人教版九年级全一册物理 18.4焦耳定律 同步练习（含解析）

18.4焦耳定律
同步练习
一．选择题（共10小题）
1．下列用电器的额定功率都相同，当它们都在额定电压下工作，在相同时间内，电流产生的热量最多的是（　　）
A．空调
B．电热水器
C．洗衣机
D．吸尘器
2．电流的热效应在科研、生产、生活中被广泛应用，有时会给人们带来危害，下列情况中不属于防止电热危害的是（　　）
A．电脑两侧有散热孔
B．电动机外壳有散热片
C．电饭煲内安装有电热盘
D．电脑CPU上装有小风扇
3．如图所示，将三个相同空烧瓶口分别用完全相同的气球密封，将多个阻值相同的电阻R以不同的连接方式接入电路中，通电一段时间后体积变化最大的气球是（　　）
A．a
B．b
C．c
D．三个相同
4．如图所示，在左、右两个相同容器中分别装有初温均为20℃的等量的水，通电一段时间后，左、右两容器中水的温度分别上升到80℃和40℃，由此可知（　　）
A．R1＝2R2
B．R1＝4R2
C．R1＝3R2
D．R1＝9R2
5．如图是“探究电流通过导体时产生热量的多少与什么因素有关”的实验装置。通电前，A、B两个U型管中的液面相平，通电一段时间后，通过R1、R2的电流分别为I1、I2，则（　　）
A．I1＞I2，A管中的液面较高
B．I1＞I2，A管中的液面较低
C．I1＝I2，A管中的液面较高
D．I1＝I2，两管中的液面一样高
6．利用图中5个阻值相等的电阻完成“焦耳定律”的探究实验，以下说法错误的是（　　）
A．本实验采用的研究方法有“控制变量法”和“转换法”
B．通电后会发现在相同时间内乙产生的热量是丙产生热量的2倍
C．若要探究导体的电阻对电热的影响，应该选择观察甲、乙
D．图丙中外接5Ω电阻的作用是改变流过电阻D的电流，使通过电阻A、D的电流不同
7．额定功率相等的白炽灯和电风扇，它们在正常工作状态下工作1小时，下列说法正确的是（　　）
A．两种电器消耗的电能一样多，产生的热量也一样多
B．两种电器消耗的电能一样多，白炽灯产生的热量多
C．白炽灯耗的电能更多，电风扇产生的热量多
D．电风扇消耗的电能更多，白炽灯产生的热量多
8．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水，每个容器放入同种材料绕成的导电线圈，其电阻R1＝R3，R2＝R4，R2＝1.5R1，若同时通电，经过一段时间后这四个容器中的水温从高到低的顺序是（　　）
A．甲、乙、丙、丁
B．丁、丙、乙、甲
C．丙、丁、乙、甲
D．甲、乙、丁、丙
9．电路两端电压增为原来的3倍，电路的电阻降为原来的0.5倍，在相同时间内，电流产生的热量是原来的（　　）
A．6倍
B．9倍
C．18倍
D．1.5倍
10．如图，电源电压不变，R1、R2是两个相同的电阻，当闭合开关S1，断开S2、S3，通电10min，电路产生的热量为Q；同时闭合S2、S3，断开S1，若要产生相同的热量Q，则通电时间为（　　）
A．2.5min
B．10min
C．20min
D．40min
二．填空题（共4小题）
11．焦耳定律表明，电流流过导体产生的热量跟　
　成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。人体安全电压是　
　V。
12．如图所示，同学们正在用改装“自制灯泡”的装置探究“影响电流热效应的因素”，将瓶盖中间打一孔，插入带有红色液柱的细玻璃管，已知R1＜R2．R1和R2串联的目的是　
　，实验中能判断R2比R1产生热量多的实验现象是　
　。
13．阻值为5Ω的电热丝中通过的电流是2A，通电6300s产生的热量是　
　J，若这些热量全部被质量为1kg，初温为20℃的某种液体吸收后，温度升高到50℃，则该液体的比热容为　
　J/（kg?℃）。
14．如图所示，两个密闭容器中接入电热丝R1、R2，右边容器上方接入电热丝R3，在通电时间相同的情况下，观察两个U形管中液面高度的变化。本实验是根据　
　（选填“气体”、“液体”）的热胀冷缩来反映电流产生的热量多少，已知R1＝10Ω，R3＝6Ω，为了研究电流产生的热量与电流的关系，则R2＝　
　Ω．若将R3和R2并联接入右边密闭容器中，则可研究电流产生的热量与　
　的关系。
三．实验探究题（共2小题）
15．小浔在学习焦耳定律的知识后用如图装置进行探究：
（1）小浔通过分析知道电路中R2和R3的连接方式是　
　。
（2）解决问题后重新通电一段时间，若发现左侧U形管内液面高度差较大，可以得出结论：　
