初中物理人教版九年级全册第4节 焦耳定律课时作业

2021-2022学年人教版物理九年级全一册 第十八章

第四课 焦耳定律 同步练习

一、单选题

1.下列家用电器中，利用电流热效应工作的是（   ）           

A. 电风扇                               B. 电视机                               C. 电热水壶                               D. 电冰箱

2.某电炉丝电阻为100Ω，通电10秒钟产生热量4×103J，则通过电炉丝电流是（   ）           

A. 2A                                       B. 4A                                       C. 20A                                       D. 40A

3.有两条电阻丝，它们的电阻之比是2：1，把它们串联接入电压为U的电路中，则在相等的时间里，它们放出的热量之比是 （    ）           

A. 1：2                                    B. 2：1                                    C. 1：4                                    D. 4：1

4.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=2Ω，R2=4Ω，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

5.如图是探究电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关的实验装置。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。下列说法正确的是（   ）

A. 通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差比右侧的小
B. 若容器外面的电热丝R3发生了断路，若与没断时的 通电时间相同，则左侧U形管中液面高度差变小
C. 将右边并联的两根5Ω的电阻丝都放入到容器内，通 电一段时间后，右侧U形管中液面的高度差比左侧的大
D. 该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反映 电阻丝放出热量的多少

6.小华家电热毯内的电阻丝断了，她爸爸将电阻丝的两个断头接上后继续使用，在使用中发现接头处的电热毯烧焦了，其原可能是（   ）           

A. 电阻丝总长度变短，总电阻变小，电流变大        B. 电阻丝总长度变短，总电阻变大，电流变小
C. 接头处电阻变小，相同时间内释放的热量更多    D. 接头处电阻变大，相同时间内释放的热量更乡

7.小珠利用下图探究“影响通电导体产生热量的因素”，下列说法正确的是(    ) 

A. 甲装置通电一段时间后，a容器内空气吸收热量多
B. 乙装置通电一段时间后，d容器内空气吸收热量多
C. 利用乙装置探究的是当电压、通电时间一定时，通电导体产生的热量与电流的关系
D. 若将甲、乙装置同时串联在电路中，通电一段时间后，b容器内空气吸收热量最多

8.某直流电动机标有“36V  18W”字样，经测量其线圈电阻为2Ω，使电动机正常工作10min．则电动机在这段时间内产生的热量是（   ）           

A. 1.08×104J                          B. 300J                          C. 3.888×105J                          D. 1.05×104J

9.为了探究电流通过导体产生的热量跟什么因素有关，某同学将两段阻值不同的电阻丝R1、R2分别密封在两个完全相同的烧瓶中，并设计了如图所示的甲、乙两套方案．已知所用的蓄电池电压相等且保持不变，R1＜R2  ， 装入烧瓶的煤油质量相等，下列有关此探究活动的各种表述，错误的是(    )  

A. 该实验中，电流通过导体产生的热量的多少是通过温度计示数变化大小体现出来的
B. 甲装置可探究电流通过导体产生的热量与电阻是否有关
C. 比较相同通电时间内温度计a、c示数变化情况，可探究电流产生的热量与电流是否有关
D. 在相同的通电时间内，d温度计所在烧瓶中的电阻丝产生的热量最多

10.电风扇、电烙铁和电动机上都标有“220 V 60 W”字样，它们都在额定电压下工作相同时间，产生热量多的是（ ）           

A. 电风扇                                B. 电烙铁                                C. 电动机                                D. 一样多

11.用粗细均匀的电热丝加热烧水，通电10min可烧开一壶水，若将电热丝对折起来接在原来的电路中，则烧开同样一壶水的时间是（不计热量损失）（ ）           

A. 2.5min                                B. 5min                                C. 20min                                D. 40min

12.某电动机接在电压为220 V的电路中工作时，通过的电流为4 A。如果电动机线圈电阻为4 Ω，则每分钟产生的热量为(   )           

A. 52 800 J                             B. 3 840 J                             C. 4 800 J                             D. 14 080 J

