物理人教版第4节 焦耳定律课后练习题

第4节　焦耳定律

测试时间:20分钟

一、选择题

1.家庭电路中,电功率都是100 W的电烙铁、电视机、电吹风,同时工作相同的时间,产生热量最多的是(　　)

A.电烙铁　　　B.电视机　　　C.电吹风　　　D.不能确定

2.如图所示是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验,下列分析正确的是(　　)

A.甲、乙两次实验都应用了控制变量法

B.甲实验通电一段时间后,左侧容器内空气吸收的热量更多

C.乙实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系

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多少的

3.下列事例,属于防止电流热效应产生危害的是(　　)

A.电热孵化器孵小鸡　　　B.电热水壶烧水

C.电熨斗熨衣服　　　    D.电脑防热风扇

4.把两根长度相同、粗细不同的镍铬合金丝连接在如图所示电路中,R1比R2细。在它们表面涂上厚度一样的蜡,闭合开关,过一段时间后,我们会观察到(　　)

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.如图所示,给电炉通电后,电炉丝热得发红,而用手触摸与之连接的导线却不觉得烫手,这是因为(　　)

A.电流通过导线时没有产生热效应

B.通过电炉丝的电流比通过导线的电流大得多

C.电炉丝的电阻比导线的电阻小得多

D.电炉丝消耗的电功率比导线消耗的电功率大得多

6.如图所示,已知电阻R1=10 Ω、R2=15 Ω,当开关闭合后,下列说法正确的是(　　)

A.通过R1与R2的电流之比为2∶3

B.相同时间内R1与R2产生的热量之比为2∶3

C.R1与R2两端的电压之比为3∶2

D.R1与R2消耗的电功率之比为1∶1

二、填空题

7.某段导体两端电压为4 V时,通过的电流为0.2 A,则该导体的电阻为　　　　Ω,若该导体通电1 min,则产生的热量为　　　　J。 

8.某电动机的额定电压为220 V,正常工作时的电流为10 A,电动机线圈电阻为5 Ω,则该电动机的电功率为　　　　W,100 s的时间电流经过线圈产生的热量为　　　　J。 

9.如图是研究“电流通过导体产生的热量和　　　　大小的关系”的实验,通电相同的时间,R1产生的热量　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)R2产生的热量。若通过R2的电流为0.5 A,则通电1 min后R1产生的热量为　　　　J。 

10.甲图是小灯泡L和电阻R的I-U图象。将小灯泡L和电阻R接入乙图电路中,电源电压恒定不变,只闭合开关S1,小灯泡L的实际功率为1 W,则此时小灯泡L的电阻为　　　　Ω;再闭合开关S2,电阻R在1 min内产生的热量为　　　　J。 

11.如图所示,电源电压保持不变,R1的阻值为10 Ω,只闭合开关S时,电流表示数为0.4 A,再闭合开关S1时,电流表示数为0.6 A,则电源电压为　　　　V,电阻R2的阻值为　　　　Ω,电阻R2工作1 min产生的热量为　　　　J。 

三、实验探究题

12.在探究“电流产生的热量与什么因素有关”的实验中,用到了如图所示的实验装置。

(1)本实验通过比较U形管中　　　　的变化,反映密闭空气温度的变化,从而知道容器中的电阻丝放出热量的多少,这种方法在物理学中被称为　　　　法。 

(2)甲实验表明,在　　　　相同、通电时间相同的情况下,　　　　越大,这个电阻产生的热量越多。 

(3)乙实验表明,在　　　　相同、通电时间相同的情况下,　　　　越大,这个电阻产生的热量越多。 

(4)英国物理学家焦耳精确地确定了电流通过导体产生的热量跟电流的　　　　成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比。这个规律叫做　　　　。 

四、计算题

13.如图是小明家电热水壶的铭牌。求:

(1)电热水壶的电阻。

(2)将1 kg水从20 ℃加热到100 ℃,水吸收的热量。

(3)要放出这些热量,电热水壶要正常工作多长时间[不计热量损失,c水=4.2×103 J/(kg·℃)]。

答案全解全析

1.答案　A　因为家庭电路中U=220 V,所以三种用电器的实际功率P=P额=100 W;又因为W=Pt,所以三种用电器消耗的电能相同;电吹风将电能转化为机械能和内能,电视机将一部分电能转化为光能和声能,电烙铁将电能全部转化为内能,所以产生热量最多的是电烙铁。故选A。

2.答案　A　Q与I、R及t有关,甲实验电阻丝串联,电流和通电时间相等,是探究电热与电阻的关系;乙实验中右侧电阻丝并联一个电阻丝后与左侧电阻丝串联,电阻和通电时间相等,是探究电热与电流的关系,都用到控制变量法,故A正确。甲实验两电阻丝串联,则通过电阻丝的电流和通电时间相同,右侧电阻阻值大,由Q=I2Rt可知,右侧电阻产生热量多,则右侧容器内空气吸收的热量多,故B错误。乙实验,右侧电阻丝与另一电阻丝并联,故左右容器中电阻丝的电阻和通电时间相同,但通过电阻的电流不同,所以是为了研究电流产生的热量与电流的关系,故C错误。实验中通过U形管液面的高度差来判定电流产生热量的多少,故D错误。

3.答案　D　用电热孵化器孵小鸡,将电能转化为内能,属于利用电流的热效应,故A不符合题意;使用电热水壶烧水,将电能转化为内能,属于利用电流的热效应,故B不符合题意;用电熨斗熨衣服,将电能转化为内能,属于利用电流的热效应,故C不符合题意;电脑防热风扇可给电脑降温,是为了防止电热产生危害,故D符合题意。

