【核心素养】双减作业本15.3电流的热效应 焦耳定律（第1课时）（苏科2024版九年级下册）含详解

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双减作业本15.3电流的热效应 焦耳定律
（第1课时）
1.知道电流的热效应。
2.通过实验了解影响电流热效应的因素。
3.了解焦耳定律的概念及公式。
（巩固性作业）
1．如图所示的四种用电器中，主要利用电流热效应工作的是（　　）
A．电动牙刷 B．电动剃须刀
C．电蒸蛋器 D．迷你电风扇
2．电炉通电后，电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却不怎么发热。其原因是（　　）
A．电炉丝的电阻大 B．导线的电阻大
C．通过导线的电流小 D．通过电炉丝的电流大
3．下列属于防止电流热效应产生危害的实例是（　　）
A．给电热水袋充电 B．用电熨斗熨衣服
C．用电烙铁焊接电子零件 D．电脑使用微型风扇散热
4．“220V，100W”的电熨斗与“220V，100W”的风扇正常工作相同时间时，则下列有关说法中不正确的是（　　）
A．电熨斗消耗电能等于风扇消耗电能
B．电熨斗产生热量等于风扇产生热量
C．电熨斗工作电流等于风扇工作的电流
D．电流通过电熨斗做的功等于通过风扇做的功
5．小华利用如图的实验装置来探究“影响通电导体产生热量的因素”，下列说法不正确的是（　　）
A．图甲所示实验装置是控制电流、通电时间一定时，探究电热与电阻的关系
B．图乙中闭合开关后，c管中液面上升比d管慢
C．图甲中闭合开关后，a管中液面上升比b管慢
D．图乙所示实验装置是控制电阻、通电时间一定时，探究电热与电流的关系
6．如图所示，长度相同、横截面积不同的镍铬金属棒AB和BC连接在一起，如果在AC两端加上一定的电压U，通过AB、BC的电流分别为I1、I2；电流通过镍铬合金棒AB、BC产生的电热分别为Q1、Q2，则（　　）
A．I1>I2 B．I1Q2 D．Q17．甲、乙两个电热器的电阻之比为，电流之比，通电相同时间。则甲、乙两个电热器产生的热量之比为（　　）
A． B． C． D．
8．如图甲是一只便携塑料封口机，电路原理图如乙所示，电源电压为3V，电热丝R的电阻为0.4Ω，开关闭合，电热丝温度升高，这是利用电流的 效应工作的，通电2min产生的热量为 J；若使用时总把塑料烫坏，可以 （选填“增大”或“减小”）电热丝的阻值。
9．根据电流的 效应，人们制造出了电烤箱、电熨斗、电烙铁等电热器，有三个用电器，一个是“220V，60W”的电风扇，一个是“220V，50W”的电热毯，另一个是“220V，45W”的LED节能灯。都正常工作相同的时间，消耗电能最多的用电器是 ，产生热量最多的用电器是 。
10．如图是探究“电流通过导体时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。
(1)实验中通过观察两个U形管中 的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少，这种探究问题的方法叫 法；
(2)甲装置可探究电流产生的热量与 的关系，通电一段时间后， 侧容器中U形管中液面的高度差大；
(3)乙装置可探究电流产生的热量与 的关系。
（拓展性作业）
11．如图所示的电路中，。闭合开关后，电阻两端的电压分别为，通过两个电阻的电流分别为，消耗的电功率分别为，相同时间内产生的热量分别为，下列判断中正确的是（　　）
A． B．
C． D．
12．用图的装置探究电流通过导体时产生的热量Q跟什么因素有关，两个透明容器中密封着等量的空气，通电一段时间后，左侧U形管中液面高度差小于右侧。下列说法正确的是（ ）
A．R1的阻值大于R2的阻值 B．通过R1的电流大于通过R2的电流
C．R1产生的热量大于R2产生的热量 D．此实验探究电热Q与电阻的关系
