6.3 焦耳定律 同步练习（含解析）

6.3焦耳定律
一、选择题
1.下列事例中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
2. 如图1所示,两个透明容器中密闭着等量的空气,A、B两U形管内的液面相平,电阻丝的电阻R1=R2=R3。小明用图示装置进行实验,探究电流通过导体时产生的热量Q跟什么因素有关,下列说法正确的是 (　　)

图1
A.此实验在探究电热Q与电阻R是否有关
B.通过R1的电流和通过R2的电流大小相等
C.电阻R1两端的电压和R2两端的电压相等
D.通电后,A管的液面将会比B管的液面高
3.图2是探究“影响电流热效应因素”的实验装置,将R1、R2两电阻丝密封在两只完全相同的烧瓶内,且R1>R2,瓶内装入等质量的煤油,下列说法错误的是 (　　)

图2
A.烧瓶内选用比热容较小的液体,可以使实验现象更明显
B.该装置可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻大小的关系
C.实验中通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少
D.若要比较水和煤油的比热容大小,只需将一个烧瓶内的煤油换成等质量的水即可
4.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=U2Rt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,电流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
5.把一个标有“10 V　3 W”的小灯泡和定值电阻R串联后接在电压为12 V的电源上,小灯泡恰能正常工作。该电路工作10 s定值电阻产生的热量是 (　　)
A.60 J B.36 J C.30 J D.6 J
6.如图3甲所示为一电烙铁,图乙是用电烙铁在金属板上焊锡的情景。电烙铁通电一段时间后会变得很烫,而连接电烙铁的导线却不怎么热,其主要原因是 (　　)

　图3
A.导线有绝缘皮,隔热效果好
B.导线较长,散热比电烙铁快
C.导线的电阻远小于电烙铁的电阻
D.通过导线的电流小于通过电烙铁的电流
7.将规格都是“220 V　100 W”的一台电风扇、一台电视机和一条电热毯分别接入家庭电路中,通电时间相同,下列说法正确的是 (　　)
A.三个用电器产生的热量一样多
B.电风扇产生的热量最多
C.电视机产生的热量最多
D.电热毯产生的热量最多
8．如图4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,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 (　　)

图4
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
二、填空题
9. 1840年英国物理学家　　　　最先精确地确定了电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系,其表达式为:Q=　　　　。?
10. 小彬用如图5所示的实验装置探究“电流的热效应跟电阻大小的关系”,电源电压为3 V,电阻丝R1=10 Ω,R2=20 Ω,两气球相同。闭合开关后,密闭烧瓶内的空气被加热,他观察到　　　　气球先鼓起来。通电1 min,R2产生的热量为　　　　J。?

图5
11．两只定值电阻R1和R2的I-U图像如图6所示。当把这两只电阻并联接在3 V电源上时,通过干路的电流是　 　　　A,在相同时间内,产生的热量更多的是　　　　(选填“R1”或“R2”)。?

图6
12.现有两电热丝,甲标有“10 Ω　1 A”,乙标有“15 Ω　0.6 A”,把它们并联起来,通电10 s后,甲、乙两电热丝产生的总热量最多是　　　　J。?
13.如图7所示,闭合开关,标有“6 V　3 W”的小灯泡正常发光,电动机线圈的电阻为1 Ω,通过线圈的电流为0.2 A。则干路电流为　　　　A,1 min内电动机产生的热量是　　　　J。?

图7
14. 一款家用电煮锅有加热和保温两个挡位,工作电路如图8所示。当开关S1闭合,S2　　　　(选填“断开”或“闭合”)时,处于加热挡位。若加热时电路中电阻为42 Ω,电路中电流为5 A,加热2 min,不计能量损失,能使质量为2 kg的水从20 ℃升高到　　　　 ℃。[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]?

图8
三、实验探究题
15.林红同学在探究“影响电流热效应的因素”时,设计了如图9所示的电路。

图9
(1)实验器材有:初温和　　　　　均相同的煤油、电源、开关、滑动变阻器、两段阻值不同的电阻丝(R2>R1),除了天平、温度计外,还需要的测量工具是　　　　　　　。?
(2)为了在较短的时间内达到明显的实验效果,林红同学选用煤油而不用水来做实验,是因为　　　　　　　　　;实验中煤油吸热的多少是通过　　　　　　　　　　来反映的。?
(3)通电一段时间后,乙烧瓶中的温度计示数升高得多,由此可得出实验结论:? 　。?
(4)若要利用上面的电路继续探究电热与电流的关系,接下来的操作是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
四、计算题
16.如图10所示是探究电流通过导体时产生热量与电流关系的实验装置。烧瓶中煤油的质量为200 g,电阻丝R的阻值为20 Ω。电路中电源电压为12 V且保持不变,滑动变阻器的规格为“50 Ω　1 A”。闭合开关,调节滑动变阻器的滑片,当电流表示数为0.5 A时,通电5 min,观察到烧瓶中煤油的温度从25 ℃升高了3 ℃。求:[c煤油=2.1×103 J/(kg·℃)]
(1)滑动变阻器连入电路的阻值。
(2)煤油吸收的热量。
(3)电阻丝的加热效率。

