15.4　探究焦耳定律 同步练习（含解析）

15．4　探究焦耳定律
268605102870知识要点分类练 夯实基础
知识点 1　电流的热效应
1．下列用电器中，利用电流热效应工作的是(　　)
A．电风扇 B．电热水壶
C．扬声器 D．滚筒洗衣机
2．电风扇、电烙铁和电动机上都标有“220 V　160 W”字样，它们都在额定电压下工作相同时间，产生热量最多的是(　　)
A．电风扇 B．电动机 C．电烙铁 D．一样多
知识点 2　通电导体放出热量的影响因素
3．某同学为探究电流通过导体产生热量的多少跟电阻的关系，设计了如图15－4－1所示的电路图，其中正确的是(　　)
图15－4－1
4．在探究电流产生的热量与什么因素有关时，小李设计了如图15－4－2所示的实验装置。甲、乙两个透明容器中密封着等量的空气，里面各放有一根5 Ω的电阻丝，其中乙容器将一个5 Ω的电阻丝与容器内5 Ω的电阻丝并联，两个U形管中装有等量的水。把这个装置接入电源，利用这套装置可探究电流产生热量(　　)
图15－4－2
A．与电压的关系 B．与电阻的关系
C．与电流的关系 D．与电能的关系
知识点 3　焦耳定律及其计算
5．电流通过导体产生的热量，跟____________成正比，跟____________成正比，跟________成正比，这个规律叫做焦耳定律。焦耳定律的数学表达式是________。
6．某导体的电阻是3 Ω，当通过2 A的电流时，1 min内产生的热量是________J。
7．通过110 Ω电阻丝的电流是2 A，产生8800 J的热量需要通电________s，这段时间电流做的功是________J。
8．两个电热器的电阻之比是3∶2，如果通过的电流相同，在相同的时间里，它们产生的热量之比是________。两个电阻值相同的电热器，如果通过的电流之比为1∶2，在相同时间里，它们产生的热量之比是________。
9．如图15－4－3所示的电路中，电源电压保持不变，电阻R2的阻值为15 Ω。闭合开关S后，电流表的示数为1 A，通过电阻R2的电流为0.4 A。求：
(1)电源电压U。
(2)通电10 s，电流通过电阻R1产生的热量。
图15－4－3
知识点 4　电热的利用与防止
10．在炎热的夏天，电视机连续使用较长时间后，要停一会儿；但如果长期停止使用，隔一段时间要通电一次。前者是为了__________，后者是为了____________________________。
17335570485规律方法综合练 提升能力
11．如图15－4－4所示，阻值为R的电阻丝，用四种方法分别接在电压为U或2U的电源上。闭合开关后，在相同时间内虚线框里的电阻丝产生的总热量最多的是(　　)
图15－4－4
12．一根60 Ω的电阻丝接在36 V的电源上，在5 min内产生的热量是________J。
13．一只电烙铁标有“220 V　40 W”字样，在额定电压下通电10 min，产生的热量是________J。
14．一电动机线圈的电阻为1 Ω，线圈两端所加电压为2 V时，电动机正常工作，通过的电流为0.8 A，则电动机正常工作1 min所产生的热量是________J，所消耗的电能是________J。
15．两定值电阻RA和RB中的电流与其两端电压的关系如图15－4－5所示，若将两电阻串联在电压为3 V的电源上，电路的总功率为________W，通电一段时间后，RA和RB产生的热量之比是________。

图15－4－5 图15－4－6
16．如图15－4－6所示，将电阻R1和R2并联接在电源两端，测得通过R2的电流为0.4 A，
总电流为________A，如果给整个电路通电10 s，则电路产生的热量为________J。
17．小明和小华同学为了探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系”，设计了如图15－4－7所示的实验电路，两个烧瓶A、B中盛有等量的煤油，RA与RB是阻值不同的电热丝。
图15－4－7
(1)为了在较短的时间内达到明显的实验效果，实验中选用煤油而不用水做实验，是因为____________________，RA与RB采用串联的连接方式，其目的是为了控制____________和________相等。
(2)小明同学为了比较RA与RB阻值的大小，用电压表分别测出RA与RB两端的电压，发现UA＜UB，则RA________(选填“＞”“＜”或“＝”)RB。
(3)通电一定时间后，B瓶中的温度计示数上升得快，由此得出的实验结论是
________________________________________________________________________。
(4)若要在上面的电路中继续探究电热与电流的关系，你接下来的操作是____________________，比较通电时间相同时，甲(或乙)烧瓶中温度计的示数变化。
18．下表为一台电烤箱的铭牌，其内部简化电路如图15－4－8所示，R1和R2均为电热丝。求：
(1)电烤箱在高温挡正常工作10 min所产生的热量。
(2)电路中R1的阻值。
(3)电烤箱在低温挡正常工作时，电路中的电流和R1的电功率。

