沪科版九年级全一册物理 16.4科学探究 电流的热效应 同步练习（含解析）

16.4科学探究:电流的热效应
同步练习
一．选择题
1．下列家用电器中，利用电流热效应工作的是（　　）
A．洗衣机
B．电冰箱
C．电风扇
D．电暖器
2．甲乙两个电阻之比为2：1，串联在同一电源上，闭合开关一段时间，电流通过甲电阻产生的热量600J，则电流通过乙电阻产生的热量为（　　）
A．300J
B．600J
C．1200J
D．2400J
3．小军用玩具电动车的小电动机做趣味实验。他将一个电压恒定不变的3V直流电源按图所示的电路接在电动机两端，闭合开关后，电动机稳定匀速转动了10s，此时电流表的示数为0.6A，关于本实验，以下说法正确的是（　　）
A．电动机在匀速转动过程中的电阻为5Ω
B．电动机在匀速转动过程中的功率为1.8W
C．电动机在匀速转动的10s内产生18J的热量
D．电动机在匀速转动过程中电能全部转化为机械能
4．采用如图所示的装置，既可以探究电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系，也可以比较水和煤油吸热升温的现象，则在这两个实验过程中，下列说法正确的是（　　）
A．都一定要控制液体的初温相同
B．都是通过温度计示数的变化来反映液体吸收热量的多少
C．都要控制所选烧瓶中液体的质量相等
D．都要控制所选烧瓶中电阻丝的阻值相等
5．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
6．有两根电热丝，R1＝nR2，若单独用R1对一壶水加热，则所需时间为t，则将这两根电热丝同时连入电路，烧开同一壶水所需的最短时间为（不计热损失）（　　）
A．t
B．t
C．t
D．t
7．通过电阻R的电流为I，在t秒内产生的热量为Q；当电阻增大为原来的二倍，电流减小为原来的一半时，在相同时间内，电阻产生的热量为（　　）
A．4Q
B．2Q
C．
D．
8．两个电热丝的阻值相等，把这两个电热丝串联起来使用时，烧开一壶水需要20分钟，如果把它们并联使用，烧开同样一壶水需要的时间是（　　）
A．5分钟
B．10分钟
C．20分钟
D．40分钟
9．某电饭锅铭牌上标有：额定电压为220V，保温功率为22W，加热功率为1100W．如图所示是该电饭锅的电路简图，其中，单刀双掷开关S用来调节“加热”和“保温”两种工作状态，R0为电热丝。下列说法正确的是（　　）
A．S和2接触时是保温状态
B．电饭锅正常加热时，电路的电流是0.1A
C．电路中电阻R0＝44Ω，R＝2156Ω
D．保温时，R0、R产生的电热之比是539：11
10．如图所示，在接线柱间接入熔丝和铜丝，熔丝电阻大于铜丝。接通电源，闭合开关S，依次闭合各小灯泡支路的开关，最后再闭合电炉丝支路的开关时，会发现熔丝被熔断。下列说法正确的是（　　）
①实验说明电路超负荷运行会引起安全事故
②实验中通过熔丝的电流大于铜丝
③通电相同时间熔丝所产生的热量多于铜丝
④电流表的示数逐渐减小
A．只有①②③
B．只有①④
C．只有①③
D．只有②③④
二．填空题
11．某电风扇电阻为50Ω，当它接在220V的电路时，电流为0.2A，则正常工作100s产生的热量　
　J，此时电风扇产生的热量　
　消耗的电能（选填“大于”“小于”或“等于”）。
12．如图所示电路中，灯泡L上标有“12V
3W”字样，R为定值电阻。闭合开关S后，灯泡L恰好正常发光，电流表的示数为0.45A，则该电路工作5min，定值电阻R产生的热量是　
　焦。
13．如图电路中，开关S由断开到闭合时，电流表的示数由0.3A变化到0.5A，此时电压表的示数始终为6V，则滑动变阻器R2连入电路的阻值为　
　Ω，通电1min电阻R1产生的热量为　
　J。
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。
15．如图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。表中是它的部分参数。当开关S和S1都闭合时，电加热器处于　
　（选填“加热”或“保温”）状态；电阻R1与R2的阻值之比是　
