15.4　探究焦耳定律 2021---2022学年沪粤版九年级物理上册（有答案）

15.4　探究焦耳定律
知识点1　通电导体放出的热量跟哪些因素有关
1.为了探究“电流产生的热量与电阻大小的关系”,小伟同学采用了如图所示的实验装置,其中R1(1)甲、乙两瓶中装入质量和初温相同的同种液体的原因是　
　;?
(2)实验中R1、R2采用　　
　(选填“串联”或“并联”)的连接方法是为了控制　　
、　　
　相同;?
(3)在通电时间相同时,两个烧瓶内液体温度上升较高的是　
　(选填“甲”或“乙”)瓶,由此可知　　
　
　
　
　
　。?
知识点2　焦耳定律
2.某电动机线圈的电阻为8
Ω,当通过它的电流为2
A时,其工作30
min线圈产生的热量为　
J。?
3.[安徽中考]如图所示的电路中,电源电压U=9
V,电阻R1=20
Ω,R2=10
Ω,则通电1
min该电路产生的热量为
　　
J。?
4.在如图所示电路中,R1=10
Ω,R2=20
Ω,闭合开关后,电流表的示数为0.3
A,则通电1
min的时间,R1和R2共产生　
J的热量。?
5.[株洲中考]如图所示,长度、横截面积一样,材料不同的两个长方体电阻串联在电路中,电阻分别为R1=2
Ω、R2=4
Ω,在它们表面涂上厚度一样的蜡,现在闭合开关给它们通电,过一段时间后,我们观察到(
)
A.R1上的蜡熔化得快
B.R2上的蜡熔化得快
C.R1、R2上的蜡熔化得一样快
D.无法比较
知识点3　电流热效应的应用与控制
6.下列电器中,利用电流热效应工作的是(
)
A.电视机
B.电风扇
C.电饭煲
D.手机
7.[娄底中考]下列事例,属于防止电流热效应产生危害的是(
)
A.养鸡场使用电热孵化器孵小鸡
B.家里使用电热水壶烧水
C.小明妈妈用电熨斗熨衣服
D.电脑温度过高时,风扇会及时启动,给电脑降温
8.如图是探究“电流通过导体产生热量与哪些因素有关”的实验装置。将两根阻值不等的电阻丝R1、R2(R1>R2)串联后分别密封在两个相同的烧瓶中,瓶中气体通过玻璃管分别与a、b气球相连,闭合开关后,通过R1的电流
　　
　通过R2的电流;一段时间后,a体积　　
　b体积(均选填“大于”“小于”或“等于”)。?
9.[黄石中考]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”或“液体”)的热胀冷缩来反映电流产生的热量多少,已知R1=10
Ω,R3=6
Ω,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。?
10.图示电路中,U=12
V,R1=6
Ω,R2=3
Ω,R3=4
Ω。当S2断开、S1闭合时,电阻R1消耗的电功率为　　
W;当S1、S2都闭合时,6
s内电流通过R2产生的热量是　
J。?
11.家用电吹风的简化电路如图所示,主要技术参数如下表。该电吹风正常工作吹热风时,电热丝的阻值是
　
Ω,正常工作吹热风5
min电热丝产生的热量是　　
　J。?
热风温度
50~75
℃
额定功率
热风时:1
000
W
冷风时:120
W
额定电压
220
V
质量
0.5
kg
12.如图所示,电源电压恒为10
V,小电动机内部线圈的电阻为2
Ω。闭合开关S,当滑动变阻器的阻值为5
Ω时,电压表的示数为8
V,此时电动机正常工作,则电路中的电流为　　
　A,通电10
min电流通过电动机内部线圈产生的热量是　　
　J,电流通过电动机做功　　
　J。?
