16.【解】(1)电水壶的规格为“220 V　1210 W”,电水龙头的规格为“220 V　2420 W”,根据公式P=,可知电水壶的电阻R壶===40 Ω;水龙头的电阻为R水龙头===20 Ω;
(2)当电路中单独使用电水壶烧水时,消耗的电能为W= kW·h= kW·h;此时电路的总功率为P实===1.1 kW=1100 W;
此时电水壶和导线的总电阻为R总===44 Ω;
由于导线与电水壶串联接入电路中,则导线的电阻:R线=R总-R壶=44 Ω-40 Ω=4 Ω;
(3)电水龙头和导线的总电阻:
R'=R水龙头+R线=20 Ω+4 Ω=24 Ω;
此时导线和水龙头的总功率为P'=== W;根据公式P=I2R可知,I2=,
则导线上产生的热量为Q=I2R线t=×4 Ω×180 s=60500 J。
2