二、实验探究题

13.如图所示电路，蓄电池电压恒定，两个完全相同的烧瓶内分别装有质量相等、初温相同的煤油，煤油中分别浸入电阻丝R1和R2  ， 且R1＜R2。利用该电路可探究电流通过导体产生的热量与导体________的关系，电流通过导体产生热量的多少可通过________来反映。 

14.为探究“通电导体产生热量的多少与电阻的关系”，小明设计了如图所示的实验电路．

（1）其中甲、乙两个相同的瓶内分别装有  ________  和初温都相同的煤油，将选择好的镍铬合金丝和锰铜丝浸没在煤油中，通过比较  ________  来确定产生热量的多少．   

（2）小华问小明“水比较容易获得，干嘛不用水代替煤油？”．对于这个问题，小明给出了下列四种答案，你认为合理的是  __________  ．           

A.因为煤油有颜色便于观察    
B.因为煤油有比较大的热值
C.因为煤油有比较小的密度    
D.因为煤油有比较小的比热容

（3）实验时，将铜丝和镍铬合金丝串联接入电路中，这是为了控制  ________ 和 ________  相同；   

（4）实验中，小明发现甲烧瓶中温度计的示数升高得较快．这表明  ________  的电阻较大（选填“镍铬合金丝”或“锰铜丝”）．   

15.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。 

（1）实验中通过观察________来反映电阻丝产生热量的多少。   

（2）甲装置可探究电流产生热量与________的关系，通电一段时间后，________（选填“左”或“右”）侧容器中U形管中液面的高度差大。   

（3）乙装置中的电阻R3的作用主要是________。   

三、计算题

16.有一台饮水机，它的铭牌如下表，工作电路如图所示，S0是温控开关，可以自动控制饮水机的加热或保温状态。求： 

（1）将2kg的水从20℃加热到100℃，水吸收的热量是多少?[c水=4.2x103J／(kg·℃)]   

（2）若饮水机加热时产生的热量全部被水吸收，将2kg的水从20℃加热到100 ℃，需加热多长时间?   

（3）R2的阻值是多少?   

17.某品牌电热水壶如图甲所示，其加热功率为1.1kW，保温功率为44W，容量为2kg，简化电路图如图乙所示，S是保温和加热的自动转换开关，求

（1）在一个标准大气压下将20℃的壶中的水烧开，请计算水吸收的热量
   

（2）保温状态时电路中的电流；   

（3）R2的阻值；   

（4）加热状态下工作12分钟电热水壶消耗的电能。   

18.一个“220V 100W”的电烙铁正常工作5min，产生的热量是多少？   

19.如图甲为常用的电热饮水机，其电路原理如图乙所示，该饮水机的额定电压为220V，加热电功率为1100W，保温电功率44W，R1、R2均为电热丝 （R1、R2的电阻不随温度变化）。请问：

①当S闭合时，饮水机处于什么（选填“加热”或“保温”）状态，此时电路中的电流是多大？

②电热丝R1的电阻是多大？

③饮水机加热工作时，将0.5千克初温为20℃的水加热到97℃，需要多长时间？（假设电能全部转化为水的内能）

答案解析部分

一、单选题

1.【答案】 C  

【考点】电流的热效应   

【解析】【解答】A．电风扇工作时主要将电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，不符合题意；

B．电视机工作时主要将电能转化为光能与声能，不是利用电流热效应工作的，不符合题意；

C．电热水壶工作时主要将电能转化为内能，是利用电流热效应工作的，符合题意；

D．电冰箱工作时主要是把电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，不符合题意。

故答案为：C。

 
【分析】电流通过导体时会产生热量，此现象就是电流的热效应，结合的热量通过焦耳定律计算导体的电阻即可。

2.【答案】 A  

【考点】焦耳定律的应用   

【解析】【解答】解：∵Q＝I2Rt，

∴电流I＝ ＝ ＝2A；

故答案为：A。

 
【分析】根据焦耳定律Q＝I2Rt，计算电流的大小。

3.【答案】 B  

【考点】焦耳定律的应用   

【解析】【解答】当电阻串联时，根据Q=I2Rt，电阻产生的热量的比等于电阻之比，B符合题意。
故答案为：B.
【分析】在串联电路中，电流和通电时间相同，电阻丝产生的热量的比值等于电阻之比。

