2022年中考物理总复习专题系列焦耳定律（培优部分）

2021-2022学年度人教版物理中考总复习专题系列

焦耳定律（培优部分）

一、实验题

1．为探究“电流产生的热量与哪些因素有关”的实验。

（1）珠珠小组采用如图甲乙的实验装置，请回答相关问题：

①电流产生的热量通过U形管中液面的______来反映，这种研究物理问题的方法叫______法；

②在图甲中两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，这样做可以得出的结论是______；

③在图乙中容器外并联了一个阻值相同的电阻丝，其目的是为了研究当______相同时，电流产生的热量与______的关系；

（2）秀秀小组用图丙所示的装置来完成本实验。图中两个密封的烧瓶内盛满质量和温度都相同的煤油，瓶中插温度计。两瓶煤油中都浸泡着一段电阻丝，烧瓶A中的金属丝的电阻为5Ω，烧瓶B中的金属丝的电阻为10Ω。为了在较短的时间内达到明显的实验效果，选用了煤油而不选用水，主要是由于______。完成实验后，发现该装置可测量煤油的比热容。方法是：分别向两个相同的烧瓶中（内部电阻丝阻值相同）加入初温均为t0、质量相等的水和煤油，通电一段时间后，分别读出温度计的示数为t水、t煤油，请写出煤油比热容的表达式c煤油＝______（已知水的比热容为c水＝4.2×103J/（kg•℃））。

2．用如图所示的实验装置，探究“电流通过导体产生的热量与什么因素有关”。（实验前“U”形管内液面是相平的）

（1）盒内封闭一定质量的空气的优点是___________；

（2）图甲探究的是电流通过导体产生的热量与___________的关系；图乙探究的是电流通过导体产生的热量与___________的关系；

（3）图乙中右侧盒外连接的5Ω电阻，它的作用是：使通过电阻C、D中的___________不相等；

（4）由于电流产生的热量不能直接测量，因此在这个实验中是通过观察“U”形管中液面的___________来显示容器内温度的变化，这里采用了___________的研究方法；

（5）通过对比观察图甲，___________（填“A”或“B”）容器中导体的电阻产生的热量多。由此可知，在电流和通电时间相同时，电阻越___________，导体产生的热量越多。

3．某物理学习小组进行“探究电流相同时通电导体产生热量的多少跟电阻的关系”时，可供选用的器材有：6V电源，5Ω的发热电阻两只，10Ω的发热电阻两只，量程适合的温度计两只，规格相同的烧瓶两只，水，酒精，煤油，开关，导线若干。

（1）他们设计了图甲和图乙所示的两个方案，本实验应该选用图___________所示方案。

（2）所选方案中两发热电阻的阻值应________ ，两个烧瓶内的液体应为质量_________的_______种类的液体。（均填“相同”或“不同”）

（3）已知比热容的大小为c水>c酒精>c煤油，为了缩短实验时间，应选用的液体是_______。完成上述实验后，实验小组利用以上器材，又添加了天平、烧杯、停表等器材，设计了“测定酒精的比热容”的实验。已知在本次实验条件下，水的沸点为100℃，酒精的沸点为78℃，忽略热量散失。

（4）实验小组认为图甲和图乙所示两个方案均可行，为了让两种液体相同时间内吸收的热量相同，不论选择哪种方案，两发热电阻的阻值应___________ （填“相同”或“不同”）。

（5）方案选定后，实验过程如下：

①将天平放在水平实验台上，把游码拨到标尺左端的零刻度线处，观察到指针偏向分度盘的左侧，向右调节___________，直至天平平衡。用烧杯和天平测量出质量相等的水和酒精，分别装入两个烧瓶里。