13．如图所示的电路，已知电阻，。当开关闭合后，下列说法正确的是（ ）
A．通过与的电流之比为
B．与两端电压之比为
C．与消耗的电功率之比为
D．与相同时间内产生的电热之比为
14．央视节目《是真的吗》中，主持人做了“电池+口香糖锡纸=取火工具”的实验：取口香糖锡纸，剪成如图甲所示形状，其中ab、bc和cd段等长。戴好防护手套，将锡纸条两端连接电池正、负极，如图乙所示，发现锡纸条很快开始冒烟、着火。下列说法正确的是（ ）
A．最先着火的是ab段，因为这里的电流最大
B．通过ab、bc、cd段的电流均相等，但相同时间电流通过ab段产生的热量最多
C．电流通过ab、bc、cd段相同时间产生的热量相同
D．通过ab段的电流最小，但是ab段电阻最大，相同时间内产生的热量最多
15．两个阻值相同的电热丝，并联4min可烧开一壶水，如果串联使用接在同一电路上，烧开同样的一壶水需要（ ）
A．4min B．8min C．16min D．12min
16．在某段时间内，小明家只有以下三个用电器在正常工作：节能灯“220V 22W”，电热水袋“220V 220W”，绞肉机“220V 220W”（电动机线圈电阻为2Ω）。下列说法错误的是（　　）
A．绞肉机由于发热消耗的电功率为2W
B．绞肉机工作20s消耗的电能为4400J
C．工作20s，电热水袋和绞肉机产生的热量均为4400J
D．此时干路的总电流为2.1A
17．如图所示是“探究电流通过导体产生热量多少跟什么因素有关”的实验装置。将四段电阻丝a、b、c、d分别放在两个密封着等量空气的相同的透明容器中，实验中用U形管内液面高度的变化反映密封空气温度的变化。若探究电流产生热量与电流的关系，应选择 （选填“甲”或“乙”）装置。若乙装置中通过电阻丝c的电流为0.6A，则电阻丝d在1min内产生的热量是 J。
18．如图所示的是通过定值电阻R和小灯泡L的电流随两端电压变化的图像。现将定值电阻R和小灯泡L并联在电压恒为4V的电源上，此时小灯泡L正常发光。则小灯泡L的额定功率为 W；通电100s，定值电阻R产生的热量为 J。
19．在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”时，小明和小华同时进行了实验，小明设计的实验电路如图A所示，在两个完全相同的玻璃瓶甲、乙内插入温度计a、b。
(1)为了让实验效果更显著，小明应在图A的甲、乙两瓶中加入质量、初温 （选填“不同”或“相同”）的 （选填“煤油”或“水”）；
(2)实验中，通过观察温度计的示数变化大小来比较电流通过电阻产生热量的多少，下列实验应用了该研究方法的是（　　）（填序号）；
A．探究电流与电压、电阻的关系
B．探究导体电阻的大小与哪些因素有关
C．“伏安法”测电阻
(3)爱思考的小明还利用该实验装置比较不同物质的吸热能力，在图A甲、乙两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体，且换用两根电阻丝的阻值 。闭合开关，一段时间后，若温度计a比温度计b温度升高得快，则甲、乙两瓶内液体比热容的关系为c甲 c乙；（均选填“>”“<”或“=”）
(4)另一小组的小华同学用图B所示装置探究电流通过导体产生的热量与电流关系的实验，实验中给装置通电， （选填“左边”或“右边”）U形管内的液面高度变化较快，产生的热量之比为 ；
（探究性作业）
20．根据如图甲、乙、丙所示的实验装置回答以下问题：
(1)图甲是“探究不同物质吸热升温现象”的实验装置，实验时，用相同的酒精灯和相同的加热方法给质量相等的沙子和水加热，实验发现沙子升温比水快，说明 的比热容大；
(2)图乙是“比较酒精和纸片燃烧放出的热量”实验装置，实验前左边装置中烧杯里水质量为200g，燃烧皿里酒精质量为4g，则实验前右边装置中燃烧皿里纸片质量为 g。关于酒精和纸片点燃的顺序有下列四种观点，你认为正确的是 ；
