沪粤版物理九年级上册同步练习15.4 探究焦耳定律

15.4探究焦耳定律一．选择题1．如图是探究电流热效应的实验装置．烧瓶内装有质量和初温完全相同的煤油，铜丝和镍铬合金丝的长度.横截面积均相同，则（  ） A．在甲图中，探究的是电流产生热量与电阻的关系 B．在乙图中，探究的是电流产生热量与电阻的关系 C．在甲图中，闭合开关一段时间后，两个瓶中温度计示数相同 D．在乙图中，相同时间内，电流越大，温度计的示数升得越小答案：A解析：A.甲图中两电阻丝串联，电流相同，但两导体的电阻不同，所以探究的是电流产生的热量与电阻的关系，故A正确；B.乙图中，导体电阻不变，但滑动变阻器可以改变电路中的电流，所以探究的是电流产生的热量与电流的关系，故B错误；C.甲图中，因为镍铬合金丝的电阻大于铜丝的电阻，根据可知，电流和通电时间相同时，镍铬合金丝产生的热量更多，温度计的示数更高，故C错误；D.乙图中，导体电阻不变，由可知，相同时间内，电流越大，产生热量越多，温度计示数升高越小，故D错误．2．电炉中的电阻丝通电一段时间后变得很烫，而连接电炉的导线却不怎么热，主要是因为（  ） A．通电导线的电流小于通过电阻丝的电流 B．导线的绝缘皮隔热 C．导线散热比电阻丝快 D．导线的电阻远小于电阻丝的电阻，导线上产生的热量很少 答案：D解析：电炉丝跟铜导线串联，通过它们的电流I和通电时间t相等，故A错误；因为Q=I2Rt，R电炉丝＞R导线，所以产生的热量：Q电炉丝＞Q导线，即相同时间内导线产生的热量小于电炉丝产生的热量，而与散热快慢、隔热效果无关，故D正确，B.C错误．3．如图所示，是探究“电流产生热量与哪些因素有关”的实验装置．烧瓶内装有质量和初温完全相同的煤油，瓶中铜丝和镍铬合金丝的长度、横截面积相同．下列选项正确的是（  ） A．甲图不能用来探究电流产生热量与电流大小的关系 B．乙图也可以用来探究电流产生的热量与电阻的关系 C．在乙图中，滑动变阻器仅起保护电路的作用 D．在甲图中，闭合开关一段时间后，B瓶中温度计的示数更高答案：D解析：A.甲图中只观察A（或B）分别做两次实验，保持液体初温和加热时间相同，用滑动变阻器改变电流大小，比较两次实验温度计示数的变化，可以探究导体产生热量与电流大小的关系；故A错误；B.乙图中，导体电阻不变，不能够探究电流产生的热量与电阻的关系；故B错误；C.乙图中，滑动变阻器起到保护电路和改变电路中电流的作用，故C错误；D.甲图中，因为B中导体电阻大于A中导体电阻，根据Q=I2Rt可知，电流和通电时间相同时，B中的镍铬合金丝产生的热量更多，温度计的示数更高，故D正确．4．判断电流通过导体产生的热量，下面公式选用正确的是（  ）  A．UItB．I2Rt C．D．前面三个都可以答案B解析：当电流通过导体做的功（电功）全部用来产生热量（电热），则有W=Q，可用计算电功的公式来计算Q．但是不管在什么情况下，电流通过导体产生的热量都可以用这个公式：Q=I2Rt，即焦耳定律来计算；5．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使用，电源电压不变，则烧开同样一壶水的时间是（  ） A．2.5minB．5minC．20minD．30min答案A解析：将电热丝对折后，电热丝长度变为原来的，横截面积变为原来的2倍，因此电阻变为原来的；电源电压U不变，烧开同样一壶水，水所吸收的热量Q不变，由Q=可知，烧水所用时间变为原来的为10min=2.5min．6．要使电热器在单位时间内供热减少一半，以下方法中正确的是（  ）A．电压不变，电阻增大到原来的2倍B．电阻丝不变，把通过它的电流减少一半C．保持电压不变，把电阻丝的电阻减小一半D．把电热器的电阻和加它两端的电压均减小四分之一答案A解析：A.由可得，电压不变，电阻增大到原来的2倍时，电流所做的功将变为原来的，故A正确； B.由W=I2Rt可得，电阻不变，通过导体的电流减少一半时，电流所做的功将变为原来的，故B错误；C.由可得，电压不变，电阻丝的电阻减半时，电流所做的功将变为原来的2倍，故C错误；D.由可得，电阻和电压均减半时，电流所做的功将变为原来的，故D错误．7．