　。
（3）若过一段时间后发现，两侧U形玻璃管内液面高度差相同，电路中只有一处故障，可能是　
　。
16．小东用如图所示的装置“探究电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关”。他把甲、乙两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端。
（1）实验中，U形管中液面高度的变化反映密闭空气　
　，通电一段时间后，甲装置的U形管中液面的高度差较　
　（选填“大”或“小”）。
（2）“探究电流产生热量与电流的关系”时，在不改变原电路连接的情况下，小明要添加丙装置完成实验。他已将A，E两个接线柱连接，你认为还应把F与　
　。（选填“B”“C”或“D”）两个接线柱连接。
（3）在步骤（2）中，将丙装置接入电路。闭合开关一段时间后，只有甲，乙装置的U形管中液面出现了高度差。而丙装置的U形管中液面高度并无变化，其原因可能是丙装置出现了　
　。（选填“短路”或“断路”）。
参考答案
1．解：
由题知，各用电器的额定功率相同，都在额定电压下工作相同的时间，由W＝Pt可知，各用电器消耗的电能相同；
A、空调中有电动机，工作时将电能转化为内能和机械能；
B、电热水器是利用电流的热效应工作的，在额定电压下工作相同时间电能全部转化为内能；
C、洗衣机工作时将电能转化为机械能和内能；
D、吸尘器工作时通过电动机将电能转化为机械能和内能；
因此电热水器产生的热量最多，故B正确。
故选：B。
2．解：A、电脑两侧有散热孔是为把各电器元件产生的热及时散失掉，故A错误；
B、电动机外壳有散热片是为把各电器元件产生的热及时散失掉。故B错误。
C、电饭煲内安装有电热盘，这是利用电流的热效应的，故C正确。
D、电脑CPU上装有小风扇，是用来散热的，故D错误。
故选：C。
3．解：
由图可知，三个烧瓶的电阻（相同的电阻R）以不同方式接入电路中时是串联的，所以通过电流相等，通电时间也相等，
由电阻的串联和并联特点知，电阻串联后电阻最大，并联后电阻最小，即被b气球密封的烧瓶里的电阻最大，由Q＝I2Rt可知这个烧瓶里电阻放出热量最多，瓶中气体温度最高，气球的体积变化最大。
故选：B。
4．解：两容器内装有质量和初温都相等的水，通电一段时间后，左、右两容器中水的温度分别上升到80℃和40℃，则左边容器内水升高的温度为80℃﹣20℃＝60℃，右边容器内水升高的温度为40℃﹣20℃＝20℃，升高的温度之比为60℃：20℃＝3：1，根据公式Q＝cm△t可知，水吸收的热量之比为3：1，即R1和R2放出的热量之比为3：1；由于电流和通电时间相同，根据Q＝I2Rt可知，电阻之比等于热量之比，即R1：R2＝3：1，R1＝3R2。
故选：C。
5．解：
由图可知，右侧两电阻丝并联后与左侧电阻丝串联，并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以I1＞I2；
由Q＝I2Rt可知，通电时间相同时，I1＞I2，R1＝R2＝5Ω，所以左侧甲电阻产生的热量较多；
密闭空气吸收热量后，体积不变，压强变大，左侧容器内气体的压强与大气压的差值较大，A玻璃管液面较高。
故选：A。
6．解：
A、实验时，电流通过电阻丝做功，消耗电能转化为内能，产生的热量，被煤油吸收，煤油吸收热量温度升高；通过温度计的示数变化反应电流产生的热量多少，为准确反应电流产生的热量的多少，两个烧瓶中所盛煤油的质量要相等；故实验中采用的方法是控制变量法和转换法，故A正确；
B、由图可知，乙的电阻是和丙的电阻的2倍，乙的电流是丙的电流的2倍，根据Q＝I2Rt可知，乙产生的热量是丙产生热量的8倍；故B错误；
C、要探究电流对电热的影响，应控制通电时间和电阻大小相同，电流不同，故应该选用乙和丙，故C正确；
D、因为并联电路中的电阻比任何一个电阻都小，当丙容器外连接的5Ω电阻后，通过丙容器内电阻的电流减小，因此图丙中右侧盒外连接的5Ω电阻的作用是改变丙容器内电阻的电流；由于这两个电阻丝是相同的，通过它们的电流也相同，故外接5Ω电阻的作用是使通过金属丝AD的电流不同，故D正确。
故选：B。
7．解：
额定功率相同的白炽灯和电风扇正常工作相同的时间，由W＝Pt可知，它们消耗的电能一样多，但它们产生的热量不相同。
白炽灯工作时将电能转化为较多的内能，电风扇工作时主要将电能转化为机械能，因此，白炽灯产生的热量较多；故ACD错、B正确。