A．必须同时点燃 B．必须先点燃纸片
C．必须先点燃酒精 D．先点燃哪个都行
(3)图丙是“探究影响电流热效应因素”的实验装置，两个烧瓶中装有质量相等、初温相同的煤油，闭合开关，将滑动变阻器的滑片移到某位置通电一段时间后，观察到温度计2示数上升得快些，由此可得到的初步结论是 ；若要探究电流大小对电热的影响，除了用图丙中的器材外还需要增加 ；
(4)甲、乙、丙三个实验中，通过比较温度计升高的示数来比较被加热物体吸收热量多少的实验有 个。
21．电动机是一种使用广泛的动力机械。从能量转化的角度看，它主要是把电能转化为机械能，还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉。
(1)如果某电动机线圈的电阻为R，电动机工作时两端的电压为U，通过电动机的电流为I，试推导出该电动机机械效率为。
(2)如果有一个直流电动机，把它接入0.3V电压的电路时，电动机不转，此时测得通过的电流为0.6A，若把它接入3V电压的电路中，电动机正常工作，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率多大？（提示：电动机在电路中转子不转动时为纯电阻用电器）
22、科普阅读题：阅读材料，回答下列问题。
智慧教室互动黑板
智慧教室互动黑板采用电容触控技术将传统的手写黑板和多媒体应用相结合。既可以像普通黑板一样用粉笔正常书写，也可以像平板一样，用手触控观看视频、图片、动画等各种丰富的多媒体应用。电子黑板采用电容触控技术，触摸屏是通过传感器来感知物体在屏上的运动，目前触摸屏大多采用电容式触摸屏， 电容通常就是由两片相距很近的导电极板组成。电容式触摸屏是一块多层复合玻璃，在夹层中涂有具有导电性且透明的薄膜材料。当手指触碰到触摸屏时，手指和导电薄膜就会形成一个电容，将人体上的电荷传递到触摸屏上，通过触摸屏周边分布的电极检测电荷分布的变化，就可以计算触摸点的位置， 进而感知手指在屏上的运动轨迹。
（1）电容式触摸屏夹层中的薄膜材料是 （选填“导体”或“绝缘体”）。通过触摸屏周边分布的电极检测 的变化，可感知手指的运动轨迹；
（2）电子黑板在播放视频时的电功率为 1000W，黑屏模式的电功率为 100W。若一节课上老师播放视频 10min，其余的 30min 电子黑板都处于黑屏的状态，则电子黑板在 40min 内消耗的总电能是 J；
（3）黑屏模式时，电子黑板的电源线不怎么热，但在播放视频时，电源线明显发热，这是为什么呢？为了用电安全，应该对电源线做怎样的改进？
答案部分
核心巩固：
1．【答案】C
【解析】A．电动牙刷通电后，牙刷动起来，主要是把电能转化为机械能，故A不符合题意；
B．电动剃须刀通电后，剃须刀的刀片运动起来，主要是将电能转化为机械能，故B不符合题意；
C．电蒸蛋器通电后，蛋的温度升高，将电能转化为内能，是利用电流的热效应工作的，故C符合题意；
D．迷你电风扇通电后，扇叶转起来，主要是将电能转化为机械能，故D不符合题意。
故选C。
2．【答案】A
【解析】电炉在使用时，电炉丝和导线串联
I电炉丝=I导线
通电时间t相同，根据Q=I2Rt，可知，因为
R电炉丝＞R导线
电流产生的热量
Q电炉丝＞Q导线
从而出现电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却不怎么发热的现象，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
3．【答案】D
【解析】ABC．给电热水袋充电、用电熨斗熨衣服、用电烙铁焊接电子零件，这些都是利用电流的热效应，故ABC不符合题意；
D．电脑使用微型风扇散热，是为了及时将热量散出去，是防止电热带来的危害，故D符合题意。
故选D。
4．【答案】B
【解析】AD．由题意知，电熨斗和电风扇的额定电压、额定功率均相同，它们正常工作相同的时间，由W＝Pt可知，电流通过它们做的功相同、消耗的电能相同，故AD正确，不符合题意；