　；加热器在保温状态下正常工作5min。电阻R2产生的热量是　
　J。
额定电压
220V
额定加热功率
1210W
额定保温功率
110W
三．实验探究题
16．如图，在探究“影响电流热效应的因素”实验中：
①为了探究电流通过电阻产生的热量与电流的关系，小明设计了甲图装置，在烧瓶内安装一根电阻丝，并插入一支温度计，该实验通过比较　
　（选填“温度计示数变化量”或“加热时间”），来判断不同电流产生的热量多少。
②若要探究电流通过电阻产生热量与电阻的关系，可选择乙图中　
　（选填“A”或“B”）
烧瓶中的电阻与甲图中的烧瓶电阻　
　（选填“串联”或“并联”）。（A、B烧瓶与甲图烧瓶装有质量和初温相同的同种液体）
17．同学们准备了学生电源、滑动变阻器、电流表、开关、导线。还有完全相同的甲、乙两烧瓶，其中分别装有电阻R甲、R乙和相同的温度计，连接了如图所示的电路，进行实验探究。
（1）小明利用这套装置比较甲、乙两瓶中液体的比热容，为了使两种液体在一定时间内吸收的热量相等，他设计电路时必须满足的条件是R甲、R乙的阻值　
　（选填“相同”或“不同”）。实验中保持液体质量相同。闭合开关，通电一段时间后，小明发现甲瓶中温度计示数升高5℃，乙瓶中温度计示数升高10℃，则　
　（选填“甲”或“乙”）瓶中液体的比热容较小。
（2）小丽利用这套装置探究电流产生的热量跟电阻的大小是否有关，她设计电路时应使R甲、R乙阻值　
　（选填“相同”或“不同”）；除控制电流大小和通电时间相同外，还应控制液体的种类和　
　相同。
四．计算题
18．某电动玩具汽车部分参数如表所示：
（1）电动机正常工作1分钟，消耗多少电能？
（2）电动机正常工作时的机械功率是多少？
电动机线圈电阻
1欧
电池电压
12伏
额定电流
2安
（3）假定电池的输出电压恒定不变，若玩具汽车被障碍物卡住，电动机停止旋转，则持续通电一分钟会产生多少热量？
19．有的高档小轿车座椅中安装有高低温挡的电加热器，其高温挡工作原理相当于如图所示的电路图，电源电压恒定不变，其中R1＝10Ω，R2＝10Ω，开关都闭合后，通过R1的电流为2A，求：
（1）R1两端的电压。
（2）R2通过的电流。
（3）通电1分钟，整个电路产生的热量是多少。
参考答案
一．选择题
1．解：
A、洗衣机工作时主要把电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的。故A不符合题意；
B、电冰箱工作时主要把电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的。故B不符合题意；
C、电风扇工作时主要把电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的。故C不符合题意；
D、电暖器工作时主要把电能转化为内能，是利用电流热效应工作的。故D符合题意。
故选：D。
2．解：甲乙两个电阻串联在同一电源上，闭合开关一段时间，通电时间相同，通过的电流也相同，电阻之比为2：1，根据Q＝I2Rt可知，电阻产生的热量之比为2：1，则乙电阻产生的热量为：×600J＝300J。
故选：A。
3．解：图中电流表测电动机的电流，由题知，电源电压恒为3V，电流表示数0.6A。
A、根据欧姆定律R＝＝＝5Ω，但由于电动机转动时是非纯电阻电路，不能运用欧姆定律计算，故A错误；
B、电动机匀速转动过程中消耗的电功率P＝UI＝3V×0.6A＝1.8W，故B正确；
CD、电动机匀速转动时消耗电能W＝Pt＝1.8W×10s＝18J，
由于电动机工作时，将电能转化为内能和机械能，所以匀速转动的10s内产生的热量小于18J，故CD错误。
故选：B。
4．解：
A、探究电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系时，电阻放出热量的多少是通过温度计升高的示数的大小来反应的，所以不需要控制液体的初温相同；比较水和煤油吸热升温的现象时，需要控制水和煤油的初温相同，故A错误；
B、比较水和煤油吸热升温的现象时，通过加热时间来表示液体吸收热量的多少，故B错误；
