人教版九年级全一册物理 18.4焦耳定律 同步测试（含解析）

18.4焦耳定律
同步测试
一．选择题
1．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
2．让标有“220V
800W”的电炉和标有“220V
800W”的电动机都正常工作相同的时间，则它们产生的热量（　　）
A．电炉多
B．电动机多
C．一样多
D．无法判断
3．如图所示，在学习电流的热效应时，小明多次将两端粗、中间细（两端与中间部分的长度相同）的锡箔纸用导线直接接到一个蓄电池两端，总是观察到中间细的部分先燃烧。该实验现象主要说明电热的大小与下列什么因素有关（　　）
A．电阻大小
B．电流大小
C．通电时间
D．以上都是
4．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
5．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
6．关于电流通过导体时产生的热量，以下说法正确的是（　　）
A．根据Q＝I2Rt可知，电阻越大，相同时间内产生的热量越多
B．根据Q＝可知，电阻越大，相同时间内产生的热量越少
C．根据Q＝UIt可知，相同时间内产生的热量与电阻无关
D．根据Q＝I2Rt可知，在电流一定时，电阻越大，相同时间内产生的热量越多
7．下列关于如图所示实验的说法中错误的是（　　）
A．该实验研究的是电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关
B．实验中采用了控制变量法
C．观察实验现象可知：在其它条件相同时，电阻越大产生的热量越少
D．实验中是通过观察温度计上升的示数来判断电流通过导体时产生热量的多少
8．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
9．有阻值分别为10Ω、15Ω的两根电阻丝R1、R2，把它们按如图所示的连接方式连接成电路，先后接入同一电源，则在相等时间内放出热量最少的是（　　）
A．
B．
C．
D．
10．用如图a所示的装置既可探究电流产生的热量与什么因素有关，又可以探究不同物质的吸热能力；图b是在探究A、B两种不同液体的吸热能力时，根据测量的数据绘制的图象。下列分析不正确的是（　　）
A．若用图a装置探究电流产生的热量与电阻的关系，则前提是两瓶中液体的质量相等，甲乙电阻丝的电阻值不同，两瓶中煤油的初温可以不同
B．研究电热与电阻关系时，电热的多少是通过比较两瓶中温度计示数的变化来判断的，这种研究方法称为转换法
C．若用图a装置探究不同物质的吸热能力，则前提是两烧瓶中所装液体的质量相等，甲乙电阻丝的电阻值相同
D．分析图乙可知，B液体的吸热能力比A液体的吸热能力强
二．填空题
11．现有两电热丝，甲标有“10Ω
1A”，乙标有“15Ω
0.6A”，把它们并联起来，通电10s后，甲、乙两电热丝产生的总热量最多为　
　J。
12．如图，ab和bc是两根电热丝，若将a、b端接入某一电压恒定的电路中时，1min产生的电热是120J；若将b、c端接入同一电路中，1min产生的电热是60J，则把a、c端接入这个电路中时，1min产生的电热是　
　J。
13．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。
14．如图所示是一款新型节能装置：空气能热水器，它的制热能效比（制热量和压缩机所耗电能之比）为3：1，某同学洗一次澡用水40kg，这些水温度由17℃升高到42℃吸收的热量为　
　J，若这些热量分别由空气能热水器和效率为70%的电热水器提供，则空气能热水器压缩机所耗电能与电热水器所耗电能相比，可节约电能　
　J．[c水＝4.2×103J/（kg?℃）]
15．如图所示电路中，R1：R2：R3＝1：2：3，闭合开关后，两电流表A1、A2示数之比I1：I2＝　
　，在相同的时间里，R1、R2、R3产生的热量之比为Q1：Q2：Q3＝　
　。
三．计算题
16．一台热水器，内部简化电路如图所示，R1和R2均为电热丝。R1＝88Ω，R2＝22Ω。
（1）当闭合开关S1，并将S2拨至位置a时，热水器处于　
　（选填“低温挡”、“中温挡”或“高温挡”）；
（2）求低温挡正常工作5min电热丝产生的热量；
（3）求中温挡正常工作时热水器的功率。
17．电烙铁是进行电器制作和维修的重要工具，但是使用间隙不工作时，电烙铁长时间加热，既容易烧坏烙铁头，又多消耗电能；如果关掉电源，当再次使用时又需要很长时间来加热。为了解决这个矛盾，某电子制作小组利用一个2420Ω的定值电阻R'，一个开关S和若干导线对标有“220V
20W”的电烙铁进行改装，其电路原理图如图3所示。（忽略电烙铁电阻随温度的变化而变化）
（1）计算电烙铁的电阻；
（2）计算电烙铁处于保温状态时的实际功率；
（3）保温状态下一分钟整个电路产生的热量。
18．如图甲多功能养生壶具有精细烹饪、营养量化等功能，深受市场认可和欢迎。图乙是某品牌养生壶简化电路图。其中R1、R2为电热丝，电阻不变。下表为其铭牌，其中高温挡的额定功率已模糊不清。