13.严寒冬季,为防冻伤,我国北方哨兵脚上都穿有电热靴。一只靴内加热电路如图所示,电源电压恒定,S2为三挡旋钮开关(金属片M可分别拨至a、b、c处),电阻丝R1、R2规格相同且阻值不变,b为电阻丝R1的中点。这只电热靴的低温挡为6
W,则其中温挡和高温挡分别为(
)
A.8
W,12
W
B.8
W,24
W
C.12
W,18
W
D.12
W,24
W
14.创新中学兴趣小组的同学设计并制作了一台恒温箱。设计要求箱内安装一根电热丝,在采用220
V恒定电压供电的情况下,电热丝每秒向箱内提供1000
J的热量(设电能全部转化为内能)。恒温箱组装好后,经测量发现该电热丝实际每秒供热1210
J(设电热丝的电阻不随温度改变)。求:
(1)设计要求的电热丝的阻值是多少?
(2)为了使电热丝供热达到设计要求,在不改变电热丝阻值及电源电压的条件下,应在箱外怎样连接一个电阻元件?
(3)所连接的电阻元件的阻值是多少?
15.在3D打印笔中装入塑料条,接通电源,等待一段时间后即可挤出热融的塑料,塑料在空气中迅速冷却变成特定的形态(如图甲)。其内部电路如图乙,R1、R2是相同的PTC发热电阻。单个PTC的电阻与温度的关系如图丙。
(1)打印笔工作时,PTC电阻发热,塑料受热会逐渐变软变稀。可见,塑料　　
　(选填“是”或“不是”)晶体;?
(2)打印笔工作有快、慢两挡。快挡打印时,图中开关S1应处于　　
　状态,若此时温度为250
℃,打印笔的电功率是　　
　W;?
(3)打印笔正常工作时的温度能自动稳定在250
℃左右,结合图丙信息,说明理由:　
　
　
　。?
15.4　探究焦耳定律
知识点1　通电导体放出的热量跟哪些因素有关
1.为了探究“电流产生的热量与电阻大小的关系”,小伟同学采用了如图所示的实验装置,其中R1(1)甲、乙两瓶中装入质量和初温相同的同种液体的原因是　便于用温度计升高的示数反映电阻丝放热的多少　;?
(2)实验中R1、R2采用　串联　(选填“串联”或“并联”)的连接方法是为了控制　电流　、　通电时间　相同;?
(3)在通电时间相同时,两个烧瓶内液体温度上升较高的是　乙　(选填“甲”或“乙”)瓶,由此可知　在电流和通电时间相同时,电阻越大,电流产生的热量越多　。?
知识点2　焦耳定律
2.某电动机线圈的电阻为8
Ω,当通过它的电流为2
A时,其工作30
min线圈产生的热量为　5.76×104　J。?
3.[安徽中考]如图所示的电路中,电源电压U=9
V,电阻R1=20
Ω,R2=10
Ω,则通电1
min该电路产生的热量为　162　J。?
4.在如图所示电路中,R1=10
Ω,R2=20
Ω,闭合开关后,电流表的示数为0.3
A,则通电1
min的时间,R1和R2共产生　81　J的热量。?
5.[株洲中考]如图所示,长度、横截面积一样,材料不同的两个长方体电阻串联在电路中,电阻分别为R1=2
Ω、R2=4
Ω,在它们表面涂上厚度一样的蜡,现在闭合开关给它们通电,过一段时间后,我们观察到(
B
)
A.R1上的蜡熔化得快
B.R2上的蜡熔化得快
C.R1、R2上的蜡熔化得一样快
D.无法比较
知识点3　电流热效应的应用与控制
6.下列电器中,利用电流热效应工作的是(
C
)
A.电视机
B.电风扇
C.电饭煲
D.手机
7.[娄底中考]下列事例,属于防止电流热效应产生危害的是(
D
)
A.养鸡场使用电热孵化器孵小鸡
B.家里使用电热水壶烧水
C.小明妈妈用电熨斗熨衣服
D.电脑温度过高时,风扇会及时启动,给电脑降温
8.如图是探究“电流通过导体产生热量与哪些因素有关”的实验装置。将两根阻值不等的电阻丝R1、R2(R1>R2)串联后分别密封在两个相同的烧瓶中,瓶中气体通过玻璃管分别与a、b气球相连,闭合开关后,通过R1的电流　等于　通过R2的电流;一段时间后,a体积　大于　b体积(均选填“大于”“小于”或“等于”)。?