4.【答案】 B  

【考点】焦耳定律的应用   

【解析】【解答】由电路图可知，两个电阻串联，通过的电流相同；由焦耳定律可知电阻发热为

通电相同时间后，电阻越大则发热量越大，即R2上的蜡熔化得快；B符合题意。

故答案为：B。

 
【分析】当电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。

5.【答案】 B  

【考点】焦耳定律   

【解析】【解答】解：A、由图可知，右侧的两个电阻并联后与左侧的电阻串联在电路中，根据并联电路的电流特点可知，左侧电阻中的电流大于右侧盒中电阻的电流，在电阻和通电时间相同的情况下，左侧盒中的电流大，产生的热量多，所以左侧U形管中液面的高度差大，A不符合题意；

B、R3发生断路前，左侧的电阻为5Ω，右侧的电阻为 ＝2.5Ω，则电路的总电阻为5Ω+2.5Ω＝7.5Ω；

R3发生断路后，电路中只有R1和R2串联，则总电阻为：5Ω+5Ω＝10Ω；

R3发生断路后，整个电路的总电阻增大了，根据I＝ 可知，电路中的总电流减小了，在电阻、通电时间不变时，电流减小，则产生的热量变少，所以左侧U形管中液面高度差变小，B符合题意；

C、将右边并联的两根5Ω的电阻丝都放入到容器内，右侧的电阻为 ＝2.5Ω，左右两侧的电流和通电时间相同，左侧的电阻大于右侧的电阻，则左侧产生的热量多，右侧U形管中液面的高度差比左侧的小，C不符合题意；

D、该实验装置是利用容器中空气的热胀冷缩来反应放热的多少，产生热量的多少不能直接观察，通过U形管液面高度差的变化来反映，D不符合题意。

故答案为：B

 
【分析】电流通过导体时会产生热量，此现象就是电流的热效应，产生的热量通过焦耳定律Q=I2Rt，来求解，其中I是流过用电器的电流，R是用电器的电阻，t是用电器工作的时间。

6.【答案】 D  

【考点】焦耳定律的应用   

【解析】【解答】电流通过导体会产生内能，产生的内能多少和电流大小有关，和电阻有关，和通电时间有关，在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多，则电热毯烧焦，说明产生的热多了，是因为电阻的接头出电阻过大，D符合题意。
故答案为：D.

【分析】电流产生的热量和电流的平方成正比，和电阻成正比，和通电时间成正比。

7.【答案】 D  

【考点】电流的热效应   

【解析】【解答】根据图像，甲装置电流相同，可以探究电热和电阻的关系，电阻越大，产生的热量越多，乙图电阻相同，可以探究电热和电流大小的关系，电流越大，产生的热量越多，ABC不符合题意，当电流相同时，电阻大的b容器，产生的热量最多，D符合题意。
故答案为：D.

【分析】电流产生的热量的多少和电流有关，和电阻有关，和通电时间有关。

8.【答案】 B  

【考点】焦耳定律的应用   

【解析】【解答】解：直流电动机的电流I＝ ＝ ＝0.5A，

所以电动机线圈产生的热量：Q＝I2Rt＝（0.5A）2×2Ω×10×60s＝300J。

故答案为：B。

【分析】先根据公式I＝ 计算出直流电动机的电流，再根据公式Q＝I2Rt可求这台电动机10min内产生的热量。

9.【答案】 D  

【考点】焦耳定律   

【解析】【解答】A、当电阻丝通电后，电流产生热量使煤油温度升高，从而使温度计示数上升，因此可根据温度计示数的大小可知温度升高的多少；故A正确，不符合题意；

B、甲中两电阻串联，则两电阻中的电流相等，则可知热量应由电阻有关，根据温度计示数的变化判断吸收热量的多少，则可知热量与电阻大小的关系；故B正确，不符合题意；

C、甲乙两图中，通过电阻R1的电流不同，比较相同通电时间内a，c两支温度计示数变化情况，可探究电流产生的热量与电流是否有关；故C正确，不符合题意；

D、在电源电压和通电时间相同的条件下：

由串并联电路的电压关系可知，串联使用时各电阻两端电压小于电源电压，并联使用时各电阻两端电压等于电源电压，由Q=I2Rt，I= 得，Q= ，可知各电阻并联时产生的热量多；

