人教版初中物理九年级全一册18.4《焦耳定律》—同步练习（含答案解析）

18.4《焦耳定律》—人教版九年级物理同步练习
一、单选题
1.我国优秀青年科学家曹原研究发现：当两层石墨烯以一个“魔角”叠加在一起时，再加入一定数量的电子，石墨烯的电阻突然变为0。如果把这一技术应用于生产，它不可以制作的是（
）
A.
电饭锅
B.
电脑
C.
电风扇
D.
导线
2.下图中的四种用电器，其中主要是利用电流热效应来工作的是
A.
电风扇B.
电冰箱
C.
电视机D.
电水壶
3.如图所示是探究电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，通电一段时间后，右侧U形管中液面高度差比左侧的大。下列说法正确的是（
）
A.
左侧容器中电阻丝的阻值比右侧容器中的大
B.
该装置用来探究电流通过导体产生的热量跟电流大小的关系
C.
该装置可以用来探究电流通过导体产生的热量跟通电时间的关系
D.
U形管中液面高度发生变化是因为U形管中液体的热胀冷缩造成的
4.电阻丝剪掉十分之一后，接入原来电路，则在相同时间内产生的热量与原来产生的热量之比为（
）
A.
10：9
B.
1：10
C.
10：1
D.
9：10
5.两个定值电阻、并联在电路中，如图甲所示，它们的电流与其两端的电压关系如图乙所示，闭合开关S，则，产生的热量之比为（
）
A.
2：1
B.
1：2
C.
4：1
D.
1：4
6.计算电流通过电风扇产生的热量，下面公式选用正确的是（
）
A.
UIt
B.
C.
D.
前面三个都可以
7.把一个标有“10V3W”的小灯泡和定值电阻R串联后接在电压为12V的电源上如图所示，小灯泡恰能正常工作。该电路工作10s定值电阻产生的热量是（
）
A.
60J
B.
36J
C.
30J
D.
6J
8.将一台标有“220V?60W”字样的电扇接在220V的电压下，在10s的时间内，它产生的热量（
）
A.
等于600?J
B.
大于600?J
C.
小于600?J
D.
无法确定
二、填空题
9.某导体的电阻为，当通过它的电流为2A时，则其1min产生的热量为______J。
10.有一台电动机，额定电压3V，额定电流1A，电动机线圈电阻这台电动机正常工作1min，消耗的电能为______J.产生的热量为______J，输出的机械能为______J。
11.如图甲所示，电源电压为6V恒定不变，滑动变阻器最大阻值是闭合开关，滑动变阻器的图象如图乙所示，则______；当滑片P滑至最右端时，电流表的示数为______A，通电10s电流通过产生的热量是______J.的最大功率是______W，整个电路最大功率是______W。
12.如图电路中，，，，当断开，闭合时，电阻消耗的电功率为______W；当、都闭合时，6s内电流通过产生的热量是______J。
三、实验探究题
13.小明同学在探究“电流通过导体产生热的多少与什么因素有关”时采用了如图所示的实验装置．请仔细观察甲、乙两图．?
