第十八章 第4节 焦耳定律-【众相原创】2024-2025学年九年级全一册物理分层练（人教版）广西专版

九全·第十八章 １１３　 　　　　 第４节　焦耳定律 一阶 基础巩固分点练 知识点１　电流的热效应 １．如图所示，下列日常生活中的用电器，利用电 流的热效应工作的是 （Ｃ） 知识点２　电热的利用与防止 ２．物理教材讨论了电流热效应的利用与危害，大 家要学会扬长避短。下列事例，属于防止电流 热效应产生危害的是 （Ｄ） 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 知识点３　焦耳定律 ３．用如图的装置探究“影响电流热效应的因素”， 电阻丝Ｒ１和 Ｒ２分别密封在两只完全相同的 烧瓶中，且Ｒ１＜Ｒ２，瓶中装有质量相等的煤油。 下列说法正确的是 （Ｃ） Ａ．该装置用来探究电流热效应与电流大小的 关系 Ｂ．闭合开关后，装 Ｒ１电阻丝的烧瓶中温度计 示数上升较快 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．观察实验现象可知：在其他条件相同时，电 阻越大产生的热量越少 ４．合格的电饭煲其电源线线芯一般都比较粗，根 据　焦耳　定律可知，一定时间内为避免导线 发热过多，应让导线的电阻尽量　小　一些。 ５．通过一根电阻丝的电流为２Ａ，通电１ｍｉｎ产生 了２．４×１０４Ｊ的热量，它的电阻是　１００　Ω。 ６．一台电动机正常工作时线圈两端的电压为 ３８０Ｖ，线圈的电阻为２Ω，线圈中通过的电流 为１０Ａ。这台电动机工作１ｓ产生的热量为 　２００　Ｊ。 ７．甲、乙两电热器的电阻之比为４∶３，通过的电流 之比为１∶２，通电时间之比为３∶２，则产生热量 之比为　１∶２　。 ８．额定功率为８００Ｗ的电热水壶正常工作时，将 质量为１ｋｇ、初温为２０℃的水烧开。已知外界 气压为一标准大气压，ｃ水＝４．２×１０ ３Ｊ／（ｋｇ·℃）， 不计热损失，求： （１）水吸收的热量； （２）加热所需要的时间。 解：（１）使水温由２０℃升高到１００℃，水需要 吸收热量 Ｑ吸 ＝ｃ水ｍΔｔ＝４．２×１０ ３Ｊ／（ｋｇ·℃）×１ｋｇ× （１００℃－２０℃）＝３．３６×１０５Ｊ； （２）不计热量损失，电热水壶消耗的电能等于 水吸收的热量，即Ｗ＝Ｑ吸 ＝３．３６×１０ ５Ｊ， 加热所需要的时间 ｔ＝ＷＰ＝ ３．３６×１０５Ｊ ８００Ｗ ＝４２０ｓ。 二阶 拓展提升综合练 ９．要使电热器在单位时间内产生的热量减小到 原来的一半，则应 （Ｃ） Ａ．电阻不变，使通过电热器的电流减小一半 Ｂ．电阻不变，使电热器两端的电压减小一半 Ｃ．电压不变，使电热器的电阻变为原来的２倍 Ｄ．电压不变，使电热器的电阻增大为原来的 槡２                                                  倍 　　　　 １１４　 众相原创 分层练· 广西物理（ＲＪ） １０．用粗细均匀的电热丝加热烧水，通电１０ｍｉｎ 可烧开一壶水，若将两根相同的电热丝串联 起来使用，电源电压不变，则烧开同样一壶水 的时间是 （Ｃ） Ａ．２．５ｍｉｎ　Ｂ．５ｍｉｎ　Ｃ．２０ｍｉｎ　Ｄ．