人教版 九年级物理 18.4 焦耳定律 同步培优训(含答案)

人教版 九年级物理 18.4 焦耳定律 同步培优训
一、选择题
1. 如图所示的用电器中，利用电流热效应工作的是(　　)
2. 已知一台直流电动机两端的电压为6 V，通过电动机的电流为2 A，线圈的电阻为0.5 Ω，则在1 min内电动机消耗的电能及产生的热量分别为(　　)
A. 720 J，120 J B. 720 J，720 J C. 720 J，600 J D. 600 J，120 J
3. 如图所示用电器主要利用电流热效应工作的是 (　　)
4. 电炉中的电阻丝通电一段时间后变得很烫，而连接的导线却不怎么热，主要是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A. 通过导线的电流小于通过电阻丝的电流
B. 导线的绝热皮隔热
C. 导线的电阻远小于电阻丝的电阻
D. 导线散热比电阻丝快
5. 如图所示，为“探究电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”的实验电路，以下说法正确的是(　　)
A. 闭合开关S1、S2，通过三根电阻丝的电流相同
B. 先闭合开关S1，再闭合开关S2，电流表示数保持不变
C. 先闭合开关S1，再闭合开关S2，通过右容器中电阻丝的电流变小
D. 闭合开关S1、S2一段时间后，右边U形管内的液面比左边U形管内的液面高
6. 如图所示为“探究焦耳定律”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。将容器中的电阻丝R1、R2串联在电路中，且R1A.该实验装置用于探究电压和通电时间一定时，电热与电阻的关系
B.闭合开关后，通过R1的电流大于R2的电流
C.闭合开关后，甲管中液面上升比乙慢
D.闭合开关后，要使电流增大，应将滑动变阻器滑片P向左移动
7. (多选)如图甲是一个电加热器的工作原理图，其中R1和R2是阻值不变的发热电阻;图乙是它的部分参数。当电加热器正常工作时，下列说法正确的是 (　　)
　　
额定电压 220 V
额定加热功率 990 W
额定保温功率 110 W
A.只闭合开关S，电加热器的功率为 990 W
B.开关S闭合，S1 由断开到闭合，电路中电流变大，R2的功率变大
C.电加热器在保温状态下工作5 min，产生3.3×104 J的热量
D.电阻R1与R2的阻值之比为 1∶8
8. 如图所示，电源电压恒定不变，闭合开关后，滑动变阻器的滑片P由b端移到某点c的过程中，电压表的示数由4 V变为3 V，电流表的示数由0.2 A变为0.3 A，由此可知 (　　)
A.电源电压为7 V
B.R1的阻值为20 Ω
C.电路消耗的最小功率为1.2 W
D.滑片P在b端时，10 s内R1产生的热量为12 J
9. 如图甲所示是小灯泡的I-U图像。将此灯泡L与滑动变阻器R串联在电压为4.5 V的电路中(如图乙所示)，闭合开关S，移动滑片P，当小灯泡的功率为0.75 W时，下列说法正确的是 (　　)
A.电流表的示数为0.2 A
B.滑动变阻器R接入电路中的电阻为15 Ω
C.电路消耗的总功率为1.35 W
D.10 s内滑动变阻器R产生的热量为13.5 J
10. 如图所示电路，电源电压恒为6 V，定值电阻R1为10 Ω，滑动变阻器R2的规格为“20 Ω　0.5 A”，电压表量程为0～3 V，电流表量程为0～0.6 A．则(　　)
A. 电压表测量的是电阻R1两端的电压
B. 当变阻器R2的滑片P向左移动时，电压表的示数变小
C. 为了保证电路中各元件安全工作，变阻器R2接入电路的阻值范围是2 Ω～10 Ω
D. 当变阻器R2接入电路中的阻值是8 Ω时，通电1 min电阻R1产生的热量是53.3 J
二、填空题
11. 电热器是利用电流的________来工作的．某发热元件的阻值为 420 Ω，通过的电流为1 A，通过10 min产生的热量是________J，这些热量能使2 kg的冷水温度升高________℃.[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
12. 如图所示，电源电压保持不变，R1＝5 Ω，闭合开关S. 开关S0拨至b时，电压表示数是拨至a时三分之一，则R2＝______Ω；若电源电压为3 V，当开关S0拨至b时，R1在1 min内产生的热量是________ J.