C、探究电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系时，需要控制加热的液体的种类、质量相同；比较水和煤油吸热特点时，需要控制水和煤油的质量相同，故C正确；
D、探究电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系时，需要控制电流和通电时间相同，电阻不同，故D错误。
故选：C。
5．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。
6．解：水沸腾时吸收的热量相同，设为Q吸，则
Q吸＝I2Rt＝t，
因电阻越串越大、大于任何一个分电阻，电阻越并越小、小于任何一个分电阻，
所以，由Q＝I2Rt＝t可知，电压相同时，两电阻并联时，加热时间最短，
因并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和，
所以，R并＝＝＝，
因Q吸＝t′＝t，
则t′＝t＝t＝t。
故选：B。
7．解：根据Q＝I2Rt得，电阻变为原来的2倍，电流变为原来的一半，时间不变，则热量变为原来的Q＝×2R×t＝IRt，即在相同时间内，电阻产生的热量变为原来的，故C正确。
故选：C。
8．解：
设一根电阻为R，所以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：R并＝R；
两个电热丝串联起来使用时，烧开一壶水需要t串＝20min，
根据题意可知，串并联时烧开一壶水需要的热量关系式为：
Q＝＝××20min﹣﹣﹣﹣①，
Q＝＝﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
由①②可得：
t并＝＝5min。
故选：A。
9．解：
A、由图知，开关S接2时，电路为R0的简单电路，此时电路中电阻最小，且电源电压不变，由P＝可知电路消耗的电功率最大，此时电饭锅处于加热状态；则开关S接1时（R和R0串联）为保温状态，故A错误；
B、由P＝UI可得，正常加热时电路的电流：I加热＝＝＝5A，故B错误；
C、由I＝可得R0的阻值：R0＝＝＝44Ω，
保温功率为22W，由P＝UI可得，保温状态时电路中的电流：I保温＝＝＝0.1A，
由欧姆定律可得，保温状态时总电阻：R总＝＝＝2200Ω，
根据电阻的串联规律可得电阻R的阻值：R＝R总﹣R0＝2200Ω﹣44Ω＝2156Ω，故C正确；
D、保温时，R0、R产生的电热之比：＝＝＝＝，故D错误。
故选：C。
10．解：
①电炉丝和小灯泡是并联的，在并联电路中，干路电流等于各支路电流之和。并联的用电器越多，通过熔丝的电流就越大，根据焦耳定律，电流通过熔丝产生的热量就越多，达到一定程度时，熔丝就会自动熔断，如果没有熔丝的保护，导线的绝缘层甚至会燃烧起来，所以超负荷运行会引起安全事故，故①是正确的；
②由于熔丝和铜丝都在干路上，通过它们的电流应该是相等的，故②是错误的；
③通过熔丝和铜丝的电流相同，通电时间相同，但熔丝的电阻大于铜丝，根据焦耳定律，电流通过熔丝产生的热量大于铜丝，故③是正确的；
④电流表测量的是干路电流，干路电流等于各支路电流之和。并联的用电器越多，干路电流越大，电流表的示数就越大，故④是错误的；
综上分析，本题正确答案为C。
故选：C。
二．填空题
11．解：电风扇正常工作100s产生的热量为：Q＝I2Rt＝（0.2A）2×50Ω×100s＝200J；
电风扇在工作的过程中，电能主要转化为机械能，少部分电能转化为内能，所以电风扇产生的热量小于消耗的电能。
故答案为：200；小于。
12．解：由电路图知，开关闭合后，灯泡L与电阻R并联，电流表测干路电流，
灯泡恰好正常发光，由并联电路的电压特点可知，
UR＝UL额＝12V；
由P＝UI可得，此时通过灯泡的电流：
IL＝＝＝0.25A，
由并联电路的电流特点可得，通过定值电阻R电流：
IR＝I﹣IL＝0.45A﹣0.25A＝0.2A，
所以该电路工作5min，定值电阻R产生的热量
QR＝WR＝URIRt＝12V×0.2A×5×60s＝720J。
故答案为：720.