３０ｍｉｎ １１．电动自行车有充电、行驶两种状态，局部电路 如图。断开开关Ｓ，利用充电插口对蓄电池充 电时，蓄电池相当于电路中的 　用电器　 （选填“电源”或“用电器”）。电动机正常工 作电压为３６Ｖ，线圈电阻为１．２Ω，通过电动 机线圈的电流为４Ａ，５ｍｉｎ内电流做功消耗 的电能转化的机械能为 　３７４４０　Ｊ。 １２．某半导体材料制成的热敏电阻，其阻值随温 度变化的关系如图甲所示。小明利用这种热 敏电阻设计了如图乙所示的电路，其中电热 丝的阻值为 ５０Ω，电源电压 ３６Ｖ。当环境 ２０℃时，电流表的示数是 　０．６　 Ａ，５ｓ内 电热丝产生的热量是　９０　 Ｊ；当电流表示数 为０．４５Ａ时，环境温度是　４０　℃。 甲 　　 乙 １３．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。 甲 　　 乙 （１）本实验通过Ｕ形管中　两侧液面高度差　 的变化来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　转换　法。 （２）甲实验表明，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）乙实验表明，在　电阻　相同、通电时间 相同的情况下，　电流　越大，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　二次方　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　。 １４．某一品牌的汽车座椅垫具有电加热功能，如 图甲所示，该座椅垫有“高温”、“低温”和 “关”三个挡位，“高温”挡时电路中的电流为 １．５Ａ，“低温”挡功率为２４Ｗ。该座椅垫加 热部分的电路简图如图乙所示，电源电压为 ２４Ｖ，Ｓ为挡位切换开关。Ｒ１和 Ｒ２为电热 丝。求： （１）电热丝Ｒ１的阻值； （２）处于“低温”挡加热时，通过座椅垫的 电流； （３）处于“低温”挡加热５ｍｉｎ电流通过Ｒ１产 生的热量。 甲 　　 乙 解：（１）由电路图知，开关Ｓ接高温挡位时，电 路为Ｒ１的基本电路， 根据Ｉ＝ＵＲ可得电热丝Ｒ１的阻值 Ｒ１＝ Ｕ Ｉ１ ＝２４Ｖ１．５Ａ＝１６Ω； （２）处于“低温”挡加热时， 通过座椅垫的电流Ｉ＝ Ｐ低 Ｕ＝ ２４Ｗ ２４Ｖ＝１Ａ， （３）处于“低温”挡加热５ｍｉｎ电流通过Ｒ１产 生的热量 Ｑ１＝Ｉ ２Ｒ１ｔ＝（１Ａ） ２ ×１６Ω×５×６０ｓ＝ ４８００Ｊ                                                    。 ３０　 （３）整个电路１０ｍｉｎ消耗的电能 Ｗ＝ＵＩｔ＝９Ｖ×０．６Ａ×１０×６０ｓ＝３２４０Ｊ。 三阶　核心素养情境练 １８．６０　４０ 第３节　测量小灯泡的电功率 一阶　基础巩固分点练 １．Ｃ　２．Ｄ　３．Ｂ　４．Ａ　５．ＡＢ　６．Ｂ　７．Ｂ 二阶　拓展提升综合练 ８．２．５　０．７５　９．（１）断开　最大　（２）滑动变阻器　Ａ　（３）Ａ　亮　（４）０．６２５　温度 １０．（１）如答图所示　（２）电流表使用前未调零　（３）Ｄ　（４）左　０．