②记下两种液体的初始温度，接通电路，加热一段时间后，记下液体的末态温度。该实验过程中应保证酒精的温度低于___________。

③根据表中数据可得酒精的比热容为___________J/（kg·℃）。

（6）结合表中数据进一步分析，可知实验过程中选择的是图___________所示方案。

4．图甲是探究“电流与电压的关系”的实验电路，电源电压为4.5V。三个小组的同学分别用5，10，15的定值电阻进行探究。

（1）请用笔画线代替缺少的1根导线，将图甲的电路连接完整（要求：导线不能交叉，滑片P向B端移动时，电路中的电流变大）______：

（2）正确连接电路，闭合开关，发现两只电表示数如图乙所示，则电路中存在的故障可能是______。

（3）将不同小组的数据汇总后，得到表中数据，分析实验数据可以得出：在电阻一定的情况下，通过导体的电流与导体两端的电压成______。

（4）这样做多组实验的好处是______。

（5）在进一步探究“电流与电阻的关系“实验中，为得到更多的实验数据，老师给每个小组再次提供一个30的定值电阻R0。某小组在实验中，无论怎样移动滑片P都不能将R0两端电压调为1.5V）该小组所使用的滑动变阻器的规格可能是______（选填下列选项前的字母）。

A．10，3A　　B．20，2A　　C．50，1A　　D．100，0.2A

（6）同学们继续探究“电流通过导体时产生热量的多少与通过导体电流的关系”实验中，实验装置如图所示，甲、乙两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，则乙容器中的电阻丝R2=______。在实验中，不再用电热丝加热煤油，而是直接加热空气，你认为这样做的好处是______。

5．在实验探究中，经常可以用同样的实验装置完成不同的探究课题。如图所示，两个相同的烧瓶内装有质量和初温相等的煤油，温度计和电阻丝通过橡胶塞固定在烧瓶中。

I、用该装置探究通电导体产生的热量与电阻大小的关系

（1）该实验将R1和R2串联，目的是控制______和通电时间相同。

（2）实验中通过温度计示数的升高量来反映电阻丝产生热量的多少。在“探究动能的大小与哪些因素有关”的实验中也用到了这种方法：让同一小球从同一斜面的不同高度自由滚下去撞击水平面上的木块，通过______来反映动能的大小。

（3）两烧瓶中电阻丝的大小关系是R1＜R2。闭合开关通电一段时间后，发现两烧瓶中温度计示数分别为且tA、tB，且tA＜tB，则可得出的初步结论是______。

（4）小明在上述器材的基础上，将甲瓶中的R1更换为R3并将煤油倒出一部分后继续实验。发现通电一段时间后A温度计升温比B少（液体均未沸腾）。若该过程中电阻丝产生的热量全部被煤油吸收，可知R2______    （选填">”、”＜”或“=”）R3。

II、用该装置探究不同物质的吸热能力

（5）在甲、乙两瓶中分别装入质量相等、初温均为t0的水和煤油，为了能在通电一段时间后，通过比较两温度计示数的大小来比较水和煤油的吸热能力，两烧瓶中电阻丝的阻值关系是R甲______（选填">”、”＜”或“=”）R乙；通电相同时间后，观察发现温度计的示数分别为t甲和t乙，则煤油的比热容为c煤油=______（已知水的比热容为c水）。

6．为了探究电流通过导体产生热量与电流大小是否有关，某同学选择的实验器材有：如图1所示的甲、乙两个完全相同的烧瓶，两个烧瓶口都盖有胶塞并插入相同规格的温度计，烧瓶内装入等质量的煤油和阻值均为R的电热丝（电阻值不随温度变化），调零的电流表、电压不变的电源、导线、滑动变阻器各一个，导线若干。该同学设计的实验电路如图2所示。

(1)实验中用_____来表示电流通过电 热丝 R 产生热量的多少；

(2)为了完成该同学的探究实验，还需添加的测量仪器是：____；

(3)以下是该同学的主要实验步骤，请你帮她补充完整；

①将装置甲、滑动变阻器、电流表等电路元件串联接入电路中， 将滑动变阻器调到最大阻值；

②闭合开关 S，调节滑动变阻器滑片P 到适当位置，记录电流表的示数为I1，观察并记录温度计的示数t0，通电时间为2min时，记录此时温度计的示数t，断开开关S；

③用装置乙替换电路中的装置甲，闭合开关，____________，记录电流表的示数为 I2，观察并记录温度计的示数t0，通电时间为____________min时，记录此时温度计的示数t，断开开关S；

