【核心素养】双减作业本15.3电流的热效应 焦耳定律（第2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2课时）
1.了解生活中的多挡位电热器，知道它们的工作原理、能量如何转化。
2.了解多挡位电热器内部简化电路的基本结构类型，会根据开关的闭合或断开分析电路的工作状态。
3.能熟练分析、判断电热器的挡位，并能进行相关电学物理量的计算。
（巩固性作业）
1．如图，是一只既能吹冷风，又能吹热风的电吹风机的简化电路示意图。现将插头插入插座（相当于电源），下列说法正确的是（ ）
A．只闭合S1，电吹风机吹热风
B．只闭合S2，电吹风机吹冷风
C．电动机和电热丝是并联的
D．使用过程中发现电吹风机始终吹冷风不吹热风，故障可能是电热丝短路
2．某品牌电火锅有低温、中温和高温三挡，如图甲所示。其简化电路如图乙所示，、为阻值一定的电热丝（）。通过开关S1、S2的断开和闭合，可以让电火锅在不同的挡位工作。下列说法中正确的是（　　）
A．S1闭合、S2断开时火锅处于低温挡
B．高温挡一定比低温挡产生热量多
C．先闭合S1、再闭合S2电路总电阻增大
D．高温挡时断开S2，两端电压不变
3．“工夫茶”是融精神、礼仪、沏泡技艺为一体的茶道形式，如图是泡“工夫茶”用的电茶炉，在电路中用和代表消毒锅和煮水壶，当闭合开关S后，和才能工作，但不能同时加热，选项的电路中符合要求的是（　　）
A． B．
C． D．
4．一支标有“220V 200W”的电烙铁，为使电烙铁正常工作时的电功率为200W，而在不工作时电烙铁的电功率为50W，使之不会完全冷却。某同学设计了如图的电路，其中，S为单刀双掷开关，L为一只额定电压为220V的灯泡。不考虑温度对电阻的影响，下列说法准确的是（ ）
A．电烙铁的电阻为11Ω
B．选用灯泡的规格应为“220V 100W”
C．当S拨向2时，电烙铁处于正常工作状态
D．在1s内，电烙铁在不工作状态下整个电路消耗的电能与正常工作状态相比，可节约100J电能
5．图甲中人所戴的是高、低温两挡电加热眼罩，工作时利用了电流的 效应；其简化电路如图乙所示，发热电阻R1=R2，当S1、S2均闭合时，此眼罩为 挡（选填“高温”或“低温”）。
6．如图所示，某款足浴盆有加热和按摩两种功能。已知电动机M的额定功率为22W，线圈电阻为2Ω，加热电阻正常工作时的电功率为800W，电压220V恒定不变。只闭合开关S2启动加热功能，工作10min消耗电能 J；只闭合开关S1启动按摩功能时，按摩10min电动机线圈产生的热量 J。
7．小明家新买了一台电煮锅，它内部的简化电路如图所示，其中R1和R2均为发热电阻，R1=80Ω，R2=720Ω。当开关S、S1均闭合时，电煮锅正常工作20s，共产生的热量为 J，接着断开S1，此时发热电阻R1和R2两端的电压之比为 。
8．每天一杯热牛奶有益身体健康；但加热牛奶时，温度不能太高，否则会破坏营养物质。小红妈妈为奶奶买了一款牛奶锅如图甲，其内部简化电路如图乙，部分技术参数如表。求：
(1)这款牛奶锅是利用电流的 工作的，在保温时，电路中的电流大小是多少；
(2)在额定电压下，用该牛奶锅把初温为20℃、质量为0.4kg的纯牛奶，加热到60℃所需要的时间；【牛奶的比热容为c=2.5×103J/(kg·℃)，牛奶锅的加热效率为80%】
(3)若用效率为50%的天然气灶加热（2）中的牛奶，需多少m3天然气？（天然气的热值为4×107J/m3）
（拓展性作业）
9．如图所示，甲、乙、丙、丁四个相同容器里装有质量和初温相同的煤油，每个容器放入同种材料绕成的发热线圈，其电阻R1=R3，R2=R4，R2=2R1，若同时通电，经过一段时间后这四个容器中的煤油温度从低到高的顺序是（ ）
A．甲、乙、丁、丙 B．丁、丙、乙、甲
C．甲、乙、丙、丁 D．丙、丁、乙、甲
10．如图所示是一款炒菜机模型的简化电路图，它可以实现常温翻炒、高温翻炒、低温焖煮和高温焖煮四种工作模式，电动机上标有“6V 3W”字样且通电后正常工作，R1、R2为发热电阻且电阻大小相等，四种模式中电流表的最大示数为1.5A。