B．电熨斗工作时，将电能转化为内能，而电风扇工作时，主要将电能转化为机械能，因此，工作相同时间，电熨斗产生热量比风扇产生热量多，故B错误，符合题意；
C．由公式P＝UI得，I，电功率和电压相同，所以电熨斗工作电流等于风扇工作的电流，故C正确，不符合题意。
故选B。
5．【答案】B
【解析】A．甲实验中，两电阻丝串联，则通过电阻丝的电流和通电时间相同，密闭容器中两电阻丝的阻值不相等，所以探究的是电热与电阻的关系，故A正确，不符合题意；
B．乙实验中，右侧2个5欧的电阻丝并联，再与左侧5欧的电阻丝串联，故左右密闭容器中电阻丝的电阻和通电时间相同，右侧两电阻并联后和左侧电阻串联，所以左侧容器中电阻丝的电流大于右侧容器中电阻丝的电流，由焦耳定律可知，左侧电阻产生热量多；则左侧容器内空气吸收的热量多，气体压强大，即左侧c管中液面上升得快，c管中液面上升比d管快，故B错误，符合题意；
C．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，闭合开关后，右侧电阻阻值大，由焦耳定律可知，右侧电阻产生热量多；则右侧容器内空气吸收的热量多，气体压强大，则右侧b管中液面上升得快，a管中液面上升比b管慢，故C正确，不符合题意；
D．乙实验中，右侧2个5欧的电阻丝并联，再与左侧5欧的电阻丝串联，故左右密闭容器中电阻丝的电阻和通电时间相同，但通过电阻的电流不同，即控制电阻、通电时间一定时，探究电热与电流的关系，故D正确，不符合题意。
故选B。
6．【答案】C
【解析】AB．镍铬金属棒AB和BC的长度、材料相同，AB的横截面积较小，AB的电阻较大。AB和BC串联，由串联电路电流特点得
故AB不符合题意；
CD．AB和BC电流与通电时间相同，AB的电阻较大，由得
故C符合题意，D不符合题意。
故选C。
7．【答案】B
【解析】由Q=I2Rt可得，甲、乙两个电热器产生的热量之比为
故选B。
8．【答案】 热 2700 增大
【解析】[1]电热丝通电时，将电能转化为内能，所以这是通过电流的热效应来实现高温封口。
[2]通电2min产生的热量为
[3]由公式可知，电压不变，通电时间相同时，要减小电热丝产生的热量，应增大电热丝的阻值。
9．【答案】热 电风扇 电热毯
【解析】[1]电流通过导体时会产生热量，这是电流的热效应。
[2]根据可知：在通电时间一定时，用电器的电功率越大，消耗的电能越多，所以正常工作相同的时间，因为电风扇的电功率最大，所以消耗电能最多的用电器是电风扇。
[3]电热毯属于电热器，消耗的电能全部转化为热量；电风扇消耗的电能主要转化为机械能；LED灯消耗的电能主要转化为光能；所以电热毯产生的热量最多。
10．【答案】(1)液面高度 转换 (2)电阻 右 (3)电流
【解析】（1）[1][2]电阻丝产生的热量无法直接观察到，电阻丝产生的热量越多，空气的温度越高，空气膨胀程度越大，U形管中液面的高度差越大，所以实验中可以通过比较U形管中液面高度的变化来反映电阻丝产生的热量的多少，这是采用了转换法的研究方法。
（2）[1][2]甲装置中，将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过他们的电流I与通电时间t相同，电阻不同，探究电流产生的热量与电阻的关系；左边容器中的电阻小于右边容器中的电阻，由Q=I2Rt知道，在电流和通电时间相同时，右边容器中的电阻产生的热量多，空气温度升得较快，所以右侧容器中U形管中液面的高度差大。
（3）装置中一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的总电流和通过左端的电阻电流相等，即I右=I左，所以通过右边容器内电阻的电流比通过左侧容器内电阻的电流小，即左右两容器中的电阻相等，通电时间相等，通过两容器内电阻的电流不等，根据控制变量法可知，乙装置是为了探究电流产生热量的多少与电流的关系。