9.[黄石中考]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　气体　(选填“气体”或“液体”)的热胀冷缩来反映电流产生的热量多少,已知R1=10
Ω,R3=6
Ω,为了研究电流产生的热量与电流的关系,则R2=　10　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　电阻　的关系。?
10.图示电路中,U=12
V,R1=6
Ω,R2=3
Ω,R3=4
Ω。当S2断开、S1闭合时,电阻R1消耗的电功率为　8.64　W;当S1、S2都闭合时,6
s内电流通过R2产生的热量是　32　J。?
11.家用电吹风的简化电路如图所示,主要技术参数如下表。该电吹风正常工作吹热风时,电热丝的阻值是　55　Ω,正常工作吹热风5
min电热丝产生的热量是　2.64×105　J。?
热风温度
50~75
℃
额定功率
热风时:1
000
W
冷风时:120
W
额定电压
220
V
质量
0.5
kg
12.如图所示,电源电压恒为10
V,小电动机内部线圈的电阻为2
Ω。闭合开关S,当滑动变阻器的阻值为5
Ω时,电压表的示数为8
V,此时电动机正常工作,则电路中的电流为　0.4　A,通电10
min电流通过电动机内部线圈产生的热量是　192　J,电流通过电动机做功　1920　J。?
13.严寒冬季,为防冻伤,我国北方哨兵脚上都穿有电热靴。一只靴内加热电路如图所示,电源电压恒定,S2为三挡旋钮开关(金属片M可分别拨至a、b、c处),电阻丝R1、R2规格相同且阻值不变,b为电阻丝R1的中点。这只电热靴的低温挡为6
W,则其中温挡和高温挡分别为(
A
)
A.8
W,12
W
B.8
W,24
W
C.12
W,18
W
D.12
W,24
W
14.创新中学兴趣小组的同学设计并制作了一台恒温箱。设计要求箱内安装一根电热丝,在采用220
V恒定电压供电的情况下,电热丝每秒向箱内提供1000
J的热量(设电能全部转化为内能)。恒温箱组装好后,经测量发现该电热丝实际每秒供热1210
J(设电热丝的电阻不随温度改变)。求:
(1)设计要求的电热丝的阻值是多少?
(2)为了使电热丝供热达到设计要求,在不改变电热丝阻值及电源电压的条件下,应在箱外怎样连接一个电阻元件?
(3)所连接的电阻元件的阻值是多少?
解:(1)设计要求电热丝每秒供热1000
J,由P=可知,电热丝的发热功率P=1000
W
由P=UI和I=可得
R0==48.4
Ω
(2)为了使电热丝每秒产生的热量减少,电阻元件应与电热丝串联。
(3)由题知,用220
V的恒压电源供电,测得该电热丝每秒实际供热1210
J,由Q=×1
s=40
Ω
按设计要求,电热丝每秒产生热量为1000
J,则
由Q=I2Rt可得
通过电热丝的电流
I==5
A
电热丝两端的电压
UR=IR=5
A×40
Ω=200
V
电阻元件两端的电压
U'=U-UR=220
V-200
V=20
V
则R'==4
Ω
15.在3D打印笔中装入塑料条,接通电源,等待一段时间后即可挤出热融的塑料,塑料在空气中迅速冷却变成特定的形态(如图甲)。其内部电路如图乙,R1、R2是相同的PTC发热电阻。单个PTC的电阻与温度的关系如图丙。
(1)打印笔工作时,PTC电阻发热,塑料受热会逐渐变软变稀。可见,塑料　不是　(选填“是”或“不是”)晶体;?
(2)打印笔工作有快、慢两挡。快挡打印时,图中开关S1应处于　闭合　状态,若此时温度为250
℃,打印笔的电功率是　80　W;?
(3)打印笔正常工作时的温度能自动稳定在250
℃左右,结合图丙信息,说明理由:　当温度超过250
℃时,电阻增大,功率减小,产热减慢,温度下降;当温度低于250
℃时,电阻减小,功率增大,产热加快,温度上升　。?