关于下列结论：
①开关S与1、2触点时，炒菜机为低温焖煮模式
②炒菜机处于高温翻炒模式时，电路的总电阻为4Ω
③炒菜机处于常温翻炒与高温焖煮模式时电流表示数之比为1:3
④炒菜机处于高温焖煮模式时，电路中1min产生的热量为360J
其中说法正确的是（　　）
A．①② B．②③ C．①④ D．②④
11．如图甲是有保温、加热功能的暖菜板，简化电路如图乙所示，其中M为风扇，R1和R2均为电热丝，R2=96.8Ω，旋转开关S2可以让暖菜板处于加热挡或保温挡。说明书上保温总功率由于污渍遮挡看不清。暖菜板正常工作时，下列说法中错误的是（　　）
型号 805D 电路总功率 加热 2100W
电压 220V 保温 XX
用途 暖菜、温奶 风扇功率 100W
A．内置风扇的工作电流约为0.45A
B．R1的阻值为24.2Ω
C．加热状态下，R1，R2，电动机三者并联工作
D．保温状态下工作5min，电热丝产生的热量1.2×105J
12．某家用电热壶有“加热”和“保温”两个挡位，其简化电路如图甲所示，电热丝R1＝48.4，R2＝435.6。小明为测量该电热壶的实际功率，他把家中的其他用电器都与电源断开，仅让电热壶工作，1min内电能表（如图乙）的转盘转动了24转。下列说法不正确的是（　　）
A．电能表的示数是2018.5kW·h
B．电热壶是利用电流的热效应工作的
C．测量时电热壶的实际加热功率为1000W
D．开关S接“2”时，电热壶为“保温”挡位
13．一款电吹风机，如图甲所示，有两个工作挡位，一个是冷风挡，另一个是热风挡。图乙为它的内部电路简化图，图中M是电动机。电源电压为U，通过电动机的电流为I，电热丝的电阻为R，t时间内电吹风机的电热丝产生的热量为Q，则计算Q的表达式正确的是（　　）
A．Q=UIt B．Q=I2Rt C．Q=UIt-PRt D．
14．如图所示为一款电热中药壶的简化电路图，它有“加热”、“保温”两个挡位。电热丝，。当开关S闭合，接a时是 挡位。在“保温”挡正常工作电流通过产生的热量是 J。
15．图甲是某品牌的一款挂烫机，其简化电路如图乙，电源电压为220V，、是电热丝，，。开关S旋到不同的位置，分别接触两个不同的触点，使挂烫机有关闭、慢热、速热三个挡位。
(1)当开关S接触 两个触点时，挂烫机处于慢热挡，慢热挡的功率为 W；若挂烫机在速热挡工作1min，电热丝产生的热量为 J。
(2)若将水箱中质量为250g的水从20℃加热到100℃，则水吸收的热量是 J。[水的比热容是]
16．如图-1，是一款多功能烘鞋器，它具有调温、烘干、杀菌等功能、其简化电路如图-2所示，R是电热丝，L是紫外线灯，和同时闭合时，电动机与电热丝 （选填“串”或“并”）联，湿鞋在吹热风时比在吹冷风时干得更快，是因为温度越高，蒸发越 （选填“快”或“慢”），若烘干一双鞋需要，电热丝的额定功率为，则R在这段时间产生的热量为 J。
17．小华家买了一个家用电吹风，其简化电路如下图所示，主要技术参数如下表所示，电吹风在额定电压下工作。
热风温度
额定功率 热风
冷风
额定电压
质量
(1)电吹风吹冷风时，通过电动机的电流是多少？
(2)电热丝工作时的电阻是多大？
(3)电吹风内电动机的电阻是，电吹风吹冷风产生的热量是多少？电能转化为机械能的效率是多少？
（探究性作业）
18．物理实践活动小组模拟制作了一款宠物水暖加热垫（如图甲所示）。它主要是由图乙中旧电炉的炉丝（其铭牌上标有：220V、110W），截成等长的两段，添加、两个开关改装而成的，能实现“高温”和“低温”两种工作模式。
(1)在虚线框内，画出水暖加热垫的电路图。
(2)求水暖加热垫“低温”工作模式时电路中的电流。
19．“围炉煮茶”火遍全网，是现下最流行的休闲方式之一。图甲为某品牌家用电茶炉，其内部简化电路如图乙所示，、是电热丝，该电茶炉可以实现“保温”“小火”和“大火”三个挡位的切换。已知“保温”挡功率为242W，“小火”挡功率为484W。
(1)的阻值为多大？