素养提升：
11．【答案】D
【解析】A．电路图中，电阻R1和R2串联。根据串联电路的电流特点，电路中各处电流相等，即。故A错误；
B．根据欧姆定律，因为R1和R2串联，所以通过它们的电流I相等。又因为，所以，即。故B错误；
C．根据电功率公式，因为R1和R2串联，所以通过它们的电流I相等。又因为，所以 ，即。故C错误；
D．根据焦耳定律，在相同时间内，因为R1和R2串联，所以通过它们的电流I相等。又因为，所以，即。故D正确。
故选D。
12．【答案】D
【解析】ABC．通电一段时间后，左侧U形管中液面高度差小于右侧，说明R1产生的热量比R2少，R1和R2串联在同一电路中，通过的电流相等，通电时间相等，根据焦耳定律可知，电阻丝的R1阻值比R2小，故ABC错误；
D．该装置中，容器中的两个电阻丝串联在同一电路中，通过的电流相等，通电时间相等，所以该装置是为了探究电流通过导体产生的热量跟电阻大小的关系，故D正确。
故选D。
13．【答案】C
【解析】分析电路可知，当开关闭合后，与串联。
A．根据串联电流规律，通过与的电流相等，即通过与的电流之比为，故A错误；
B．通过与的电流相等，根据，电压与电阻成正比，所以与两端电压之比为
故B错误；
C．通过与的电流相等，根据，电功率和电阻成正比，所以与消耗的电功率之比为
故C正确；
D．通过与的电流相等，根据，时间相同时，产生的电热与电阻成正比，所以与相同时间内产生的电热之比为
故D错误。
故选C。
14．【答案】B
【解析】AD．锡纸的ab、bc和cd段串联在电路中，根据串联电路的电流特点可知，通过ab、bc和cd段的电流相等，故AD错误；
BC．根据题意可知，锡纸的ab、bc和cd段等长，由图可知，ab段锡纸的横截面积最小，根据导体电阻的影响因素可知，ab段锡纸的电阻最大，根据可知，在相同时间内，电流通过ab段产生的热量最多，故B正确，C错误。
故选B。
15．【答案】C
【解析】两根完全相同的电热丝串联后的总电阻R串=2R；并联后的总电阻，所以串联的电阻是并联的电阻4倍；根据题意可知，串并联时烧开一壶水需要的热量关系式为， 热量Q、电压U相等；故电阻R与时间t成正比，串联的电阻是并联的电阻4倍时，时间也是并联时的4倍，故串联时间为4min×4=16min，故C符合题意，ABD不符合题意。
故选C。
16．【答案】C
【解析】A．由题可得绞肉机工作电流
用于发热的功率
故A正确，不符合题意；
BC．电热水袋、绞肉机工作20s消耗的电能
绞肉机产生的热量
故B正确，不符合题意，C错误，符合题意；
D．电热水袋、绞肉机、节能灯三个用电器并联，电热水袋、绞肉机额定功率、额定电压都相同，为1A，节能灯正常工作时的电流
故三个用电器同时工作时干路电流应为2.1A，故D正确，不符合题意；
故选C。
7．【答案】乙 27
【解析】[1][2]图甲中，a、b两电阻丝串联，电流相等，电阻不同，不能探究电流产生热量与电流的关系。图乙中，d电阻丝与容器外的电阻丝并联后与c电阻丝串联，根据串并联电流规律可知，通过c、d电阻丝的电流不同，c、d电阻丝的阻值相同，根据控制变量法，可以探究电流产生热量与电流的关系。图乙中三个电阻丝阻值相同，通过电阻丝c的电流为0.6A，根据串并联电流规律可知通过电阻丝d的电流为
则电阻丝d在1min内产生的热量为
18．【答案】3.2 160
【解析】[1]定值电阻的阻值一定，则通过它的电流与电压成正比，故乙是定值电阻R的图像，灯泡的电阻随温度的升高而增大，故甲是灯泡的图像。由图像可知，当灯泡正常发光（即电压为4V）时，通过灯泡的电流为0.8A，则灯泡的额定功率为
[2]由焦耳定律可知，通电100s，定值电阻R产生的热量为
19．【答案】(1)相同 煤油 (2)B (3) = < (4)左边 4∶1
【解析】（1）[1]探究电流产热与电阻的关系时，需控制甲、乙瓶中液体的质量、初温相同（控制变量法）；