13. 某品牌电动玩具警车的内部等效电路如图所示，阻值为2 Ω的警灯与线圈电阻为0.5 Ω的电动机串联。当玩具警车正常匀速行驶时，通过电动机线圈的电流为1 A，则警灯两端的电压是　　　　V；
2 min内电动机线圈产生的热量是　　　　J。?
14. 电热水壶上标有“220 V　800 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，是因为电线的电阻比发热体的电阻　　　　;在额定电压下，电热水壶烧水210 s，这段时间内电热水壶发热体产生的热量为　　　　J，若发热体产生的热量全部被水吸收，能将　　　　kg的水从20 ℃升高至100 ℃。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]?
15. 如图甲所示是一种家用电暖器，图乙是其简化的电路图，已知R1额定电压 220 V
功率选择 一挡950 W
二挡1150 W
三挡2100 W
三、解答题
16. 如图是某课外活动小组设计的小台灯电路图．S为单刀双掷开关，电源电压为12 V，且保持不变．小灯泡的额定功率是6 W，电阻R的阻值为6 Ω.当开关S接“2”时，小灯泡恰好正常发光．若灯丝电阻不变．试求：
(1)小灯泡的额定电流是多少？灯丝的电阻是多少？
(2)小灯泡正常发光5 min，电流通过小灯泡所做的功是多少？
(3)开关S接“1”时，电阻R的功率是多少？
17. 有一个电热水壶，其铭牌数据如下表所示．在1个标准大气压下，它在额定电压下加热7 min刚好把质量为1 kg、初温为20 ℃的水烧开[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，电热丝的阻值保持不变]．求：
(1)水吸收的热量是多少？
(2)电热水壶在7 min内所消耗的电能是多少？
(3)由于现在是用电高峰，电网中的实际电压为198 V，要把同样一壶水烧开，若电热水壶的热效率不变，则需要加热多少秒？(计算结果保留到整数)　
额定电压 220 V
额定功率 1 000 W
频率 50 Hz

18. 如图甲所示是家用电暖器，利用电热给煤油加热取暖。图乙为其简化的电路原理图，已知电阻R1 >R2，铭牌见下表所示。在电暖器跌倒时，跌倒开关S自动断开，切断电源，保证安全。电暖器有“高温挡”“中温挡”和“低温挡”三个挡位，解答下列问题:[已知c煤油=2.1×103 J/(kg·℃)，ρ煤油=0.8×103 kg/m3]
(1)煤油温度升高20 ℃时，吸收了多少焦耳的热量?
(2)R1的阻值是多少? (写出必要的文字说明)
(3)某同学用两个阻值和R1、R2均相同的电热丝串联，制成一个新的电热器，将它接在家庭电路中工作11 min，产生的热量是多少?
额定电压 220 V
煤油体积 25 L
功率选择 1500 W/1100 W/400 W 三挡可调
操作方式 手动
19. 热熔胶是常用的粘合剂，它在常温下为固体．图甲是热熔胶枪(简称“胶枪”)的外形，其内部有两只相同的PTC加热元件，电路如图乙所示，单只PTC加热元件的电阻与温度的变化关系如图丙所示．胶枪扳机松开时，开关S1断开，开关S2的触片与b触点接通，若此时接通电源，胶枪就进入预热状态，约60 s后热熔胶熔化成的胶液温度达到正常工作温度(150 °C～180 °C)．此后，若扣动扳机，胶枪就进入正常工作状态：开关S1闭合，开关S2的触片与a触点接通，固体胶条向前挤压．枪口冒出温度为150 °C～180 °C的胶液．在近似计算时，可以认为胶液的温度与PTC加热元件的温度相同．问：
(1)单只PTC加热元件在预热过程中的最小电阻为多少？
(2)胶枪在预热过程中消耗的最大功率是多大？
(3)接通电源60 s后，假设胶枪在恒温为150 °C的条件下正常工作100 s，它产生热量的60%被胶条吸收，在这过程中胶条吸收了多少热量？
人教版 九年级物理 18.4 焦耳定律 同步培优训-答案
一、选择题
1. 【答案】C　【解析】电暖器是利用电流的热效应原理工作的．
2. 【答案】A　【解析】1 min内电动机消耗的电能为：W＝UIt＝6 V×2 A×60 s＝720 J；电动机产生的热量为：Q＝I2Rt＝(2 A)2×0.5 Ω×60 s＝120 J．故选A.