(2)该电茶炉在“大火”挡工作产生的热量是多少？
(3)某次煮茶时“大火”挡烧开同样一壶水的时间和正常工作用时之比为，则实际电压为多少？
答案部分
核心巩固：
1．【答案】C
【解析】A．只闭合S1，据图可知，电路为电动机单独串联，此时吹冷风，故A错误；
B．只闭合S2，据图可知，电路无通路，吹风机不工作，故B错误；
C．图中，电动机和电热丝互不影响，是并联的，故C正确；
D．图中，电路是并联的，若电热丝短路，则电源短路，吹风机不工作，故D错误。
故选C。
2．【答案】D
【解析】A．电源电压一定，当闭合、断开时，只有接入电路，此时电路消耗的功率，当闭合、断开时，只有接入电路，此时电路消耗的功率，当、都闭合时，、并联，此时电路消耗的功率。因为上述3种连接方式的电路总电阻，所以，则S1闭合、S2断开时火锅处于中温挡，故A错误；
B．电火锅为纯电阻用电器，则电流通过用电器做功产生的电热，由公式可知产生的电热多少与功率和时间都有关，高温挡功率大，但不知道工作时间，所以不能确定高温档一定比低温挡产生热量多，故B错误；
C．先闭合，只有接入电路，再闭合，、并联，根据并联电路电阻特点，并联的电阻越多，总电阻越小，所以电路总电阻减小，故C错误；
D．高温挡时、并联，各用电器两端电压等于电源电压；断开，电路中只有，其两端电压也等于电源电压，所以两端电压不变，故D正确。
故选D。
3．【答案】C
【解析】A．由图可知，当S、、同时闭合时，和同时工作，故A不符合题意；
B．由图可知，当S、同时闭合时，和同时工作，故B不符合题意；
C．由图可知，当S闭合，接上面的接线柱时，只有工作，当S闭合，接下面的接线柱时，只有工作，R1、R2不能同时工作，故C符合题意；
D．由图可知，当S闭合时，和同时工作，故D不符合题意。
故选C。
4．【答案】D
【解析】A．电烙铁的电阻值，故A错误；
B．当电烙铁的电功率为50W时，两端电压为
电路中电流为
则串联的灯泡的电阻为
故额定电压为220V的灯泡的额定功率为
故B错误；
C．当S拨向1时，电路中只有电烙铁工作，并且两端电压为220V，此时电烙铁正常工作；当S拨向2时，灯泡与电烙铁串联，由于串联电路起分压作用，因此此时电烙铁两端电压小于220V，因此电烙铁不能正常工作，故C错误；
D．当S拨向1时，电烙铁1s内消耗的电能为W=Pt=200W×1s=200J
当S拨向2时，灯泡与电烙铁串联， 1s内整个电路消耗的电能为
因此在1s内，电烙铁在不工作状态下整个电路消耗的电能与正常工作状态相比，可节约的电能为200J-100J=100J，故D正确。
故选D。
5．【答案】热 高温
【解析】[1]电加热眼罩通电时会发热，将电能转化为内能，利用的是电流的热效应。
[2]分析电路可知，当S1、S2均闭合时，、并联，此时总电阻最小，根据，电路总功率最大，为高温挡。
6．【答案】 12
【解析】[1]电源电压为220V，只闭合开关S2启动加热功能，加热电阻正常工作， 10min消耗电能
[2]只闭合开关S1启动按摩功能，由可得，电动机工作时的电流
10min电动机线圈产生的热量
7．【答案】 1︰9
【解析】[1]由题图可知，当开关S、S1均闭合时，仅有R1做功，故电煮锅正常工作20s，共产生的热量
[2]由题图可知，当开关S闭合，断开时，和串联，根据串联电路电流的特点和欧姆定律可知，和两端的电压之比
8．【答案】(1)热效应；0.1A； (2)500s； (3)
【解析】（1）[1]电热器是利用电流通过导体时，电能转化为内能，产生热量的原理来工作的，这种现象叫做电流的热效应。
[2]由题中电路图可知，当开关S1闭合、S2闭合时，电阻R2单独工作；当开关S1闭合、S2断开时，电阻R1和R2串联，此时电路总电阻最大。根据电功率公式可知，在电压不变的情况下，电阻越大，电功率越小。因此，当开关S1闭合、S2断开时，此时牛奶锅处于保温状态，已知额定电压，保温功率，根据电功率公式，在保温状态下，电路中的电流
（2）已知牛奶的初温为20℃，加热到的目标温度为60℃，则上升的温度