实验中通过观察两个U形管中______的变化来比较电流通过电阻丝产生的热量的多少．
你认为甲图所示的装置是用来研究电流通过电阻丝产生的热量与______的关系．
由乙图所示的实验现象可以得到的结论是在______、______相同的情况下，通过电阻的______越大，电阻产生的热量越多．
该实验采取的探究方法是______法．
在家用电热水壶烧同一壶开水时，若通电时间不够长，水就不能烧开，是因为电流通过导体产生热量多少与______有关．
14.如图是探究“电流通过导体时产生热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气。
实验中，要比较电阻丝产生的热量的多少，只需比较与之相连的U形管中______。
甲装置可探究电流产生的热量与______的关系，通电一段时间后，______填“左”或“右”侧容器中U形管中液面的高度差大。
乙装置中的电阻的作用主要是______。
如果乙装置中发生了断路，保证通电时间相同，与步骤相比较，则左侧U形管中液面的高度差将______填“变大”“变小”或“不变”。
利用甲装置还可以研究电压一定时，电流通过导体时产生热量与电阻的关系。可将甲装置做如下改动：将接在B接线柱上的导线改接在A处，再取一根导线连接在______两个接线柱之间即可。
四、计算题
15.如图所示，电源电压为12V，且保持不变，己知滑动变阻器的最大阻值为，定值电阻，，电流表的量程为．
，闭合，断开时，要使电流表的示数最小，则滑动变阻器的滑片P应滑到何处？此时电压表的示数为多少？10min内电流通过产生的热量是多少？
、闭合，断开时，求电路允许消耗的最大功率保证各用电器安全．
16.CFXB型热水杯的原理图如图所示，它有加热和保温两挡，通过单刀双掷开关S进行调节，、R为电热丝。当开关S接加热挡时，电路的功率为1000W，当开关S接保温挡时，电路的总功率为44W，、R阻值恒定不变。
整壶水的质量
2kg
额定电压
220V
加热时的总功率
1000W
保温时的功率
44W
在保温挡正常工作时，电路中的电流是多少？
电热丝、R的阻值多大？
在一标准大气压下把一满壶水从烧开需要14分钟，求这个热水壶的效率是多少？
17.某电饭锅简化电路如图甲所示，，和均为定值电热丝，S、为自动开关，煮饭时，把电饭锅接入电路中，电路中总电流随时间变化的图像如图乙所示。求：
电饭锅工作时的最大功率和最小功率；
电热丝的阻值；
若电压降低，断开，这时电路中的电流始终为，内电饭锅产生的热量。
答案和解析
1.【答案】A
【解析】
假设导体没有电阻，利用电流热效应工作的电器都不能工作，利用电流的磁效应和化学效应工作的用电器不受影响。
有些材料的电阻变为零，这即为超导现象；
当电流通过导体产生热量，将电能转化为内能，叫电流的热效应。
【解答】
在“魔角”石墨烯中加入一定数量的电子，“魔角”层叠石墨烯的电阻突然消失，这就是超导现象；
电饭锅是利用电流的热效应工作的，当电流通过超导体时，因为电阻为零，产生的热量为零；
电脑、电风扇工作不需要热能，利用超导体能够工作；导线电阻越小，电能的损耗越少，导线可以使用超导体
故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
2.【答案】D
【解析】
电流的热效应就是把电能转化为内能．可从能量转化的角度分析哪一用电器是利用了电流的热效应；
本题主要考查学生对：电流的热效应，以及电能和其它形式能的相互转化，是一道基础题。
【解答】
电风扇、电冰箱主要是把电能转化为机械能，电视机在工作时，主要将电能转化为光能和声能，故不合题意；
只有电热水壶是把电能转化为内能，是利用电流的热效应，符合题意。
故选D。
3.【答案】C
【解析】解：A、容器中的两个电阻丝串联，通过它们的电流I与通电时间t相同，由焦耳定律可知，左边容器中的电阻小于右边容器中的电阻，故A错误；
B、C、在装置中，容器中的两个电阻丝串联，通过它们的电流I与通电时间t相同，左边容器中的电阻与右边容器中的电阻不同，所以实验是为了探究电流产生的热量与电阻大小的关系，只看其中一个以用来探究电流通过导体产生的热量跟通电时间的关系，故B错误，C正确；
D、U形管中液面高度发生变化是因为透明容器中密封着等量的空气的热胀冷缩造成的，故D错误。
故选：C。
由焦耳定律可知，Q与I、R及t有关，故应采用控制变量法进行分析；
电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但液体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映，这种研究方法叫转换法。
本题考查了学生对焦耳定律的认识，并可以通过巧妙的实验来验证一些结论，同时在该实验中利用了控制变量法，该实验方法在实验探究中经常用到。