当一个电阻的阻值为R时，将它接在电路中通电一段时间，产生的热量为Q．如果要使它产生的热量为2Q，下列办法中可行的是（  ）A．将电压变为原来的2倍，通电时间变为原来的B．将电阻变为原来的2倍，通电时间变为原来的C．将电阻变为原来的，通电时间变为原来的2倍D．将电压变为原来的，电阻变为原来的2倍答案：A解析：A.将电压变为原来的2倍，通电时间变为原来的，由可知，产生的热量变为2Q，故A正确；B.将电阻变为原来的2倍，通电时间变为原来的，由可知，热量变为原来的四分之一，故B错误；C.将电阻变为原来的，通电时间变为原来的2倍，由可知，热量变为原来的4倍，故C错误； D.将电压变为原来的，电阻变为原来的2倍，由可知，热量变为原来的，故D错误；8．电熨斗通电一段时间后变得很烫，而连接电熨斗的导线却不怎么热，这主要是因为（  ）A．导线的绝缘皮隔热B．通过导线的电流小于通过电熨斗的电流C．导线散热比电熨斗快D．导线的电阻远小于电熨斗电热丝的电阻答案：D解析：电炉丝跟铜导线串联，通过它们的电流I和通电时间t相等∵Q=I2Rt，R电炉丝＞R导线，∴产生的热量：Q电炉丝＞Q导线，即相同时间内导线产生的热量小于电炉丝产生的热量，而与散热快慢、隔热效果无关，故D正确，ABC错误．9．小明家购买一台电饭煲，在使用时闻到橡胶的焦糊味，用手摸其电源线发现很热，而其它用电器仍正常工作，发生这一现象的原因可能是（  ） A．电压太高B．导线太粗C．导线太短D．导线太细答案：D解析：电饭锅与电源线串联，流过它们的电流和通电时间相等，由Q=I2Rt可知，电源线很热，说明电源线电阻产生的热量多，电源线电阻比较大．导体的电阻与导体材料.导体长度.导体横截面积有关，电饭锅电源线的材料、长度一定，电阻较大，是因为电源线横截面积太小，电源线太细造成的．10．下面不是利用电热的实例是（  ） A．用电饭锅煮饭B．用电熨斗熨衣服 C．电视机外壳有许多小孔D．用电热壶烧水答案C解析：电热既有有利的一面，也有有害的一面，利用电热的例子：A.电饭锅煮饭，B.用电熨斗熨衣服，D.用电热壶烧水；防止电热的例子：C.电视机上的散热孔。 11．如图所示，当开关闭合时，电路中的电流为1A，电压表V2的示数是l0V，定值电阻R的阻值为4Ω，电动机M的线圈电阻为1Ω，不计摩擦，下列说法正确的是（  ） A．电压表V1的示数为4V B．电路消耗的总功率是5W C．通电lmin电流通过电动机产生的热量是60J D．通电lmin电动机产生的机械能是360J答案：C解析：由电路图可知，定值电阻与电动机组成串联电路，电压表V测电源电压，电压表V1测电动机电压，（1）由可知，电阻R两端电压UR=IR=1A×4Ω=4V，电动机两端电压UM=U﹣UR=10V﹣4V=6V，则电压表V1示数是6V，故A错误；（2）电路消耗的总功率P=UI=10V×1A=10W，故B错误；（3）通电1min电动机产生的热量Q=I2RMt=（1A）2×1Ω×60s=60J，故C正确；（4）通电lmin电动机产生的机械能：W机械=UIt﹣Q=6V×1A×60s﹣60J=300J，故D错误．12．某同学家的1000W电炉子突然灭了，检查发现电炉丝烧断了，他把烧坏的地方剪掉一小段再接入电路，则电炉子1s内产生的热量将（  ） A．大于1000JB．小于1000JC．等于1000JD．无法确定答案：A解析：把电炉丝烧坏的地方剪掉一小段再接入电路，电炉丝的材料.横截面积不变而长度变短，导体电阻R变小，电源电压U不变，由可知，电炉子的电功率变大，大于1000W，由W=Pt可知，电炉子在1s内产生的热量大于1000J。13．有两条电阻丝，它们的电阻之比是2：1，把它们并联后接入电压为U的电路中，则在相等的时间里，它们放出的热量之比是（  ） A．1：2B．2：1C．1：4D．4：1 答案：A解析：并联电路电压U相等，两电阻丝并联在相等时间t内产生的热量之比：，故A正确；14．小伟用“热得快”烧开水结束后将插头从插座上拔下时发现插头有些烫手这可能是（  ）A．插头插脚间短路了B．插头插脚与插座金属片间接触不充分C．插座金属片间短路了D．插头插脚与插座金属片间有一处断路答案：B解析：A.如果插头插脚间短路，“热得快”将无法工作．