已知牛奶的质量，则牛奶吸收的热量（有用能量）
加热牛奶时，牛奶锅处于加热状态，其加热功率，已知牛奶锅的加热效率为80%，即，则加热到60℃牛奶锅消耗的总电能
根据可知，所需加热时间为
（3）根据题意，用天然气灶加热相同的牛奶，牛奶吸收的热量不变，仍为。已知天然气灶加热的效率是50%，即，则天然气完全燃烧放出的热量
设需要天然气的体积为V，根据燃料完全燃烧的放热公式可得，用天然气灶把初温为20℃、质量为0.4kg的纯牛奶，加热到60℃所需要的天然气体积为
素养提升：
9．【答案】A
【解析】由图可知，R1与R2串联，电流相等，由可知，电阻越大，产生的热量越多，由于 R2=2R1，所以，即
R3与R4并联，电压相等，由可知，电阻越小，产生的热量越多，已知R1=R3，R2=R4，R2=2R1，则
所以，即
R2两端电压小于10V，R4两端电压等于10V，所以
依题意R2=R4，由可知，。所以
则四个容器中的电阻产生的热量关系为
由可知，产生的热量越多，水温越高，因此四个容器中的煤油温度从高到低的顺序是丙、丁、乙、甲，则煤油温度从低到高的顺序是甲、乙、丁、丙。故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
10．【答案】C
【解析】①由图可知，当开关S与1、2触点时，R1、R2串联，电动机不工作，根据串联电路的特点可知，此时电路中的总电阻较大，由知，电路的总功率较小，炒菜机处于低温焖煮模式；当开关S与2、3触点时，只有R1工作，电动机不工作，电路中的总电阻较小，总功率较大，炒菜机处于高温焖煮模式；开关S与3、4触点时，R1与电动机M并联，炒菜机处于高温翻炒模式；当开关S与4、5触点时，只有电动机M工作，炒菜机处于常温翻炒模式，故①正确；
②炒菜机处于高温翻炒模式时，R1与电动机M并联，由于电动机是非纯电阻用电器，无法计算其电阻，所以电路的总电阻无法计算，故②错误；
③常温翻炒时只有电动机工作，由P=UI可知，炒菜机处于常温翻炒时电流表的示数
四种模式中，高温翻炒是R1与电动机并联，电流最大，即高温翻炒时电流表的最大示数为1.5A，根据并联电路的电流特点可知，高温翻炒时通过R1的电流I1=I高-I常=1.5A-0.5A=1A
高温焖煮时，通过R1的电流不变，故有I高焖=I1=1A
则炒菜机处于常温翻炒与高温焖煮模式时电流表示数之比I常：I高焖=0.5A：1A=1：2，故③错误；
④炒菜机的电源电压U=UM=6V，炒菜机处于高温焖煮模式时，电路中1min产生的热量Q=W=UI高焖t=6V×1A×1×60s=360J
故④正确；综上所述①④正确，②③错误，故C正确，ABD错误。
故选C。
11．【答案】C
【解析】A．内置风扇的功率P风扇=100W，电压U=220V，则内置风扇的电流
故A正确，不符合题意；
BC．当开关S1闭合、S2接3、4时，R1与风扇并联，电热丝电路的阻值最小，根据可知功率最大，暖菜板处于加热状态，加热电路的电功率
R1的阻值
故B正确，不符合题意；C错误，符合题意；
D．当开关S2的“2”接“3”时，R1、R2串联再与风扇并联，此时电路总电阻较大，根据可知，总功率较小，为保温状态，则总电阻
暖菜板保温状态下电热丝的功率
保温状态下工作5min，电热丝产生的热量
故D正确，不符合题意。
故选C。
12．【答案】C
【解析】A．由图乙可知，电表的度数是2018.5kW·h，故A正确，不符合题意；
B．电热壶工作时将电能转化为内能，所以电热壶是利用电流的热效应工作的，故B正确，不符合题意；
C．电能表上1200r/(kW·h)表示电路中用电器每消耗1kW·h电能，电能表的转盘转过1200圈，则电能表的转盘转过24圈，电热壶消耗的电能
则电热壶的实际功率
故C错误，符合题意；
D．由图甲可知，当开关S接2时，R1、R2串联，根据串联电路的特点可知，此时电路中的总电阻最大，由可知，电路的总功率最小，电热壶处于保温挡，故D正确，不符合题意。
故选C。
13．【答案】D