两电阻并联时，由Q= 可知，电压相等，R1＜R2  ， 电阻R1产生的热量多；故D错误，符合题意；

故答案为：D．

 
【分析】电流通过导体时会产生热量，此现象就是电流的热效应，结合的热量通过焦耳定律计算导体的电阻即可。

10.【答案】 B  

【考点】电流的热效应   

【解析】【解答】电风扇、电烙铁和电动机上都标有“220 V 60 W”字样，它们都在额定电压下工作相同时间，产生热量多的是电烙铁。

思路分析：因为电风扇和电动机都不是纯电阻电路，也就是消耗的电能没有全部转换为电热，而电烙铁是消耗的电能全部转化为电热的，所以工作相同时间，产生热量多的是电烙铁，B符合题意。

故答案为：B

【分析】纯电阻电路以产生热为主，非纯电阻电路把电能转化为机械能.

11.【答案】 A  

【考点】焦耳定律的应用   

【解析】【解答】影响电阻大小的因素有材料、长度和横截面积．电热丝对折，长度为原来的一半，横截面积是原来的2倍，因此电阻为原来的四分之一．

由Q= 可知：当Q和U一定时，t和R成正比，所以加热时间成为原来的四分之一，即10min÷4=2.5min，A符合题意，BCD不符合题意．

故答案为：A．

【分析】电流产生的热的多少和电流、电阻、时间有关，当电阻对折时，电阻变为原来的  ， 电压不变时，工作时间为原来的.

12.【答案】 B  

【考点】焦耳定律的应用   

【解析】【解答】根据焦耳定律知道，每分钟电动机线圈电阻产生的热量：Q=I2 Rt=（4A）2 ×4Ω×60s=3840J，B符合题意，ACD不符合题意.

故答案为：B。

【分析】利用电流、电阻和时间计算电路中产生的热的多少.

二、实验探究题

13.【答案】 电阻；温度计示数变化的大小  

【考点】焦耳定律   

【解析】【解答】如图，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。当电阻丝通电后，电流产生热量使煤油温度升高，从而使温度计示数上升，因此可根据温度计示数的变化大小可知温度升高的多少。
【分析】电流相同，通电时间相同，电阻不同，探究电流产生热量跟电阻的关系；通过温度计示数的变化反应热量的多少。

14.【答案】 （1）质量；温度计升高的示数
（2）D
（3）电流；通电时间
（4）镍铬合金丝  

【考点】焦耳定律   

【解析】【解答】(1) 甲、乙两个相同的瓶内分别装有质量和初温都相同的煤油，将选择好的镍铬合金丝和锰铜丝浸没在煤油中，运用“转换法”，通过比较温度计升高的示数来确定产生热量的多少；（2）因为煤油的比热容比水的比热容小，相同质量的煤油和水相比较，吸收相同的热量，煤油温度升高的多，所以用煤油实验效果更明显，故D符合题意为答案；（3）实验时，为探究“通电导体产生热量的多少与电阻的关系”，应运用控制变量法，将铜丝和镍铬合金丝串联接入电路中，这是为了控制电流和通电时间相同；（4）由Q=I2Rt可知，甲烧瓶中温度计的示数升高得较快，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，镍铬合金丝的电阻较大。
故答案为：（1）质量；温度计升高的示数；（2）D；（3）电流；通电时间；（4）镍铬合金丝.

【分析】电流产生热的多少和电流有关，和电阻大小有关，和通电时间有关，探究时要结合控制变量法.