此选项错误；B.插头与插脚金属片间接触不充分，面积较小，所以接头处电阻增大，由公式Q=I2Rt可知，电流I与时间t相同时，R越大，导体电阻产生的热量越多．此选项正确；C.如果插座金属片短路了，家庭电路的保险丝或空气开关将断开，所有用电器都无法工作．此选项错误；D.如果插头插脚与插座金属片间有一处断路，“热得快”中将没有电流通过，无法工作．此选项错误．二．填空题15．电炉丝热得发红，而跟它串联的导线却几乎不发热，这是因为通过它们的电流  （填“相等”或“不相等”），而导线的电阻比电炉丝的电阻  （填“小”或“大”）得多．答案：相等小解析：电炉在使用时，电炉丝和导线串联，由串联电路特点知：I电炉丝=I导线，通电时间t相同，根据Q=I2Rt，因为R电炉丝＞R导线，所以电流产生的热量：Q电炉丝＞Q导线，所以出现电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却几乎不发热的现象． 16．两个电热器的电阻之比是3：2，如果通过的电流强度相同，在相同的时间里，它们产生的热量之比是  ．两个电阻值相同的电热器，如果通过的电流强度之比为1：2，在相同时间里，它们产生的热量之比是  ．答案：3：21：4解析：（1）由题意可知，R1：R2=3：2，I1=I2，t1=t2，由Q=I2Rt可得，产生的热量之比：（2）由题意可知，R3=R4，I3：I4=1：2，t3=t4，由Q=I2Rt可得，产生的热量之比：17．某电热水壶正常工作时的电流为5A.电阻为42Ω．假设电热水壶正常工作时电能全部转化为水的内能，工作5min后，水吸收的热量为  J，此热量能把质量为1kg.温度为20℃的水加热到  ℃[水的比热容c水=4.2×103J/（kg•℃）]．答案：3.15×105J；95解析：电流产生的热量为：Q=I2Rt=（5A）2×42Ω×5×60s=3.15×105J由于全部转化，则水吸收的热量为：Q吸=Q=3.15×105J可得：75℃则水的末温为t=75℃+20℃=95℃。18．如图是研究“电流通过导体产生的热量和什么因素有关”的实验，通电一段时间后，由现象可判断电阻  产生的热量较多．在此实验中用到的物理科学方法是  （写出一种即可）． 答案：R2转换法解析：电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但液体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映，这种研究方法叫转换法；据图可知，两个电阻串联，即电流和通电时间相同，且R2所在的U型管中的液体高度差大，即说明R2产生的电热多；三．解答题19．小菲冬天取暖时发现：电暖器的电热丝热得发红，而与电热丝相连的导线却不怎么热．（1）如图是小菲进行实验探究的部分电路，甲.乙烧瓶中装有  相等初温相同的煤油，金属丝电阻分别为R甲.R乙，R甲＜R乙．通电一段时间后，发现乙烧瓶中温度计的示数大些．此现象说明：在  和  相同时，  越大，电流产生的热量越多，要使两烧瓶中煤油的温度升高得更快，滑动变阻器的滑片应向  滑动．答案：质量电流通电时间电阻A（2）小菲想用此装置探究水和煤油吸热能力，电路中必须满足的条件是  ．用温度计测量液体吸收热量后升高的温度值，并用钟表记录加热时间．实验数据记录如表．物质质量/g初始温度/℃加热时间/min最后温度/℃水6020645煤油6020668在此实验中，如果要使水和煤油的最后温度相同，就要给  加热更长的时间，此时水吸收的热量  （选填“大于”或“小于”或“等于”）食用油吸收的热量．通过实验可以得到不同的物质吸热能力不同，物质的这种特性用  这个物理量来描述． 答案：R甲=R乙水大于比热容解析：（1）这是研究电流产生的热量与电阻的关系的实验，使用了串联电路，使电流相等，为了比较产生的热量的多少，应使用相同的等质量的煤油来吸收热量．R甲.R乙电阻丝串联，通过的电流和通电时间相同，因为R甲＜R乙，电流通过R乙产生的热量多，因此乙瓶中的煤油温度上升的快，由此得出，当通过的电流和通电时间相同时，导体的电阻越大.