3. 【答案】A
4. 【答案】C　【解析】电阻丝跟导线串联，通过它们的电流I相等，A错误；导体产生的热量可以用Q＝I2Rt计算，电流和通电时间相同时，当R电阻丝＞R导线时，Q电阻丝＞Q导线，即相同时间内导线产生的热量小于电阻丝产生的热量，而与散热快慢、隔热效果无关，C正确，B、D错误．故选C.
5. 【答案】C　【图像分析】电源为两节干电池，电压为3 V；开关S2闭合时，右边两个5 Ω电阻并联后和左边的5 Ω电阻串联；开关S2断开时，左右两边各有一个5 Ω电阻组成串联电路；开关S1为干路开关，电流表测量干路电流．
【解析】由图可知两个开关都闭合时，右边两个电阻并联后的总电流和左边电阻的电流相等，即通过左边电阻的电流大于通过右边容器内电阻的电流，两个电阻大小相等、通电时间相同，根据Q＝I2Rt可得右边电阻产生的热量少，因为两边容器相同，空气的质量相等，所以右边空气的温度升高少，体积膨胀的少，因此右边U形管内的液面比左边U形管内的液面低，所以A、D错误；先闭合开关S1时，两个5 Ω的电阻串联，再闭合开关S2时，右边两个5 Ω电阻并联后再和左边的5 Ω电阻串联，电路电阻变化，电源电压不变，则电路电流变化，所以电流表的示数变化，B错误；先闭合开关S1时，左右容器内边两个5 Ω电阻串联，则U左＝U右＝，再闭合开关S2时，R左>R右，U左>U右，且U＝U左＋U右，则U右<，右侧容器内电阻的阻值不变，两端电压变小，所以通过它的电流变小，C正确．故选C.
6. 【答案】C　[解析]两电阻串联，通过两电阻的电流和通电时间相等，而电阻不同，故可探究电流产生的热量与电阻的关系，A、B错误;根据Q=I2Rt，电流与通电时间相同，因R17. 【答案】BC
8. 【答案】C　[解析]因电源电压不变，则有
U=4 V+0.2 A×R1①，
U=3 V+0.3 A×R1②，
由①②解得R1=10 Ω，U=6 V。
当滑片滑到b端时，电路中的电流最小，消耗的最小总功率为
P=UI=6 V×0.2 A=1.2 W;
滑片在b端时R1产生的热量
Q=I2R1t=(0.2 A)2×10 Ω×10 s=4 J。
综上可知C正确。
9. 【答案】C　[解析]当小灯泡的功率为0.75 W时，根据题图甲可知，灯泡L两端的电压为2.5 V，通过灯泡的电流为I=0.3 A，即电流表的示数为0.3 A，故A错误。根据串联电路电压的规律，滑动变阻器两端的电压U滑=U-UL=4.5 V-2.5 V=2 V，滑动变阻器R接入电路中的电阻R滑==≈6.7 Ω，故B错误。电路消耗的总功率P总=UI=4.5 V×0.3 A=1.35 W，故C正确。滑动变阻器R在10 s内产生的热量Q=W滑=U滑It=2 V×0.3 A×10 s=6 J，故D错误。
10. 【答案】C　【解析】如题图所示，电压表测滑动变阻器R2两端的电压，A错误；当变阻器R2的滑片P向左移动时，R2接入电路的电阻变大，根据串联电路分压特点，R2两端的电压增大，电压表的示数变大，B错误；为了保证电路中各元件安全工作，滑动变阻器R2允许通过的最大电流为0.5 A，电流表量程为0～0.6 A，故电路中的最大电流为0.5 A，此时变阻器R2接入电路的电阻最小；定值电阻R1两端的电压U1＝I1R1＝0.5 A×10 Ω＝5 V，变阻器R2两端的电压U2＝U－U1＝6 V－5 V＝1 V，故变阻器R2接入电路的最小阻值为R2＝＝＝2 Ω.当电压表的示数为3 V时，变阻器R2接入电路的电阻最大；定值电阻R1两端的电压为U1′＝U－U2′＝6 V－3 V＝3 V，电路中的电流I1′＝＝＝0.3 A，即电路中的电流为I＝I′1＝0.3 A，此时变阻器R2接入电路的阻值为R2＝＝＝10 Ω；由于10 Ω＜20 Ω，故变阻器R2接入电路的最大阻值为10 Ω.综上所述，变阻器R2接入电路的阻值范围是2～10 Ω，C正确；当变阻器R2接入电路中的阻值是8 Ω时，电路中的总电阻R＝R1＋R2＝10 Ω＋8 Ω＝18 Ω，电路中的电流I＝＝＝ A，通电1 min电阻R1产生的热量为Q1＝I2R1t＝( A)2×10 Ω×60 s≈66.7 J，D错误，故选C.