故选：B。
8．解：左图中，R1与R2串联，根据串联电路特点和焦耳定律Q＝I2Rt可知，在电流和通电时间相同的情况下，电阻大的产生的热量多。因为R2＝1.5R1，所以Q2＞Q1；
右图中，R3与R4并联，根据并联电路特点和焦耳定律公式的变形式Q＝t可知，在电压和通电时间相同的情况下，电阻小的产生的热量多。因为R4＞R3，所以Q3＞Q4；
左图中，通过R2的电流是：I2＝，所以Q2＝I2R2t＝（）2R2t；
右图中，通过R4的电流是：I4＝，所以Q4＝I2R4t＝（）2R4t；
因为R2＝R4，且通电时间相同，所以电流大的产生的热量多。因为I4＞I2，所以Q4＞Q2；
这样我们得出了这四个电阻产生的热量关系是：Q3＞Q4＞Q2＞Q1；即丙、丁、乙、甲。
故选：C。
9．解：
若原来电压为U、原来电阻为R，通电时间为t，电流产生的热量为Q＝W＝t，
现在的电压为3U，电阻为0.5R＝R，通电时间为t，电流产生的热量为Q′，
则＝＝。
故选：C。
10．解：
由题知，R1、R2是两个相同的电阻，设R1＝R2＝R，
由图可知，当闭合开关S1，断开S2、S3时，两电阻串联，总电阻为2R，
电源电压不变，由焦耳定律可得，通电20min电路产生热量Q＝×10min，
闭合S2、S3，断开S1时两电阻并联，总电阻为，产生相同热量，则：Q＝×t＝×t＝×10min，
所以t＝2.5min。
故选：A。
11．解：
电流流过导体产生的热量跟电流二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比；
对人体安全电压是不高于36V。
故答案为：电流二次方；不高于36。
12．解：已知R1＜R2，R1和R2串联，在通过这两个电阻的电流相同，通电时间也相同；
通电一段时间后，如果R2中细玻璃管中的液面升的高，表明该容器内液体吸收的热量多，即R2产生的热量多。
故答案为：控制电流和通电时间相同；R2中细玻璃管中的液面升的高。
13．解：通电6300s电热丝产生的热量：
Q＝I2Rt＝（2A）2×5Ω×6300s＝1.26×105J；
液体吸收的热量：
Q吸＝Q＝1.26×105J，
由Q吸＝cm（t﹣t0）得液体的比热容：
c＝＝＝4.2×103J/（kg?℃）。
故答案为：1.26×105；4.2×103。
14．解：该实验装置是利用容器中空气的热胀冷缩来反应放热的多少，产生热量的多少不能直接观察，通过U形管液面高度差的变化来反映；
为了研究电流产生的热量与电流的关系，需要控制电阻和通电时间相同，通过的电流不同，所以R1、R2的阻值应该是相同的，即R2＝10Ω；
若将R3和R2并联接入右边密闭容器中，则该整体与R1串联在电路中，通过的电流和通电时间相同，但容器内总电阻与R1电阻不同，所以可以探究电热与电阻大小的关系。
故答案为：气体；10；电阻。
15．解：
（1）由图可知，R2和R3是并联在电路中的，然后与R1串联；
（2）由图可知，容器内电阻丝的阻值是相同的，左侧容器内电阻丝在干路上，右侧容器内电阻丝在支路上，则左侧的电流要大于右侧容器内电阻丝的电流，若发现左侧U形管内液面高度差较大，可以得出结论：当通电时间和电阻相同时，电流越大，导体产生的热量越多：
（3）过一段时间发现两侧U形管中液面高度差相同，根据转换法，说明两容器内电阻丝产生的热量相同，因两电阻丝的阻值和通电时间相同，由Q＝I2Rt知，通过两电阻丝的电流也相同，故原因可能是电阻丝R2断路；
故答案为：（1）并联；（2）当加热时间和电阻相同时，电流越大，导体产生的热量越多；（3）R2断路。
16．解：
（1）实验中通过U形管中液面高度的变化反映密闭空气吸收热量的多少；
由图可知，甲乙串联在电路中，电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多，所以甲产生的热量小于乙产生的热量，则甲装置的U形管中液面的高度差较小；
（2）在探究电流通过导体产生热量与电流的关系时，不改变原电路连接情况下，小明利用图丙所示的装置完成实验。他已将A、E两个接线柱连接，则还应把F与D接线柱连接（如下图），此时2个5欧的电阻在两条支路中，且通过的电流不同，满足实验要求；
（3）步骤（3）中，将丙装置接入电路，闭合开关一段时间后，只有甲、乙装置“U”形管中出现高度差，而丙“U”形管中液柱高度并无变化，这表明丙所在的支路出现断路，丙不是通路，不能产生热量。
故答案为：（1）吸收热量的多少；小；（2）D；（3）断路。