项目
参数
电源电压（V）
220
低温挡功率（W）
220
中温挡功率（W）
440
高温挡功率（W）
容积（L）
2
（1）养生壶处于低温挡工作时，1min消耗的电能；
（2）求R1的阻值；
（3）在标准大气压下，使用高温挡将初温是45℃的一壶水烧开，若养生壶高温挡加热效率为75%，烧开一壶水需要的时间。
参考答案
一．选择题
1．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。
2．解：这两个用电器的额定功率都相同，所以它们正常工作相同的时间，消耗的电能一样多，但它们的发热量却各不相同。
电炉属于电热器，它在工作时，将电能全部转化为内能，故产生的热量最多；
电动机主要将电能转化为机械能，有一小部分电能转化为内能，故产生的热量少。
故选：A。
3．解：锡具有导电性，将两端粗、中间细的锡箔纸用导线直接接到一个蓄电池两端，形成了电源短路，使电路中电流过大；在材料和长度都相同时，横截面积小的电阻大，所以中间细小处的电阻较大，根据焦耳定律Q＝I2Rt可知，在电流相同的条件下，中间细小处产生的热量多，温度高，达到锡纸的着火点而使之燃烧，所以该实验现象主要说明电热的大小与电阻大小的关系，故A符合题意。
故选：A。
4．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。
5．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。
6．解：A、根据Q＝I2Rt可知，由于没有说明电流一定，因此电阻越大，相同时间内产生的热量也不一定越多，故A错误；
B、根据Q＝可知，由于没有说明电压一定，因此电阻越大，相同时间内产生的热量也不一定越少，故B错误；
C、根据Q＝UIt可知，此公式是导出式，只能说明电热在数值上等于电流、电压、时间的乘积，
而根据焦耳定律Q＝t可知，电流通过导体时产生的热量与电阻有关，故C错误；
D、根据Q＝I2Rt可知，在电流、通电时间一定时，电流通过导体时产生的热量与导体的电阻成正比，故D正确。
故选：D。
7．解：
A、该实验探究的是电流产生热量多少的影响因素，探究的是电流的热效应。故A正确；
B、电流产生热量的多少，与电阻大小、电流大小和通电时间有关，研究其中一个因素对产生热量的影响关系时，需要保持另外两个物理量不变。采用的是控制变量法。故B正确；
C、由公式Q＝I2Rt知：在电流和通电时间一定时，发热丝产生的热量与电阻成正比，电阻越大，产生的热量越多。故C错误；
D、实验中是通过观察温度计示数的高低来判断电流通过导体时产生热量的多少，采用的是转换法。故D正确。
故选：C。
8．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。
9．解：
串联电路中电阻等于各分电阻之和，总电阻比任何一个分电阻都大，
并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和，总电阻比任何一个分电阻都小，
所以，R串＞R2＞R1＞R并，
根据Q＝W＝t可知，当电压和通电时间相等时，两电阻串联时电路中的总电阻最大，放出的热量最少。
故选：C。
10．解：
A、用图a装置探究电流产生的热量与电阻的关系时，采用的是控制变量法，需要控制两瓶中液体的质量相等，甲乙电阻丝的电阻值不同，两瓶中煤油的初温可以不同，只需要判定液体升高的温度的大小就可以，故A正确；
B、研究电热与电阻关系时，电热的多少无法直接测出，实验中可以通过比较两瓶中温度计示数的变化来判断，升高的温度越大，则电阻放出的热量越多，这种研究方法称为转换法，故B正确；
C、若用图a装置探究不同物质的吸热能力，需要控制两烧瓶中所装液体的质量相等，液体的种类不同，甲乙电阻丝的电阻值相同，即相同时间内电阻产生的热量相同，故C正确；
D、由图可知，质量相同的A和B吸收相同的热量，A的温度升的慢，B的温度升的快，则A的吸热能力大于B的吸热能力，故D错误。
故选：D。
二．填空题
11．解：由I＝可得，两电热丝两端允许所加的最大电压：
U甲＝I甲R甲＝1A×10Ω＝10V，
U乙＝I乙R乙＝0.6A×15Ω＝9V，
因并联电路中各支路两端的电压相等，
所以，两电热丝并联时，电路中的最大电压U＝U乙＝9V；
两电热丝并联的总电阻：
R＝＝＝6Ω，
通电10s后，甲、乙两电热丝产生的总热量最多为：
Q＝W＝t＝×10s＝135J。
故答案为：135。
12．解：根据W＝t可得：ab、bc的电阻分别为：Rab＝，Rbc＝，
串联电路中总电阻等于各分电阻之和，则串联时的总电阻为：Rac＝Rab+Rbc＝+＝U2t（+）＝，
把a、c端接入这个电路中时，1min电流所做的功，即产生的热：
Wab＝＝＝＝＝40J。
故答案为：40。
13．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.