二、填空题
11. 【答案】热效应　2.52×104　30　【解析】电热器是利用电流的热效应来工作的；发热元件产生的热量：Q＝I2Rt＝(1 A)2×420 Ω×10×60 s＝2.52×104 J；根据公式Q吸＝cmΔt得，Δt＝＝＝30 ℃.
12. 【答案】10　12　【解析】电源电压不变，R1＝5 Ω，闭合开关S，R1、R2串联，开关S0拨至b时，电压表测量R1的电压；开关S0拨至a时，电压表测量总电压．由电压表的两次偏转关系可知，R1的电压等于总电压的，根据串联电路的电阻分压关系可知＝，即＝，因此R2＝10 Ω；电源电压为3 V，则R1电压为1 V，通电1 min，R1所产生的热量为Q＝,R1)t＝×60 s＝12 J.
13. 【答案】2　60
14. 【答案】小　1.68×105　0.5
15. 【答案】S1　6.9×105
三、解答题
16. 【答案】解：(1)P＝UI
I1＝＝＝0.5 A
I＝，RL＝＝＝24 Ω
(2)P＝
W1＝PLt＝IRLt＝(0.5 A)2×24 Ω×5×60 s＝1 800 J
(3)R总＝R＋RL＝6 Ω＋24 Ω＝30 Ω
I2＝＝＝0.4 A
PR＝IR＝(0.4 A)2×6 Ω＝0.96 W
答：(1)小灯泡的额定电流是0.5 A，灯丝的电阻是24 Ω；(2)小灯泡正常发光5 min，电流通过小灯泡所做的功是1800 J；(3)开关S接“1”时，电阻R的功率是0.96 W.
17. 【答案】解：(1)因为在1个标准大气压下，水的沸点为100 ℃
因为Δt＝100 ℃－20 ℃＝80 ℃
所以Q吸＝c水m水Δt＝4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×80 ℃
＝3.36×105 J
(2)t＝7 min＝7×60 s＝420 s
W＝Pt＝1 000 W×420 s＝4.2×105 J
(3)因为电热丝的阻值R＝,P额)＝＝48.4 Ω
所以P实＝,R)＝＝810 W
因为是把同样一壶水烧开，且电热水壶的热效率不变，
且消耗的电能也不变，
所以W＝P实t，故t＝＝≈519 s
18. 【答案】解:(1)煤油质量m=ρ煤油V=0.8×103 kg/m3×25×10-3 m3= 20 kg，
煤油温度升高20 ℃时吸收的热量
Q=c煤油mΔt=2.1×103 J/(kg·℃) ×20 kg×20 ℃=8.4 ×105 J。
(2)由于R1>R2，由P=可知，当电压一定时，电阻越大，功率越小，所以S、S1闭合，只有R1工作时，电路中电阻最大，功率最小，P低= 400 W。
所以R1的阻值为R1= ==121 Ω。
(3)结合(2)的分析可知，当S、S2闭合时，只有R2工作，此时为中温挡，P中=1100 W，则R2的阻值为R2===44 Ω。
新电热器电阻丝的总电阻为
R串=R1+R2=121 Ω+44 Ω=165 Ω，
产生的热量为
Q=t=×660 s=1.936×105 J。
19. 【答案】(1)由题图丙可知，单只PTC在预热过程中的最小电阻为500 Ω；
(2)当开关S1断开，S2与b接触时，两电阻串联，其总电阻R串＝R1＋R2，由P＝知，当R最小时P最大，故当R1＝R2＝500 Ω时，P最大．R串＝2×500 Ω＝1 000 Ω.
此过程中消耗的最大功率为
P＝＝＝48.4 W；
(3)当开关S1闭合，S2与a接触时，两电阻并联，此时，胶枪正常工作．
由图丙可知，在150 ℃时单只PTC的电阻为1 200 Ω，则
R并＝＝＝＝600 Ω，
则胶枪产生的热量为
Q＝I2R并t＝t＝×100 s≈8 066.7 J，
胶条吸收的热量为Q胶条＝ηQ＝8 066.7 J×60%≈4 840 J.