[2]煤油的比热容小于水，吸收相同热量时温度变化更明显，实验效果更显著，故选择煤油。
（2）本实验通过观察温度计的示数变化大小来比较电流通过电阻产生热量的多少，这是用到了转换法。
A．电流与电压、电阻均有关，每次只能探究一个因素，主要用到的探究方法是控制变量法，故A不符合题意；
B．电阻的大小不易直接观察，探究导体电阻的大小与哪些因素有关，通过电流表的示数反映电阻的大小，用到了转换法，故B符合题意；
C．“伏安法”测电阻是欧姆定律的应用，故C不符合题意。
故选B。
（3）[1]比较不同物质的吸热能力，需控制电流产热相同（即电阻丝阻值，保证相同时间内产热相同）；
[2]质量、初温相同的两种液体，吸收相同热量时，温度计a升温更快，根据，越大，越小，说明甲液体的比热容更小，故。
（4）[1][2]图B中，右边两个5Ω电阻并联后与左边5Ω电阻串联，电路中左边电阻的电流等于右边每个电阻电流的2倍（）。根据，时间、电阻相同时，，因此左边U形管液面高度变化更快。
自我超越：
20．【答案】(1)水 (2)4 C (3) 通过导体电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多 秒表
(4)2
【解析】（1）实验中用相同的酒精灯加热，相同时间内放出的热量相同，则质量相同的沙子和水吸收相同的热量，沙子升温比水快，说明沙子的吸热能力比水弱，则水的吸热能力强，故水的比热容大。
（2）[1]比较酒精和碎纸片燃烧时放出的热量多少时，采用的是控制变量法，需要控制两种燃料的质量相同，所以实验前右边装置中燃烧皿里碎纸片质量为4g。
[2]在实验中，酒精的燃点较低，容易点燃，而纸片的燃点较高，不易点燃，为了确保实验的顺利进行和安全性，应该先点燃酒精，再点燃纸片，这样可以保证实验的可控性和安全性，故C正确，ABD错误。
故选C。
（3）[1]实验中，两烧瓶串联，电流相同，通电时间相同，温度计2的示数比温度计1的示数升高得快，产生热量多，由此可得出结论：通过导体电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。
[2]探究电流通过电阻产生的热量与电流的关系，应保持电阻和通电时间不变，调节滑动变阻器，改变通过电阻的电流，观察温度计示数的变化，所以还需要秒表测量时间。
（4）甲实验中通过温度计升高的示数来表示吸热能力的大小；乙、丙中都是通过温度计升高的示数来判定吸收热量的多少，所以通过比较温度计升高的示数来比较被加热物体吸热多少的实验有2个。
21．【答案】(1)证明过程见解析 (2)18W
【解析】（1）由题可知，电动机消耗的总电能为，线圈产生的热量为
转化为机械能的有用功为
机械效率
（2）由题可知，接入0.3V电压，电动机不转时，可视为纯电阻电路，线圈电阻
转子被卡住时，电压为3V时，此时电流
此时电动机的发热功率
22．【答案】导体 电荷分布 7.8×105 见解析
【解析】（1）[1]薄膜材料具有导电性，是导体。
[2]手指触碰到触摸屏幕，人体上的电荷传递到触摸屏上时被电极检测到电荷分布的变化，由此感知手指的运动轨迹。
（2）[3]播放视频时，消耗的电能
W1=P1t1=1000W×10×60s=6×105J
黑屏状态消耗的电能
W2=P2t2=100W×30×60s=1.8×105J
电子黑板在40min内消耗的总电能
W=W1+W2=6×105J+1.8×105J=7.8×105J
（3）[4]电源线的电阻一定，电路的电压保持不变，而播放视频时电功率大，据P=UI知，此时通过电路的电流变大，据焦耳定律Q=I2Rt知，电阻和通电时间一定时，电流越大，产生的热量越多。所以播放视频时，电源线明显发热。为了用电安全，电源线应用电阻较小的导线，可更换横截面积更大的导线。
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