4.【答案】A
【解析】电阻丝剪掉后，电阻变为原来的，知道仍然接在原来的电源两端，所加电压不变，利用分析判断．本题考查了学生对焦耳定律、并联电路的电压关系、影响电阻大小的因素的了解和掌握，为防止因颠倒而出错，记住规律：在并联电路中，除了电压相等外，各电阻的电流、电功、电功率、电热都与电阻成反比．
【解答】
电阻丝剪掉后，电阻变为原来的，即现在电炉丝和原来的电炉丝的电阻关系：
：：：10，
因电流通过电炉丝做功消耗电能全部转化为内能，且电源的电压不变，
所以，由可知，在相同时间内产生的热量与原来产生的热量之比：
：：：：9．
故选A．
5.【答案】A
【解析】解：由图可知，该电路为并联电路，电压是相同的，由图乙可知，电压相同，通过、的电流之比为2：1；根据可知，、的电阻之比为1：2；
通电时间相同，电压相同，则根据焦耳定律公式可知，产生的热量与电阻成反比，故热量之比为2：1。
故选：A。
根据图象利用欧姆定律判定、的阻值关系；根据焦耳定律公式判定产生热量的比值。
本题考查了欧姆定律、焦耳定律公式的应用，能判定电阻的比值是解题的关键。
6.【答案】C
【解析】
电动机消耗的电能大部分转化为机械能，少部分转化为内能，由此分析解答。
本题考查了电功公式和焦耳定律的应用，要注意电动机是非纯电阻用电器消耗的电能和产生的热量不相等。
【解答】
解：电功的计算公式：是用来计算用电器消耗电能的；
焦耳定律公式：是用来计算电流产生热量的；
电动机是非纯电阻电路，工作时将电能转化为机械能和内能，计算产生热量只能用来计算。
用电器如果将电能只转化为内能，则是通用的，故ABD错误，C正确。
故选C。
7.【答案】D
【解析】解：由可得，灯泡正常发光时的电流：
；
因串联电路中总电压等于各分电压之和，且小灯泡正常发光，
所以，R两端的电压：
，
因串联电路中各处的电流相等，该电路工作10s定值电阻产生的热量：
。
故选：D。
灯泡正常发光时的电压和额定电压相等，根据求出通过小灯泡的电流；
根据串联电路的电压特点求出R两端的电压，根据求出该电路工作10s定值电阻产生的热量。
本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率公式、焦耳定律的应用，要注意灯泡正常发光时的电压和额定电压相等。
8.【答案】C
【解析】解：由电风扇铭牌可知，电风扇的额定功率是60W，在10s内它消耗的电能；
电风扇工作时主要把电能转化为机械能，产生一小部分热量，因此电风扇产生的热量小于600J；
故选C．
电风扇正常工作时，消耗的电能主要转化为机械能，有一小部分转化为内能，据此分析答题．
从能量转化的角度分析问题是本题正确解题的关键，应注意生活中常用电器的能量转化情况：一、消耗电能全转化为内能的：电熨斗、电饭锅、电烙铁、电饭锅；二、消耗电能转化为内能和机械能的：电风扇、电吹风、电动机．
9.【答案】4800
【解析】解：通电时间，
导体产生的热量：。
故答案为：4800。
根据焦耳定律即可计算通电导体上产生的热量。
本题可利用焦耳定律计算公式直接求出，比较简单。
10.【答案】180；30；150
【解析】
本题考查了电动机产生热量、电功、输出机械能的计算，关键是知道只有在纯电阻电路中电能才完全转化成内能。
已知电动机的额定电压、额定电流、通电时间，根据求出消耗的电能；
已知线圈的电阻和通过的电流以及通电时间，根据求出在1min内电流产生的热量；
消耗的电能减去产生的热量即为电动机获得的机械能。
【解答】
解：这台电动机正常工作，
电动机消耗的电能：
，
产生的电热：
，
输出的机械能：
。
故答案为：180；30；150。
11.【答案】10；；4；；
【解析】解：由图象可知，当时，，
由可得，电路中的电流：
，
由可得，电路中的总电阻：
，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以，；
当滑片P滑至最右端时，滑动变阻器接入电路中的电阻最大，
此时电路中的电流：，
通电10s电流通过产生的热量：
。
滑动变阻器接入电路的阻值为零时，电路消耗的总功率最大，
电路消耗的最大功率：；
故答案为：10；；4；；。
由图象可知，滑动变阻器接入电路中的电阻为时滑动变阻器消耗的电功率最大，根据求出电路中的电流，根据欧姆定律求出电路中的总电阻，利用电阻的串联求出的阻值；
根据电阻的串联和欧姆定律求出当滑片P滑至最右端时电路中电流表的示数，利用求出通电10s电流通过产生的热量。
电路总电阻最小，即滑动变阻器接入电路的阻值为零时电路消耗的总功率最大，由电功率公式可以求出最大电功率。
本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率公式、焦耳定律的应用，关键是根据图象读出滑动变阻器接入电路中电阻与消耗功率之间的关系。
12.【答案】?