４　１ 　 三阶　核心素养情境练 １１．Ｃ 小专题培优１２　特殊方法测小灯泡的电功率 １．（１）Ｕ－Ｕ额　（３）Ｕ额 × Ｕ０ Ｒ０ 　２．（２）闭合开关Ｓ，断开Ｓ１，再闭合Ｓ２　（３）Ｕ额 × Ｕ－Ｕ额 Ｒ０ ３．（１）Ｕ额　（２）Ｓ、Ｓ１　（３） Ｕ１Ｕ额（Ｕ－Ｕ额） Ｒ０（Ｕ－Ｕ１） 　４．（２）Ｕ额　 Ｕ额 ２ Ｒ１ 　 ５．（１）Ｒ２　（２）Ｓ、Ｓ２　（３） Ｕ－Ｕ２ Ｕ２Ｒ０ Ｕ额 ２　６．（１） Ｕ额 Ｒ０ 　（２）Ｓ和 Ｓ１　（２）Ｕ额 ×（Ｉ－ Ｕ额 Ｒ０ ）　７．（３）Ｉ额（Ｉ－Ｉ额）Ｒ０ ８．（２）保持滑动变阻器Ｒ２的滑片位置不变，调节滑动变阻器Ｒ１的滑片　（３） Ｉ２１ Ｉ２ Ｕ 小专题培优１３　与用电器铭牌相关的电功率问题 １．Ｃ　２．Ｄ　３．Ｄ　４．Ｃ　５．Ｂ　６．Ｃ　７．Ｄ　８．Ｂ 小专题培优１４　与用电器铭牌相关的电功率问题 １．６　Ｒ２　【变式训练】＞　１∶２　４８　２．２　１０　１２０　３．Ｄ　４．３．５　５　０．７　５．ＡＣ　６．ＡＢ　７．ＡＣ　８．１０　电功率　０．３　０．９ ９．１０　３．６　１０．ＡＤ　１１．ＢＤ　１２．２０　６　１３．ＣＤ　１４．６０　８　０．２　【变式训练】ｂ　１５　６　１５．１０　５．６　４５ 小专题培优１５　电功率相关动态电路分析与计算 １．Ｃ　２．Ｃ　３．ＢＣ　４．Ｂ ５．解：（１）灯泡的电阻ＲＬ＝ Ｕ２Ｌ ＰＬ ＝（６Ｖ） ２ ６Ｗ ＝６Ω； （２）闭合开关Ｓ，灯泡和滑动变阻器串联，当滑动变阻器接入电路中的电阻为３Ω时，小灯泡正常发光，此时小灯泡两端的电压为 ６Ｖ，因为串联电路中电流处处相等，所以此时电路中的电流Ｉ＝ＩＬ＝ ＰＬ ＵＬ ＝６Ｗ６Ｖ＝１Ａ， 此时滑动变阻器两端的电压ＵＲ＝ＩＲ＝１Ａ×３Ω＝３Ｖ， 则电源电压Ｕ＝ＵＬ＋ＵＲ＝６Ｖ＋３Ｖ＝９Ｖ； （３）当滑动变阻器的滑片Ｐ移至某位置时，电压表的示数为１Ｖ， 不考虑温度对灯泡电阻的影响，此时电路中的电流Ｉ′＝ ＵＬ′ ＲＬ ＝１Ｖ６Ω ＝１６Ａ， 此时整个电路的电功率Ｐ总 ＝ＵＩ′＝９Ｖ× １ ６Ａ＝１．５Ｗ。 ６．Ｂ　７．Ａ　８．Ｄ　９．Ｃ １０．解：（１）当开关Ｓ１闭合，Ｓ２断开时，电路为Ｌ的简单电路，额定电压下灯泡正常发光，则电源电压Ｕ＝ＵＬ＝６Ｖ， 由Ｐ＝ＵＩ可得，小灯泡正常发光时的电流ＩＬ＝ ＰＬ ＵＬ ＝３Ｗ６Ｖ＝０．５Ａ； （２）当Ｓ１、Ｓ２都闭合时，电路的总功率Ｐ＝ＵＩ＝６Ｖ×０．６Ａ＝３．６Ｗ。 １１．解：（１）当开关Ｓ１、Ｓ２断开，Ｓ３闭合时，该电路为Ｒ１的简单电路，电流表测电路中的电流；此时电流表的示数为０．３Ａ，即电路中 的电流Ｉ１＝０．３Ａ，由Ｉ＝ Ｕ Ｒ可知， 电源电压Ｕ＝Ｕ１＝ＩＲ１＝０．３Ａ×１０Ω＝３Ｖ； （２）当开关Ｓ１断开，Ｓ２、Ｓ３闭合时，该电路为Ｒ１和Ｒ２的并联电路，电流表测干路中的电流； 由并联电路电阻的规律知，通过Ｒ２的电流Ｉ２＝Ｉ－Ｉ１＝０．４５Ａ－０．３Ａ＝０．１５Ａ， Ｒ２的阻值Ｒ２＝ Ｕ Ｉ２ ＝ ３Ｖ０．１５Ａ＝２０Ω； （３）当开关Ｓ１闭合，Ｓ２、Ｓ３断开时，两电阻串联，由串联电路电阻的规律和欧姆定律可知电路中的电流 Ｉ′＝ ＵＲ１＋Ｒ２ ＝ ３Ｖ１０Ω＋２０Ω ＝０．