【解析】电源电压为U，通过电动机的电流为I，t时间内电动机消耗电能W=UIt
电源电压为U，电热丝的电阻为R，t时间内电吹风机的电热丝产生的热量为
由于电动机的电流为I，电热丝的电阻为R，所以t时间内电热丝产生的热量不能表示为Q=I2Rt
故D正确，ABC错误。
故选D。
14．【答案】加热
【解析】[1]由图可知，当开关S闭合、接b时，、串联，根据串联电路的电阻特点可知，此时电路中的总电阻最大，由可知，电路中的总功率最小，电热中药壶处于保温状态。当开关S闭合、接a时，只有工作，电路中的总电阻最小，根据公式可知总功率最大，电热中药壶处于加热状态。
[2]当开关S闭合、S1接b时， R1、 R2串联，是保温挡，此时电路中的电流为
通过R1产生的热量
15．【答案】(1)2、3 880 (2)
【解析】（1）[1][2][3]如图乙所示，当开关接触2、3两个触点时，只有被接入电路；当开关接触3、4两个触点时，与并联，此时电路中总电阻最小，根据可知，当电阻最小时，电路功率最大为速热挡；所以当只有被接入电路时，为慢热挡，此时慢热挡的功率
若挂烫机在速热挡，此时速热挡的功率
挂烫机在速热挡工作1min，电热丝产生的热量
（2）水箱中水的质量，，，根据，若将水箱中质量为250g的水从20℃加热到100℃，则水吸收的热量
16．【答案】 并 快
【解析】[1]由图可知，电动机和电热丝工作互相不影响，所以电动机和电热丝是并联。
[2]温度会影响蒸发的快慢，温度越高，蒸发越快。
[3]R在这段时间产生的热量
17．【答案】(1)0.5A (2) (3)；
【解析】（1）电吹风吹冷风时，只有电动机工作。由技术参数表可知，吹冷风时的额定功率，额定电压 。
根据电功率公式 ，可得通过电动机的电流 IM：。
（2）电吹风吹热风时，电动机和电热丝并联同时工作。
电热丝的功率 P丝 等于吹热风时的总功率 P热 减去吹冷风时电动机的功率 P冷。；电热丝两端的电压等于额定电压 U = 220V。
根据电功率公式 ，可得电热丝的电阻。
（3）（1）计算热量：
吹冷风时，通过电动机的电流 IM = 0.5A，电动机的电阻 RM = 11Ω，时间 t = 5min = 300s。
根据焦耳定律，电动机产生的热量 Q：。
（2）计算效率：
电吹风吹冷风5min消耗的总电能 W总：；
电动机工作时，消耗的电能一部分转化为机械能 W机，另一部分因内阻发热转化为内能 Q。根据能量守恒定律，
电能转化为的机械能 W机：；
电能转化为机械能的效率 η：。
自我超越：
18．【答案】(1)
(2)1A或0.5A
【解析】（1）电路可以设计成并联电路，也可设计成串联电路，如下图所示：
（2）由和可知，则电炉丝电阻
电路中电阻
第一种情况：由图中并联电路可知，当只闭合，电路中只有工作，处于“低温”模式，此时的电流为
第二种情况：由图中串联电路可知，当只闭合，电路中与串联工作，处于“低温”模式，此时的电流为
19．【答案】(1) (2) (3)200V
【解析】（1）由电路图可知，该电茶炉有不同的工作状态，对应不同的功率。根据电功率公式 可知，在电源电压U不变的情况下，电路的总电阻R越小，电功率P越大。“保温”挡功率最小，电路总电阻最大，此时电阻、串联。
“小火”挡功率居中，其电阻介于最大和最小之间。分析电路图可知，当只有电阻接入电路时，电路的功率大于保温功率，此状态对应“小火”挡。
已知额定电压
“小火”挡的功率
根据电功率公式，可得的阻值为
（2）“保温”挡时，、串联，其总电阻为
因为，所以的阻值为
“大火”挡是功率最大的挡位，此时电路的总电阻最小，、应为并联连接。并联时的总电阻为
“大火”挡的额定功率为
“大火”挡工作时间
因为是纯电阻电路，所以产生的热量Q等于消耗的电能W，即
（3）烧开同样一壶水，水吸收的热量相同，不计热量损失，则电茶炉产生的热量Q也相同。设正常工作时的电压为额定电压，时间为；实际工作时的电压为，时间为，由题意，
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