④利用公式∆t＝____________（用测量的物理量的符号表示）计算出每次实验中煤油升高的温度，并记录在表格中。

(4)请帮助该同学设计一个记录实验数据的表格。（________）

7．小华在家里学习烧饭做菜的过程中要加热油和水。所以她对一些物理现象有了一定的感性认识，她猜想油的比热容比水小。

(1)能够支持她这一猜想的事实是________。

A．相同条件下，油比水热得快                  B．油能把食物炸得焦黄，而水不能

C．油能漂在水面上                            D．油比水难蒸发

(2)她设计了如图所示电路，三个规格相同的锥形瓶内分别装有质量相同，初温同为16℃的煤油或水，①、②、③分别表示温度计序号。

①为比较水与煤油的比热容大小，应闭合开关________，观察温度计________(填温度计序号)示数的变化。若水的比热容大则温度计________(填温度计序号)示数变化大。

②为探究“电流通过导体产生热量的多少与电阻大小的关系”，应只闭合开关________，观察温度计________(填温度计序号)示数变化情况。

8．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_____，来判断相同时间内不同电流产生的热量多少。下面的探究实例中，也是采用这种研究方法的是_____。

A．探究电流与电压、电阻的关系

B．用总电阻表示同一段电路中串联的两个电阻

C．在探究影响动能大小因素的实验中，小车动能的大小通过木块移动的距离来比较。

实验中烧瓶内液体小明选择了煤油而不是水，这样选择的理由是_____。

（2）小明先测量烧瓶内液体的温度后，闭合开关，通电30s再测量烧瓶内液体的温度，得到温度的升高量填入表中；然后移动滑动变阻器滑片改变电流大小。重复上述操作，获得第二组数据（见表）。

由此得出：同一导体，在通电时间相等时，电流_____，其产生的热量_____。

（3）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”）．（本题中，三个烧瓶中的液体质量相等）

（4）小明提议利用上述实验装置改做“比较水和煤油比热容的大小”的实验，则他应选择乙图中_____（选填“A”或“B”）烧瓶与甲图中的烧瓶并联，并将其中一烧瓶中的液体换成_____。水和煤油吸热的多少是通过_____ （选填“温度计示数”或“加热时间”）来反映的。

参考答案

1．高度变化    转换    在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多    电阻    电流    煤油的比热容小    •c水   

【详解】

（1）①[1][2]实验中，电热的多少不好比较，但电流产生热量越多，密闭容器中的气体膨胀产生的压力越大，使得U形管中液面的高度差越大，所以电流产生热量的多少是通过U形管内液面的高度变化体现出来的，这种研究物理问题的方法叫转换法；。

②[3]在图甲中，两容器中的电阻丝串联，这样做的目的是为了控制电流大小和通电时间相同；可以得出的结论为：在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。

③[4][5]图乙中，两个相同的电阻串联在电路中，通电时间和电阻相同，当在图乙中容器外并联了一个阻值相同的电阻丝后，通过两容器内电阻丝的电流不同，所以，这是为了探究电流产生热量跟电流关系。

（2）[6]要在较短的时间内达到明显的实验效果，即要求液体升温较快；在吸收热量相同、液体质量相同时，根据Q吸＝cm△t可知，要液体升温较快，应选用比热容较小的煤油。

[7]图丙装置中，两电阻丝阻值相同，它们串联电流相同，通电一段时间后，电流产生的热量相同，则煤油和水吸收的热量相同。已知它们的质量相同，设为m，根据前面分析结合吸热公式有

c煤油m（t煤油﹣t0）＝c水m（t水﹣t0）

解得

2．空气受热容易膨胀    电阻    电流    电流    高度差    转换法    B    大   

【详解】

（1）[1]盒内封闭一定量的空气的优点是空气受热容易膨胀，从而引起U形管两侧的液面高度发生变化，便于在实验中观察U形管液面高度差的变化。

（2）[2]由图甲可知，两个盒中的不同阻值的电阻丝串联，通过两电阻丝的电流和通电时间相同，研究的是：当通过的电流和通电时间相同时，电流产生的热量与导体电阻大小的关系。