32
【解析】解：当断开，闭合时，电阻和串联，
电路的电流：，
电阻消耗的电功率：；
当、都闭合时，电阻和先并联，再和串联，
和并联的总电阻：，
干路中的电流：，
则电阻两端的电压：，
6s内电流通过产生的热量：。
故答案为：；32。
当断开，闭合时，电阻和串联，根据欧姆定律算出电路的电流，根据算出电阻消耗的电功率；
当、都闭合时，电阻和先并联，再和串联，先算出电阻和的总电阻，根据欧姆定律算出电路的电流和电阻两端的电压，根据算出6s内电流通过产生的热量。
本题考查了电路的连接、欧姆定律的应用、电功率公式的应用等知识，其中通过开关的闭合和断开，改变电路的连接方式，是初中电学的典型习题，一定要熟练掌握。
13.【答案】液面高度差；电阻；电阻；通电时间；电流；控制变量；通电时间
【解析】解：电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但液体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映，这种研究方法叫转换法；
如图甲，两个电阻串联在电路中，电流相同，通电时间相同，电阻不同，运用控制变量法，探究电流产生热量跟电阻的关系；
图乙装置中一个的电阻与两个的电阻并联后再串联，
根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，即，
两个的电阻并联，根据并联电路的电流特点知，
所以，，烧瓶内的电阻值都是，阻值相等，通电时间相等，电流不同，运用控制变量法，探究电流产生热量跟电流的关系．
得到的结论是在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过电阻的电流越大，电阻产生的热量越多．
该实验中采用了控制变量法．
在家用电热水壶烧同一壶开水时，若通电时间不够长，水就不能烧开，说明通电时间影响了电流产生的热量多少，所以，电流通过导体产生热量多少与通电时间有关．
故答案为：液面高度差；电阻；电阻；通电时间；电流；控制变量法；通电时间．
电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但液体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映，这种研究方法叫转换法；
电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关，探究电流产生热量跟电阻关系时，控制通电时间和电流不变；
探究电流产生热量跟电流关系时，控制通电时间和电压不变，因此需要电阻并联；
对于不容易观察到的现象采取转换法的思想，探究多因素问题时采用控制变量法的思想；
根据控制变量法即可判断产生热量不同是由于通电时间不同造成的．
本题考查了学生对焦耳定律的认识，注重了探究实验的考查，同时在该实验中利用了控制变量法和转换法，是中考物理常见题型．
14.【答案】液面高度差的变化；
电阻；右；
使通过和的电流不相等；
变小；
、D
【解析】
本题考查了学生对焦耳定律的认识，注重了探究实验的考查，同时在该实验中利用了控制变量法和转换法，是中考物理常见题型。
电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但气体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映；
将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两电阻丝的电流和通电时间相同，根据焦耳定律进行分析；
探究电流产生热量跟电阻关系时，控制通电时间和电流不变；探究电流产生热量跟电流关系时，控制通电时间和电阻不变，改变电流，因此需要电阻并联；
当乙装置中发生了断路时，电路中只有和串联，此时电路中的总电阻变大，电路中电流变小，根据焦耳定律在相同时间内，电阻丝产生热量的变化，得出结论；
要探究电压一定时，电流通过导体时产生热量与电阻的关系，需要将两电阻丝并联，据此分析甲装置的改动方案。
【解答】
电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，实验前，应使两个U形管中的液面高度相同，气体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映；