4.答案　A　由题知,长度相同、粗细不同的镍铬合金丝R1比R2细,所以R1>R2,由电路图知,两合金丝串联在电路中,则通过两合金丝的电流、通电时间相同,由于R1>R2,根据Q=I2Rt可知,R1产生的热量较多,R1上的蜡熔化得快一些。故选A。

5.答案　D　由于导线有电阻,电流通过导线时,导线会发热,产生热效应,故A错误;电炉在使用时,电炉丝和导线串联,通过它们的电流相等,通电时间t相同,由于R电炉丝>R导线,根据Q=I2Rt可知,电流产生的热量Q电炉丝>Q导线,根据P=I2R知,导线消耗的电功率比电炉丝消耗的电功率小,因而出现电炉丝热得发红,而与电炉丝相连的导线却不怎么发热的现象,故B、C错误,D正确。

6.答案　B　由电路图可知,两电阻串联,因为串联电路中各处的电流相等,所以通过R1与R2的电流相等;由于通过R1与R2的电流相等,所以通过R1与R2的电流之比为1∶1,故A错误;由Q=I2Rt可知相同时间内R1与R2产生的热量之比为====,故B正确;由I=可知R1与R2两端的电压之比===,故C错误;由P=I2R可知R1与R2消耗的电功率之比===,故D错误。

7.答案　20　48

解析　根据I=可得导体的电阻R===20 Ω,通电1 min产生的热量Q=I2Rt=(0.2 A)2×20 Ω×60 s=48 J。

8.答案　2.2×103　5×104

解析　电动机的电功率P=UI=220 V×10 A=2.2×103 W;

电动机线圈产生的热量Q=I2Rt=(10 A)2×5 Ω×100 s=5×104 J。

9.答案　电流　大于　300

解析　由图知,右边两个5 Ω的电阻丝并联再与左边容器中5 Ω电阻丝串联,串联中电流处处相等,并联电路干路电流等于各支路电流之和,所以,I1>I2,因为R1=R2=5 Ω,所以该实验是探究电流通过导体产生的热量和电流大小的关系,根据Q=I2Rt可知,相同时间内R1产生的热量大于R2产生的热量;若通过R2的电流为0.5 A,R3=R2=5 Ω,并联电路各支路两端电压相等,由欧姆定律可得通过R3和R2的电流相等,并联电路干路电流等于各支路电流之和,则通过电阻R1的电流为I=I2+I3=0.5 A+0.5 A=1 A,通电1 min后R1产生的热量为Q=I2R1t=(1 A)2×5 Ω×60 s=300 J。

10.答案　4　24

解析　(1)由欧姆定律知,电阻一定时,电流与电压成正比,由图象知,正比例图象是R的I-U图象,曲线是L的I-U图象,由电路图可知,只闭合开关S1,电路是灯泡的简单电路,由图象可知,当灯泡两端的电压UL=2 V,通过的电流IL=0.5 A时,小灯泡L的实际功率PL=ULIL=2 V×0.5 A=1 W,符合题意,所以此时灯泡电阻RL===4 Ω,且电源电压U=UL=2 V;

(2)再闭合开关S2时,R与L并联,因并联电路中各支路两端的电压相等,所以,U=UL=UR=2 V,由图象可知,此时通过R的电流IR=0.2 A,电阻R===10 Ω,R在1 min内产生的热量QR=Rt=(0.2 A)2×10 Ω×60 s=24 J。

11.答案　2　5　48

解析　(1)由电路图可知,只闭合开关S时,电路为R2的简单电路,电流表测通过R2的电流,即通过R2的电流I2=0.4 A,再闭合开关S1时,R1与R2并联,电流表测干路电流,即干路电流I=0.6 A,因并联电路中各支路独立工作、互不影响,所以通过R2的电流不变,因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以,通过R1的电流I1=I-I2=0.6 A-0.4 A=0.2 A,由I=可得,电源的电压U=U1=I1R1=0.2 A×10 Ω=2 V;

(2)因并联电路中各支路两端的电压相等,所以,电阻R2的阻值R2===5 Ω;

(3)电阻R2工作1 min产生的热量为Q=R2t=(0.4 A)2×5 Ω×60 s=48 J。

12.答案　(1)液面高度　转换　(2)电流　电阻　(3)电阻　电流　(4)平方　焦耳定律

解析　(1)通过比较U形管中液面高度的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少,这种方法在物理学中被称为转换法;

(2)由甲图可知,左、右两个容器中的电阻丝串联,通过的电流相同,通电时间相同,而左边电阻小于右边电阻,右边U形管中液面高度差大,因此在电流相同、通电时间相同的情况下,电阻越大,这个电阻产生的热量越多;

(3)由图乙可知,右边的容器中的电阻与容器外的电阻并联,再与左边容器中的电阻串联,因此通过左边容器电阻的电流大于通过右边容器电阻的电流,而电阻和通电时间相同,并且左边U形管中液面高度差大,故在电阻相同、通电时间相同的情况下,电流越大,这个电阻产生的热量越多;

(4)电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比,这个规律叫做焦耳定律。

13.答案　(1)48.4 Ω　(2)3.36×105 J　(3)336 s

解析　(1)根据电热水壶的铭牌可知,电热水壶的额定功率为1 000 W,额定电压为220 V,由P=可得电热水壶的电阻R===48.4 Ω

(2)水吸收的热量Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(100 ℃-20 ℃)=3.36×105 J

(3)不计热量损失,则有Q放=Q吸=3.36×105 J

由Q放=W=Pt可得电热水壶需要正常工作的时间:

t===336 s