14．解：（1）这些水温度由17℃升高到42℃吸收的热量：
Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg?℃）×40kg×（42℃﹣17℃）＝4.2×106J；
（2）因空气能热水器的制热能效比为3：1，
所以，由空气能热水器提供这些热量时，消耗的电能：
W1＝Q吸＝×4.2×106J＝1.4×106J，
已知电热水器的效率为70%，
由η＝＝70%可得用电热水器加热时消耗的电能：
W2＝＝＝6×106J，
则空气能热水器压缩机所耗电能与电热水器所耗电能相比可节约的电能：
△W＝W2﹣W1＝6×106J﹣1.4×106J＝4.6×106J。
故答案为：4.2×106；4.6×106。
15．解：
由图可知，三个电阻并联，电流表A1测通过R2和R3的总电流，电流表A2测通过R1和R2的总电流；
已知R1：R2：R3＝1：2：3，设R1＝R，R2＝2R，R3＝3R，电源电压为U；
因并联电路中各支路两端的电压相等，
则根据I＝可知，通过R1、R2、R3的电流分别为：、、；
电流表A1测通过R2和R3的总电流，则A1的示数：I1＝+＝×；
电流表A2测通过R1和R2的总电流，则A2的示数：I2＝+＝×；
所以I1：I2＝×：×＝5：9；
在相同的时间里，R1、R2、R3产生的热量之比为：
Q1：Q2：Q3＝W1：W2：W3＝UIR1t：UIR2t：UIR3t＝IR1：IR2：IR3＝：：＝6：3：2。
故答案为：5：9；6：3：2。
三．计算题
16．解：
（1）当闭合开关S1，并将S2拨至位置a时，R1和R2并联接入电路，电压一定，由P＝知，此时电路中的总电阻最小，电路消耗功率最大，热水器处于高温挡；
（2）由P＝可知，当断开S1，并将S2拨至位置b时，R1和R2串联接入电路，此时电路中总电阻最大，电压一定，由P＝知，电路消耗功率最小，热水器处于低温挡；
此时热水器正常工作5min内电热丝产生的热量：
Q＝?t＝×5×60s＝1.32×105J；
（3）由P＝可知，当闭合开关S1，S2拨至位置b时，电路为R1的基本电路，热水器处于中温挡；
此时电路的功率：P中＝＝＝550W。
答：（1）高温挡；
（2）低温挡正常工作5min电热丝产生的热量为1.32×105J；
（3）中温挡正常工作时热水器的功率为550W。
17．解：（1）由P＝可得，电烙铁的电阻：
R＝＝＝2420Ω；
（2）由题意知，当开关S断开时，R与R'串联，此时R两端电压较小，实际功率较小，为保温状态，
由串联电路特点和欧姆定律可得，此时电路中电流：
I＝＝＝A，
电烙铁处于保温状态时的实际功率：
P实＝I2R＝（A）2×2420Ω＝5W；
（3）保温状态下一分钟整个电路产生的热量：
Q＝I2R总t＝（A）2×（2420Ω+2420Ω）×60s＝600J。
答：（1）电烙铁的电阻为2420Ω；
（2）电烙铁处于保温状态时的实际功率为5W；
（3）保温状态下一分钟整个电路产生的热量为600J。
18．解：
（1）由P＝得，养生壶处于低温挡工作时，1min消耗的电能：W＝P低t＝220W×60s＝13200J；
（2）由图知，当开关S1闭合，S2接B时，电阻R1、R2并联，电路中的总电阻最小，由P＝可知，总功率最大，所以此时养生壶处于高温挡；
由图知，当开关S1断开，S2接A时，电阻R1、R2串联，电路中的总电阻最大，由P＝可知，总功率最小，此时养生壶处于低温挡；
当S2接A，S1闭合时，R2被短路，只有电阻R1接入电路，养生壶处于中温挡。
由P＝UI得，正常工作时通过R1的电流为：I1＝＝＝2A，
由I＝得，R1的阻值：R1＝＝＝110Ω，
（3）由P＝可得，电阻R1、R2串联时总电阻：R串＝＝＝220Ω，
则R2的阻值：R2＝R串﹣R1＝220Ω﹣110Ω＝110Ω
当电阻R1、R2并联时，总电阻：R并＝＝＝55Ω，
高温挡功率：P高＝＝＝880W；
由ρ＝可得，水的质量：
m＝ρ水V＝1×103kg/m3×2×10﹣3m3＝2kg，
在标准大气压下水的沸点为100℃，则水吸收的热量：
Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg?℃）×2kg×（100℃﹣45℃）＝4.62×105J，
由η＝和W＝Pt得，烧开一壶水需要的时间为：
t＝＝＝＝700s。
答：（1）养生壶处于低温挡工作时，1min消耗的电能为13200J；
（2）R1的阻值为110Ω；
（3）烧开一壶水需要的时间为700s。