13．解：
（1）由图知，S断开时，只有变阻器R2连入电路；S闭合时，R1和R2并联，电流表测电路中电流，电压表测电源电压。
所以电源电压U＝6V，
开关S由断开到闭合时，电流表的示数由0.3A变化到0.5A，
所以通过R2的电流为0.3A，
由并联电路特点和欧姆定律可得，滑动变阻器连入电路的阻值：
R2＝＝＝20Ω；
（2）由并联电路电流特点可得，通过R1的电流：
I1＝I﹣I2＝0.5A﹣0.3A＝0.2A，
通电1min电阻R1产生的热量：
Q＝W＝UI1t＝6V×0.2A×60s＝72J。
故答案为：20；72。
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）由电路图可知，开关S和S1都闭合时，只有R2连入电路中，电路电阻较小，根据P＝可知，电功率较大，电加热器处于加热状态；
只闭合开关S，两电阻串联，电路电阻较大，根据P＝可知，电功率较小，电加热器处于保温状态；
（2）由表中数据知，P加热＝1210W、P保温＝110W，
则：P加热＝＝1210W，
P保温＝＝110W，
所以：P加热：P保温＝：＝1210W：110W
即：（R1+R2）：R2＝11：1，
解得：R1：R2＝10：1；
（3）保温状态下正常工作5min，电路产生热量：
Q保温＝W保温＝P保温t＝110W×5×60s＝33000J，
而Q1：Q2＝I2R2t：I2R2t＝R1：R2＝10：1，
所以，Q2＝Q保温＝×33000J＝3000J。
故答案为：加热；10：1；3000。
三．实验探究题
16．解：
（1）电流产生的热量不能用眼睛直接观察，通过温度计示数变化来反映，这是转换法。本实验中是通过温度计示数变化来判断电流产生的热量多少；（2）本实验应用了控制变量法，从实验表格中数据可以看出：通电时间和电阻相同时，通过电阻的电流越大，升高的温度量越大，由转换法可知，电流产生的热量越多；
（2）电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关。探究电流产生热量多少跟电阻的关系，控制电流和通电时间不变，改变电阻的大小。由于串联电路中电流处处相等，通电时间相同，所以选择乙图中的B烧瓶与甲图中的烧瓶电阻串联。
故答案为：（1）温度计示数变化量；（2）B；串联。
17．解：（1）由于电阻串联，通过的电流相等、通电时间相同，根据Q＝I2Rt可知，要使电流通过电阻丝产生的热量相等，还必须要求阻值相同；
由Q吸＝cm△t可知，甲乙的质量和吸收热量相同，甲温度升高较小，比热容较大，乙的比热容小；
（2）探究电流产生电流的热量跟电阻的大小是否有关，应使电阻的大小不同，电流和通电时间相同；通过温度计的示数变化来判断产生热量的多少，所以还要控制液体的种类和质量相同。
故答案为：（1）相同；乙；（2）不同；质量。
四．计算题
18．解：
（1）由表中数据知，电动机正常工作时电压U＝12V，通过的电流I＝2A，所以1min消耗电能：
W＝UIt＝12V×2A×60s＝1440J；
（2）电动机正常工作消耗电能的功率：
P＝UI＝12V×2A＝24W，
电动机线圈电阻，正常工作产生热功率：
P热＝I2R＝（2A）2×1Ω＝4W，
电动机工作时，消耗的电能转化为机械能和内能，所以正常工作时的机械功率：
P机械＝P﹣P热＝24W﹣4W＝20W；
（3）电动机停止转动还持续通电时，消耗电能全部转化为内能，一分钟产生热量：
Q＝W＝t＝×60s＝8640J。
答：（1）电动机正常工作1分钟，消耗电能为1440J；
（2）电动机正常工作时的机械功率是20W；
（3）电池的输出电压恒定不变，电动机停止旋转，持续通电一分钟会产生热量8640J。
19．解：由电路图可知，开关都闭合后，两电阻并联。
（1）由I＝可得，R1两端的电压：U＝I1R1＝2A×10Ω＝20V；
（2）因并联电路中各支路两端的电压相等，
所以，R2通过的电流：I2＝＝＝2A；
（3）因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，
所以，干路电流：I＝I1+I2＝2A+2A＝4A，
通电1min整个电路产生的热量：
Q＝W＝UIt＝20V×4A×60s＝4800J。
答：（1）R1两端的电压为20V；
（2）R2通过的电流为2A；
（3）通电1分钟，整个电路产生的热量是4800J。