图10



答案
1.D
2.D　[解析] 由题可知,电阻丝的阻值R1=R2=R3;装置中R2、R3并联后再与R1串联,通过R1的电流I1=I2+I3,且I2=I3,所以右边容器中通过R2的电流I2是左侧容器中通过R1电流的一半,即此实验是研究电流产生的热量与电流的关系,故A、B错误;
由于左右两容器中的电阻相同,而通过电阻R1的电流大于R2中的电流,由U=IR知,R1两端的电压大于R2两端的电压,通电时间相同,由Q=I2Rt可知,电阻R1产生的热量多,则A管的液面将会比B管的液面高,故C错误、D正确。
3.D　[解析] 在液体质量相同、吸收热量相同的情况下,比热容小的物质温度升高得多,所以用比热容小的液体可以使实验现象更明显,故A正确;
由图可知,该电路为串联电路,通过两个电阻的电流和通电时间是相同的,电阻不同,所以该装置可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻大小的关系,故B正确;
通电后电流通过电阻丝做功,产生热量使煤油的温度升高,通过观察温度计的示数大小来判断电流产生热量的多少,这个研究方法为转换法,故C正确;
比较水和煤油的比热容大小时,需要用相同的加热器加热质量相同的不同液体,使它们在相同的时间内吸收相同的热量,所以需要控制两个电阻的阻值相同,故D错误。
4.D
5.D　[解析] 由P=UI可得,灯泡正常发光时的电流:IL=PLUL=3W10V=0.3 A;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:UR=U-UL=12 V-10 V=2 V;因串联电路中各处的电流相等,则IR=IL=0.3 A;该电路工作10 s定值电阻产生的热量:Q=W=URIRt=2 V×0.3 A×10 s=6 J。
6.C　7.D　
8.B　[解析] 由图可知,该电路为串联电路;通过两个电阻的电流、通电时间相同,根据焦耳定律可知,电阻越大,产生的热量越多,R1的电阻小于R2的电阻,则R2产生的热量较多,R2上的蜡熔化得快,故B正确。
9.焦耳　I2Rt　10.乙　12
11.0.45　R1　[解析] (1)由图像可知,当R1、R2两端所加电压为3 V时,通过R1的电流为I1=0.3 A,通过R2的电流I2=0.15 A,
因为R1、R2并联,所以通过干路的电流:
I=I1+I2=0.3 A+0.15 A=0.45 A。
(2)因为U1=U2=3 V,I1>I2,通电时间t相同,由Q=W=UIt可知产生的热量:Q1>Q2,
即在相同时间内,产生的热量更多的是R1。
12.135　[解析] 由I=UR可得,两电热丝两端允许加的最大电压:U甲=I甲R甲=1 A×10 Ω=10 V,U乙=I乙R乙=0.6 A×15 Ω=9 V,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,电路两端的最大电压U=U乙=9 V;两电热丝并联的总电阻:R=R甲R乙R甲+R乙=10Ω×15Ω10Ω+15Ω=6 Ω,通电10 s后,甲、乙两电热丝产生的总热量最多为Q=W=U2Rt=(9V)26Ω×10 s=135 J。
13.0.7　2.4 　[解析] (1)由电路图可知,灯泡与电动机并联在电路中,闭合开关灯泡正常发光,由P=UI可得,灯泡正常工作的电流:IL=
P额U额=3W6V=0.5 A,由并联电路的电流特点可知,干路的电流:I=IL+IM=0.5 A+0.2 A=0.7 A。
(2)1 min内电动机产生的热量:Q=IM2RMt=(0.2 A)2×1 Ω×60 s=2.4 J。
14.闭合　35　[解析] (1)由图可知,当开关S1闭合、S2断开时,该电路为串联电路,而两开关闭合时,只有R1接入电路;根据串联电路的电阻关系可知,S1、S2闭合时电路总电阻较小,电源电压不变,根据P=U2R可知,此时为高温挡;
(2)水吸收的热量即电流产生的热量为Q吸=Q放=I2Rt时=(5 A)2×42 Ω×2×60 s=1.26×105 J;
则水升高的温度为
Δt温=Q吸c水m=1.26×105 J4.2×103 J/(kg·℃)×2kg=15 ℃;
水的末温为t温=20 ℃+15 ℃=35 ℃。
15.(1)质量　停表
(2)水的比热容较大　温度计升高的示数
(3)当电流和通电时间都相同时,电阻越大,产生的热量越多
(4)移动滑动变阻器滑片,比较通电时间相同时,甲(或乙)烧瓶中温度计的示数变化
16.(1)根据I=UR可知,电路的总电阻为R总=UI=12V0.5A=24 Ω,
根据串联电路的电阻规律可知,滑动变阻器连入电路的阻值为R滑=R总-R=24 Ω-20 Ω=4 Ω。
(2)煤油吸收的热量为Q吸=c煤油mΔt温=2.1×103 J/(kg·℃)×0.2 kg×3 ℃=1.26×103 J。
(3)5 min内电阻丝消耗的电能为W=Q=I2Rt时=(0.5 A)2×20 Ω×5×60 s=1.5×103 J,
电阻丝的加热效率为η=Q吸W×100%=1.26×103 J1.5×103 J×100%=84%。