　　　　　　　 　　　　　　图15－4－8
考|　　题|　　展|　　示
19．电热水壶上标有“220 V　1800 W”字样，小明发现烧水过程中电热水壶的发热体部分很快变热，但连接的电线却不怎么热，是因为导线的电阻比发热体的电阻________。在额定电压下，烧开一壶水用时3 min 20 s，这段时间内电热水壶发热体产生的热量为________J。
教师详解详析
1．B　2.C　3.B
4．C　[解析] 两个相同的电阻串联在电路中，通电时间和电阻相同，当给其中一个电阻并联一个5 Ω的电阻时，通过电阻的电流改变，可探究电流产生的热量跟电流的关系。由实验可以得出结论：通过导体的电流越大，产生的热量越多。
5．电流的平方　导体的电阻　通电时间　Q＝I2Rt
6．720
7．20　8800　[解析] 因为Q＝I2Rt，所以通电时间：t＝＝＝20 s；电热丝工作过程中，电流做的功等于产生的热量，所以电流做功8800 J。
8．3∶2　1∶4
9．(1)电源电压：
U＝U1＝U2＝I2R2＝0.4 A×15 Ω＝6 V。
(2)通过R1的电流：
I1＝I－I2＝1 A－0.4 A＝0.6 A，
R1产生的热量：
Q1＝UI1t＝6 V×0.6 A×10 s＝36 J。
10．散热　利用电流热效应驱潮
[解析] 夏天，空气湿度大，电器长时间不用会受潮，可以采用通电放热的方法，利用电流的热效应来驱潮；如果长时间使用，又会产生大量的热，所以应该停一会儿再使用。
11．D　[解析] 因为串联电路中电阻等于各分电阻之和，并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻的倒数之和，所以两电阻串联时电路中的总电阻最大，两电阻并联时电路中的总电阻最小，因为Q放＝W＝t，所以在相同时间内放出的热量最多的是D。
12．6480
13．2.4×104
14．38.4　96
[解析] 因为电动机是非纯电阻电器，所以电动机消耗的电能必须根据公式W＝UIt进行计算，电流产生的热量根据公式Q＝I2Rt进行计算，并且W>Q。根据焦耳定律得出电动机正常工作时所产生的热量：Q＝I2Rt＝(0.8 A)2×1 Ω×60 s＝38.4 J；所消耗的电能：W＝UIt＝
2 V×0.8 A×60 s＝96 J。
15．0.6　1∶2
[解析] 由图可知，电阻RA和RB的阻值分别为5 Ω和10 Ω，将两电阻串联在电压为3 V的电源上，电路中的电流为I＝＝＝0.2 A，电路的总功率为P＝UI＝3 V×0.2 A＝
0.6 W；根据Q＝I2Rt得，RA和RB产生的热量之比等于电阻之比，即QA∶QB＝RA∶RB＝1∶2。
16．0.5　40
[解析] 由图可知，R2的电阻：R2＝＝＝20 Ω；R1的电阻：R1＝＝＝80 Ω；测得通过R2的电流为0.4 A，则电源电压：U＝I2′R2＝0.4 A×20 Ω＝8 V；此时通过R1的电流为0.1 A，故电路的总电流：I＝0.4 A＋0.1 A＝0.5 A；如果给整个电路通电10 s，电流所做的功全部用来产生热量，则Q＝W＝UIt＝8 V×0.5 A×10 s＝40 J。
17．(1)煤油的比热容比水小　通电时间　电流　(2)＜
(3)当电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多(4)移动滑动变阻器的滑片
[解析] (1)实验中瓶里装的是煤油而不是水，原因是：煤油的比热容比水小，吸收相同的热量，煤油的温度变化大，实验现象明显；实验时，将阻值不同的两电阻串联接入电路中，这是为了控制流过电阻丝的电流与通电时间相同。(2)用电压表分别测出RA与RB两端的电压，发现UA＜UB，通过它们的电流相等，根据R＝可知RA＜RB。(3)比较甲、乙瓶，已知通过两段电热丝的电流和通电时间都相同，由于RB＞RA，乙瓶中的温度计示数升高得快，所以可得出结论：当电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。(4)要研究电热与电流的关系，必须改变通过电阻丝的电流，所以应移动滑动变阻器的滑片，比较通电时间相同时，甲(或乙)烧瓶中温度计的示数变化。
18．(1)在高温挡正常工作10 min产生的热量：Q＝W＝P高t＝1100 W×600 s＝6.6×105 J。
(2)由P高＝UI高及R1＝，得R1＝，则R1＝＝＝44 Ω。
(3)由P低＝UI低得，电路中的电流：I低＝＝＝2 A；
R1的电功率：P1低＝I低2R1＝(2 A)2×44 Ω＝176 W。
19．小　3.6×105　[解析] 电热水壶的发热体与电线串联，通过它们的电流及时间相等，但电热水壶的发热体的电阻比电线的电阻大得多，由焦耳定律Q＝I2Rt可知，电热水壶的发热体比电线产生的热量多得多，所以电热丝很热，但与之相连的电线却不怎么热；在额定电压下，烧开一壶水用时3 min 20 s，这段时间内电热水壶发热体产生的热量：Q＝Pt＝1800 W×(3×60 s＋20 s)＝3.6×105 J。