[3]图乙中烧瓶内的电阻值都是5Ω，阻值相等，通电时间相等，而D容器中的电阻丝与另一个同为5Ω的电阻丝并联后，再与C容器中的电阻丝串联，那么通过两个容器中的电阻丝的电流不同，运用控制变量法，探究电流产生热量跟电流的关系。

（3）[4]图乙中，若只是两个相同的电阻串联在电路中，则通电时间和电阻相同，通过的电流也相同。而图乙中，当给其中一个并联一个电阻时，则C、D两个容器中的电阻通过的电流发生改变，即并联一个电阻后，可让C、D两容器中的阻值相同的电阻丝通过的电流不同，从而可探究电流产生热量跟电流关系。

（4）[5][6]在实验中电流通过电阻产生的热量多少是通过观察U形管内左右两侧液面高度大小来体现的，这种方法叫“转换法”。

（5）[7][8]由图甲知，B液柱的液面较高，可知B容器中的电阻产生的热量多。两个容器中阻值不同的电阻丝串联连接，则通过的电流相同，而甲中电阻丝的阻值比乙中的小。由此可知：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，电流产生的热量越多。

3．甲    不同    相同    相同    煤油    相同    右    78℃    2.4×103    乙   

【详解】

（1）[1]电流通过导体产生的热量与通过的电流、导体的电阻和通电时间有关，研究与其中一个因素的关系时，要控制另外两个因素不变。 探究电流相同时通电导体产生热量的多少跟电阻的关系时，要控制通电时间相同，只改变电阻的大小，根据串联电路各处的电流都相等（甲乙方案中通电时间都相等），本实验应该选用图甲所示方案。

（2）[2]根据[1]可知，所选方案中两发热电阻的阻值应不同。

[3][4]实验中电流产生的热量不易直接测量，可给质量相等的同种液体（比热容相同）加热，根据

通过温度计示数变化的多少反映产生热量的多少，采用了转换法。故两个烧瓶内的液体应为质量相同的相同种类的液体。

（3）[5]已知比热容的大小为c水>c酒精>c煤油，根据，质量相同的液体升高相同的温度，比热容越小，吸热越少，故为了缩短实验时间，应选用的液体是煤油。

（4）[6]实验小组认为图甲和图乙所示两个方案均可行，为了让两种液体相同时间内吸收的热量相同，根据Q=I2Rt，对甲图而言，两发热电阻要相同；对乙图而言，两电阻并联，由并联电路各支路电压相等，根据

可知，两发热电阻的阻值也应相同，即无论选择哪种方案，两发热电阻的阻值应相同。

（5）①[7]将天平放在水平实验台上，把游码拨到标尺左端的零刻度线处，根据指针偏转的方向，平衡螺母调节的原则是：左偏右调，右偏左调。故观察到指针偏向分度盘的左侧，即向右调节平衡螺母，直至天平平衡。