15.【答案】 （1）U型管液面高度差的变化
（2）电阻；右
（3）使通过R1和R2的电流不相等  

【考点】焦耳定律   

【解析】【解答】解：（1）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，装置内气体温度的变化可以通过U型管液面高度差的变化来反映，这是转换法的应用；（2）甲装置中，将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过它们的电流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Q＝I2Rt可知，右边容器中的电阻产生的热量多，U型管液面高度差的变化大，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；（3）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R3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。

故答案为：（1）U型管液面高度差的变化；（2）电阻；右；（3）使通过R1和R2的电流不相等。

 
【分析】（1）探究电流产生热量多少时，利用U型管液面高度差的变化来反映热量的多少；（2）当电流和通电时间相同，电阻不同时，可以探究电流产生热量和电阻的关系；（3）若探究产生的热量和电流的关系，需要改变其中一个电阻的电流大小。

三、计算题

16.【答案】 （1）解：Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×2kg×(100℃-20℃)=6.72×105J
（2）解：t=
（3）解：当S闭合、S0断开时，电路中只有R2  ， 总功率较小，为保温状态。

由 得R2=

【考点】电功与热量的综合计算   

【解析】【分析】（1）已知水的质量、比热容、水的初温和末温，根据Q吸=cm（t-t0）求出水吸收的热量；（2）水吸收的热量和饮水机加热时产生的热量相等，根据W=Pt求出需要的加热时间；（3）由电路图可知，当开关S闭合，温控开关S0断开时，电路为R2的简单电路，此时电路中的总电阻最大，电功率最小，饮水机处于保温状态，根据P=求出R2的阻值。
 

17.【答案】 （1）解：在1个标准大气压下水的沸点是100℃，所以水吸收的热量是：Q吸=cm（t-t0 ）=4.2×103 J/（kg•℃）×2kg×（100℃-20℃）=6.72×105 J
（2）解：由电路图知道，当S闭合时R1短路时，电路中只有R2  ， 当S断开时，两电阻串联，由串联电阻规律和P=U2/R知道，当S断开时是保温状态，S闭合时为加热状态；由P=UI知道，保温时的电流是：I1 =P1/U=44W/220V=0.2A

（3）解：根据题意知道，加热功率是1.1kW，所以， 1100W=(220V)2/R2  ， 解得R2 =44Ω

（4）解：加热状态下电热水壶工作12分钟消耗的电能是：W=P2t=1100W×12×60s=7.92×105 J
  

【考点】电功与热量的综合计算   

【解析】【分析】（1）根据吸热方程计算水吸收的热量；注意一标准大气压下水的沸点是100℃；
（2）无论处于哪种状态，电源电压不变，当电阻最小时，功率最大，处于加热状态；
（3）根据1100W=(220V)2/R2计算出R2 的阻值；
（4）根据加热功率和时间，由W=P2t计算出电热水壶工作12分钟消耗的电能。
 

18.【答案】 解：∵P=   

∴Q=W=Pt=100W×5×60s=30000J

答：产生的热量是30000J．

【考点】电流的热效应   

【解析】【分析】直接根据Q=W=Pt即可计算出电烙铁5min内产生的热量．

19.【答案】 解：①根据P=可知当U一定时，R最小，P最大，因此当S闭合时，R1短路，电路中电阻最小，此时功率最大，饮水机处于加热状态；由P=可得I== =5A；
②因为当加热时只有R2工作，故R2= = =44Ω；由P=可得，当饮水机处于保温状态时，R总= = (220V)244W =1100Ω因为串联，故R1=R总﹣R2=1100Ω﹣44Ω=1056Ω；
③水吸收的热量为：Q=cmΔt=4.2×103J/（kg•℃）×0.5kg×（97℃﹣20℃）=1.617×105J；
因为电能全部转化为水的内能故W=Q=1.617×105J由P=Wt可得：t= WP= 1.617×105J1100W =147s.
答：①加热；此时电路中的电流是5A；②电热丝R1的电阻是1056Ω；③饮水机加热工作时，将0.5千克初温为20℃的水加热到97℃，需要147s。  

【考点】电功与热量的综合计算   

【解析】【分析】①根据P= 分析解答；利用P=UI求出电流；②分别求出两种状态下的电阻，结合电路连接求出分电阻；③利用物质吸热公式求出水吸收的热量，结合P= 求出加热时间。

本题考查电功率公式以及欧姆定律的应用，关键是公式及其变形的应用，还要学会从所给信息中找到有用的数据，难点是结合电路图判断高温档位和低温档位。