电流产生的热量越多；由图知，滑片应向A移动时，滑动变阻器连入电路的电阻变小，通过导体的电流越大，电流产生的热量越多，煤油温度升高得更快。（2）在此实验中，电路中必须满足的条件是R甲=R乙，如果要使水和煤油的最后温度相同，就要给水加热更长的时间．因为选用相同的装置加热，所以加热时间长的吸收的热量多．即水吸收的热量大于煤油吸收的热量．通过实验可以得到不同的物质吸热能力不同，此实验中，水的吸热能力大于煤油的吸热能力，物质的这种特性用比热容这个物理量来描述．20．某同学用如图所示的装置研究“电流通过导体时产生的热量与导体电阻大小的关系”．图中两个烧瓶内盛有质量和温度都相同的煤油，温度计显示煤油的温度，两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，甲瓶中铜丝的电阻比乙瓶中镍铬合金丝的电阻小．（1）试验采用的是  的研究方法，试验的设计依据是电流的  效应．（2）闭合开关后，通过两段金属丝中的电流是  的．（选填“相等”或“不相等”）。（3）一段时间后，可以观察到甲瓶中温度计的示数  乙瓶中温度计的示数；（选填“大于”“等于”或“小于”）判断依据是 ．答案：控制变量热相等＜根据焦耳定律Q=I2Rt，在电流相同，通电时间相等的情况下，电阻值大的产生的热量多解析：电流产生的热量与电流大小.电阻大小和通电时间三个因素有关，对于多因素问题的探究我们都采用控制变量法；要研究电流通过导体时产生的热量与导体电阻大小的关系，必须保证前提是电流和通电时间都相同． 图中两电阻丝串联，所以通过它们的电流和通电时间相同．电流通过导体时会将电能转化成热，热量被煤油吸收后，温度就会上升，然后通过温度计的示数反映产生热量的多少．观察温度计的示数，发现甲瓶中的示数小于乙瓶中的示数，说明甲瓶中铜丝产生的热量比乙瓶中镍镉合金丝产生的热量少，从而得出在电流和通电时间相同的情况下，电阻大的产生的热量多．21．如图所示的电路中，电源电压U=3V，R1=2Ω，闭合开关后，电流表读数为0.5A，求：（1）R1在1min内产生的热量；（2）R2的阻值．答案：（1）R1在t=1min=60s内产生的热量：Q=I2R1t=（0.5A）2×2Ω×60s=30J；（2）由I=可知，电阻：R=R1+R2=6Ω，电阻R2的阻值：R2=R﹣R1=6Ω﹣2Ω=4Ω；解析：（1）R1在t=1min=60s内产生的热量：Q=I2R1t=（0.5A）2×2Ω×60s=30J；（2）由I=可知，电阻：R=R1+R2=6Ω，电阻R2的阻值：R2=R﹣R1=6Ω﹣2Ω=4Ω；22．有一个电动机接在电压为6V不变的电源上，用手捏住电动机不让它转动，电流为3A，松手后电动机稳定转动，电流为0.3A．求：（1）电动机转动时，每分钟线圈产生的热量；（2）电动机转动时的机械功率．答案：（1）10.8J（2）1.62W 解析：（1）因为，所以电动机线圈的电阻电动机转动时每分钟线圈产生的热量：Q=I2Rt=（0.3A）2×2Ω×60s=10.8J。（2）电动机总功率：P总=UI=6V×0.3A=1.8W线圈发热功率：P热=I2R=（0.3A）2×2Ω=0.18W输出的机械功率：P=P总﹣P热=1.8W﹣0.18W=1.62W23．如图所示的电路中，电源电压U=6V电阻R1=6Ω，电阻R2=4Ω，求：（1）只闭合S2，通电10s的时间内电流通过R2产生的电热是多少？（2）当三个开关处于何种状态时，整个电路消耗的电功率最大？此时的最大电功率为多少？答案：（1）14.4J（2）15W解析：（1）只闭合S2时，R1与R2串联，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，电路中的电流：I2==0.6A，通电10s的时间内电流通过R2产生的电热：Q2=I22R2t=（0.6A）2×4Ω×10s=14.4J；（2）当开关S1.S3闭合，S2断开时，两电阻并联，电路中的总电阻最小，由可知，电源的电压一定时电功率最大；因并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和，所以，电路中的总电阻： R=电路的最大总功率：．