②[8]因酒精的沸点为78℃，故该实验过程中应保证酒精的温度低于78℃。

③[9]电阻丝相同，相同时间放出的热量相同，因忽略热量散失，水吸收的热量等于酒精吸收的热量，根据有

即

故酒精的比热容为

（6）结合表中数据，实验过程中，电阻丝放出的热量为

若用甲方案，用两个5Ω的发热电阻，根据串联电阻的规律及欧姆定律，电路的电流为

根据焦耳定律Q=I2Rt，产生的热量为

Q1=I12Rt=(0.6A)2×5Ω×420s=756J

若选用两个10Ω的发热电阻，同理，电路的电流为0.3A，产生的热量为

Q2=I22Rt=(0.3A)2×10Ω×420s=378J

两种情况下电阻丝产生的热量都不等于3024J，故可知实验过程中选择的不是图甲所示的方案，只能是图乙所示方案（根据可知，实验中选用的两个5Ω的发热电阻）。

4．    定值电阻断路    正比    使结论具有普遍性    C    5    实验现象明显   

【详解】

（1）[1]滑片P向B端移动时，电路中的电流变大，所以应使滑动变阻器阻值变小，故接线如下图所示：

（2）[2]如图，电流表无示数，表明电路是断路；电压表有示数，表明有电流流过电压表；这是和电压表并联的用电器断路，导致电压表串联在电路中产生的现象，所以电路故障是定值电阻断路。

（3）[3]由表中数据可看出，三组数据中，当电阻一定时，每一组的电流与电压值比值都是一个定值，所以，分析实验数据可以得出：在电阻一定的情况下，通过导体的电流与导体两端的电压成正比。

（4）[4]这样做多组实验的好处是，通过大量数据寻找共同规律，使结论具有普遍性。

（5）[5]当定值电阻为时，滑动变阻器两端电压为

此时，电路中电流

滑动变阻器的阻值

若将电阻R0接入电路，R0两端电压为1.5V时，滑动变阻器两端电压仍为3V，此时，电路中电流

所需要接入的滑动变阻器的阻值为

所以，该小组所使用的滑动变阻器的规格可能是50，1A ，故选C。

[6]探究“电流通过导体时产生热量的多少与通过导体电流的关系”实验中，应控制电阻大小相同，所以，R2= R1=5。

[7]在实验中，不再用电热丝加热煤油，而是直接加热空气，是因为空气吸收热量温度升高，体积变化比较大，实验现象明显，便于观察。

5．电流    木块在水平面上移动的距离    电流和通电时间一定时，导体的电阻越大，导体产生的热量越多    >    =    c水•   

【详解】

(1)[1]串联电路中电流相等，将R1和R2串联，目的是控制电流和通电时间相同。

(2)[2]通电后电流通过电阻丝做功，产生热量被煤油吸收，使煤油的温度升高，通过观察温度计的示数变化来判断电流产生的热量的多少。让同一钢球从光滑斜面上不同高度滚下后撞击木块，控制了钢球的质量，改变的是钢球到达水平面的速度，通过观察木块移动的距离不同，可判断物体动能的大小。

(3)[3]已知两个烧瓶中煤油的初温相同，通电一段时间后，发现两个烧瓶中温度计示数关系为tA＜tB，根据可知，乙中煤油吸收的热量最多，则该电阻丝产生的热量最多；因通过两根电阻丝的电流相同，通电时间也相同，且电阻丝的阻值关系为R1＜R2，则可得出的探究结论是：电流和通电时间一定时，导体的电阻越大，电流通过导体产生的热量越多。

(4)[4]将甲瓶中的R1更换为R3并将煤油倒出一部分后继续实验。发现通电一段时间后A温度计升温比B少，说明甲瓶中煤油吸收的热量少，根据可知，电流和通电时间一定时，R3的阻值小于R2的阻值。

(5)[5][6]要比较水和煤油的吸热能力，则应让水和煤油的质量相等、吸收的热量（加热时间）相等，由温度的变化大小得出吸热能力的大小关系，故两烧瓶中电阻丝的阻值关系是