甲装置中，将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过他们的电流I与通电时间t相同，电阻不同，探究电流产生的热量与电阻的关系；左边容器中的电阻小于右边容器中的电阻，由可知，右边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快，这表明：在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，产生的热量越多；
图乙的装置在实验中，右侧容器的外部，将一个完全相同的电阻和这个容器内的电阻并联，再接入原电路，使通过左边容器中电阻的电流与通过右边容器中电阻的电流不同，可以探究电流产生的热量与通过导体的电流大小的关系；
当乙装置中发生了断路时，电路中只有和串联，此时电路中的总电阻变大，电路中电流变小，根据焦耳定律在相同时间内，电阻丝产生热量变小，与步骤相比较，则左侧U型管中液面的高度差将变小；
利用甲装置还可以研究电压一定时，电流通过导体时产生热量与电阻的关系，应将两电阻丝并联，所以将接在B接线柱上的导线改接在A处，再取一根导线连接在BD两个接线柱之间即可。
故答案为：液面高度差的变化；电阻；右；使通过和的电流不相等；变小；、D。
15.【答案】解：，闭合，断开时，和串联在电路中，电源电压不变，要使电流表的示数最小，电路的电阻应该最大，滑动变阻器连入的电阻最大，滑片在a端．
，
，
．
，
．
、闭合，断开时，和串联在电路中，
当P在b时，电路中的电流为：
为了使电路安全，此时电路中允许的最大电流为，
．
答：，闭合，断开时，要使电流表的示数最小，则滑动变阻器的滑片P应滑到a端．此时电压表的示数为内电流通过产生的热量是960J．
、闭合，断开时，电路允许消耗的最大功率．
【解析】S，闭合，断开时，和串联在电路中，电源电压不变，要使电流表的示数最小，电路的电阻应该最大．
电路的电阻最大，滑动变阻器全部接入，求得总电阻，电流，根据欧姆定律求出滑动变阻器两端的电压．
知道电流、电阻、时间，根据欧姆定律求出产生的电热．
S、闭合，断开时，和串联在电路中，电源电压不变，要使电路的功率最大，电阻应该最小，滑片滑到b端，但又考虑到各用电器的安全，不能就此简单计算．
本题通过开关的闭合和断开，改变电路的连接方式，是初中电学的典型习题，一定要熟练掌握．
16.【答案】解：
由表格数据可知，保温时的功率为44W，
由可得保温挡正常工作时，电路中的电流：
；
由图知S接2时只有接入电路，为加热状态，
由可得的电阻：
，
S接1时两电阻串联，为保温状态，
总电阻：，
所以；
水吸收的热量：；
热水壶消耗的电能：，
热水壶的效率：。
答：在保温档正常工作时，电路中的电流是；
电热丝、R的阻值分别是和；
热水壶的效率是。
【解析】由表格数据，根据计算在保温挡正常工作时，电路中的电流；
由电路图知S接1时两电阻串联，为保温状态；S接2时只有接入电路，为加热状态，根据电路特点和计算两电阻的阻值；
利用吸热公式来计算热量；消耗的电能可利用公式来计算，热水壶的效率则是吸收的热量与消耗的总电能的比。
本题考查了串联电路特点、功率和热量公式的应用以及效率的计算，关键是正确分析电路，明确电路状态。
17.【答案】解：由电路图可知，当S和都闭合时，电阻与并联，电路中的电流最大，
由图乙可知，电路中的最大电流，则电饭锅的最大功率：
，
当开关S闭合、断开时，电路为的简单电路，电路中的电流最小，
由图乙可知，电路中的最小电流，则电饭锅的最小功率：
；
因并联电路中各支路独立工作、互不影响，
所以，电阻与并联时，通过的电流为2A，
因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，
所以，通过电热丝的电流：
，
由可得，电热丝的阻值：
；
当开关S闭合、断开时，电路为的简单电路，则的阻值：
，
电路中的电流始终为1A时，10min内电饭锅产生的热量：
。
答：电饭锅工作时的最大功率为660W，最小功率为440W；
电热丝的阻值为；
若电压降低，断开，这时电路中的电流始终为1A，10min内电饭锅产生的热量为。
【解析】由电路图可知，当S和都闭合时，电阻与并联，电路中的电流最大；当开关S闭合、断开时，电路为的简单电路，电路中的电流最小，根据图乙可知电路中的最大和最小电流，根据求出电饭锅工作时的最大功率和最小功率；
电路中电流最大和最小时通过的电流不变，根据并联电路的电流特点求出通过电热丝的电流，根据欧姆定律求出电热丝的阻值；
当开关S闭合、断开时，电路为的简单电路，根据欧姆定律求出的阻值，再根据求出电路中的电流始终为1A时10min内电饭锅产生的热量。
本题考查了并联电路的特点和欧姆定律、电功率公式、焦耳定律的应用等，分析好电路中的电流最大和最小时电路的连接方式是关键。
第2页，共2页