R甲=R乙

在相同时间内放出的热量相同，所以水和煤油吸收的热量相同；因为

Q水=Q煤油

所以

c水m（t甲-t0）=c煤油m（t乙-t0）

所以煤油的比热容

6．温度计示数变化    秒表    调节滑动变阻器滑片P至适当位置    2    t-t0    见解析   

【详解】

(1)[1]实验中采用转换法，通过观察两支温度计示数变化来比较电流产生的热量的多少。

(2)[2]为了完成该同学的探究实验，还需添加的测量仪器是用于测量通电加热时间的秒表。

(3)[3][4][5]实验中应控制通电时间相同：①将装置甲、滑动变阻器、电流表等电路元件串联接入电路中，将滑动变阻器调到最大阻值；②闭合开关S，调节滑动变阻器滑片P到适当位置，记录电流表的示数为I1，观察并记录温度计的示数t0，通电时间为2min时，记录此时温度计的示数t，断开开关S；③用装置乙替换电路中的装置甲，闭合开关，调节滑动变阻器滑片P至适当位置，记录电流表的示数为I2，观察并记录温度计的示数t0，通电时间为2min时，记录此时温度计的示数t，断开开关S；④液体吸热升温，利用公式∆t＝t-t0计算出每次实验中煤油升高的温度，并记录在表格中。

(4)[6]记录实验数据表格设计如下：

7．A    S1、S2、S3    ① 、③    ①    S2    ① 、②   

【详解】

(1)[1] A．相同条件下，油比水热得快，根据可知，质量相同的水和油，温度变化量相同，同样的加热器，油比水热得快即是油吸收的热量较小，那么油的比热容较小，可知这个条件能够支持她这一猜想，选项A符合题意；

BCD．油能把食物炸得焦黄，而水不能；油能漂在水面上；油比水难蒸发；这些都不能支持她这一猜想，B、C、D不合题意；

(2)[2][3]通过观察温度计示数的变化，比较水与煤油的比热容大小，根据可知，质量相同的水与煤油，吸收的热量也必须相同，根据可知，电压需要相同，电阻大小也相同，加热时间相同，从图中可以看到，当闭合开关S1、S2、S3时，电阻大小是2R0的两个电阻并联接在电路中，两端电压相同，电阻都是2R0，这种情况符合题意，所以应闭合开关S1、S2、S3，观察温度计①和③示数的变化；

[4]根据，质量和吸收的热量都相同，若水的比热容大则小，即装水的锥形瓶温度计温度示数变化小，装煤油的锥形瓶温度计温度示数变化大，温度计①示数变化大；

[5][6]通过观察温度计示数的变化，比较电流通过导体产生热量的多少与电阻大小的关系，根据可知，比热容应该相同，质量相同，对比温度变化量的不同，从而得知的不同，根据可知，需要保持电流相同、通电时间相同，电阻不同；根据上述可知，应该把装有煤油的锥形瓶两瓶接入电路，并且是串联，电阻一个是R0，另一个是2R0，这些情况符合题意，所以应闭合开关S2，观察温度计①和②示数变化情况。

8．温度计示数变化C煤油的比热小，吸收相同的热量，温度变化比较大越大越多B串联A相同质量的水加热时间

【解析】

【详解】

（1）电流产生的热量不能用眼睛直接观察，所以通过温度计示数变化来反映，温度计示数变化越大，电流产生的热量越多，这是转换法的应用。

A．探究电流与电压、电阻的关系，探究电流跟电压关系时，控制电阻不变，探究电流跟电阻关系时，控制电压不变，这是控制变量法。不符合题意。

B．用总电阻表示同一段电路中串联的两个电阻，总电阻和两个串联电阻的效果是相同的，是等效替代法。不符合题意。

C．在探究影响动能大小因素的实验中，小车动能的大小通过木块移动的距离来比较。这是把小车的动能转换为对木块做功的多少，是转换法，符合题意。

煤油比水的比热小，吸收相同的热量，煤油的温度变化比较大，温度计示数变化明显，实验效果比较好。

（2）由表格数据知，电阻相同，通电时间相同，电流越大，温度升高量越大，说明电流产生热量越多。

（3）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电阻与甲图中的烧瓶电阻串联。

（4）“比较水和煤油比热容的大小”根据Q=cm△t，应使电阻在相同时间内放出的热量相等，即两种流体吸收的热量相等，再比较升高温度的多少，所以选择A烧瓶，电阻相同，和甲图烧瓶并联，电压相同，则相同时间内电流产生的热量相同，将其中一烧瓶中的液体换成质量相同的水即可进行实验。

因为两烧瓶中的电阻功率相等，所以水和煤油吸热的多少可以通过加热时间来反映。