１Ａ， 通电１０ｓ电阻Ｒ１产生的热量Ｑ＝Ｉ′ ２Ｒ１ｔ＝（０．１Ａ） ２×１０Ω×１０ｓ＝１Ｊ。 １２．Ｂ　１３．Ｃ　１４．Ｄ １５．解：（１）由Ｐ＝ＵＩ可得，灯泡正常发光时的电流ＩＬ＝ ＰＬ ＵＬ ＝３Ｗ３Ｖ＝１Ａ； 由Ｉ＝ＵＲ可得，灯泡正常发光时的电阻ＲＬ＝ ＵＬ ＩＬ ＝３Ｖ１Ａ＝３Ω； （２）当Ｓ闭合，Ｓ１、Ｓ２都断开时，小灯泡Ｌ和滑动变阻器Ｒ１串联，因串联电路中各处的电流相等，且灯泡正常发光，所以，电路总 电阻Ｒ＝ＵＩＬ ＝１２Ｖ１Ａ＝１２Ω， 因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，滑动变阻器接入电路的电阻Ｒ１＝Ｒ－ＲＬ＝１２Ω－３Ω＝９Ω； （３）闭合Ｓ、Ｓ１、Ｓ２时，Ｒ１与Ｒ２并联，电流表测干路电流，因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，通过定值电阻Ｒ２的电流 Ｉ２＝ Ｕ Ｒ２ ＝１２Ｖ１２Ω ＝１Ａ， 调节滑动变阻器Ｒ１，使Ｒ１以最大功率工作时，干路电流为３Ａ， 因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以，通过滑动变阻器的电流Ｉ１＝Ｉ－Ｉ２＝３Ａ－１Ａ＝２Ａ， １ｍｉｎ内电流通过滑动变阻器做的功Ｗ＝ＵＩ１ｔ＝１２Ｖ×２Ａ×６０ｓ＝１４４０Ｊ。 小专题培优１６　电功率比值类计算 １．Ｃ　２．Ｄ　３．Ｄ　４．６　２∶３　５．５∶１　１∶４　６．４∶１　４０　７．２０　１２ 小专题培优１７　电功率极值、范围类计算 １．１　１２　２．１０　０．９　３．Ｄ　４．ＢＣＤ ５．解：（１）由Ｐ＝ＵＩ可知，小灯泡正常工作时的电流ＩＬ＝ ＰＬ ＵＬ ＝３Ｗ６Ｖ＝０．５Ａ； （２）当Ｓ２闭合，Ｓ１、Ｓ３断开时，小灯泡与滑动变阻器Ｒ２串联；要使灯泡正常发光，则此时电路中的电流Ｉ＝ＩＬ＝０．５Ａ， 由欧姆定律可知，此时电路中的总电阻Ｒ＝ＵＩ＝ １５Ｖ ０．５Ａ＝３０Ω， 灯泡的电阻ＲＬ＝ ＵＬ ＩＬ ＝６Ｖ０．５Ａ＝１２Ω， 根据串联电路的电阻特点可知，Ｒ２接入电路中的阻值Ｒ２＝Ｒ－ＲＬ＝３０Ω－１２Ω＝１８Ω； （３）当Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３都闭合时，Ｒ１、Ｒ２并联，小灯泡被短路；当滑动变阻器接入电路中的阻值最大时，电路中的总电阻最大，由 Ｐ＝ Ｕ２ Ｒ 可知，整个电路消耗的功率最小；此时Ｒ１的电功率Ｐ１＝ Ｕ２ Ｒ１ ＝（１５Ｖ） ２ １５Ω ＝１５Ｗ， Ｒ２的电功率Ｐ２＝ Ｕ２ Ｒ２大 ＝（１５Ｖ） ２ ３０Ω ＝７．５Ｗ， 则整个电路消耗的最小功率Ｐ＝Ｐ１＋Ｐ２＝１５Ｗ＋７．５Ｗ＝２２．５Ｗ。 ６．Ｃ　７．１５　１．２～２．４ ８．解：（１）由Ｐ＝ＵＩ可知，小灯泡正常发光时的电流ＩＬ＝ ＰＬ ＵＬ ＝３Ｗ６Ｖ＝０．５Ａ； （２）当Ｓ、Ｓ１、Ｓ２都闭合时，Ｌ被短路，该电路为Ｒ和Ｒ０的并联电路，电流表测干路的电流； 滑动变阻器滑到ｂ端时，其接入电路的阻值最大为Ｒ＝２０Ω， 已知Ｒ０＝８Ω，则电路总电阻Ｒ并 ＝ Ｒ×Ｒ０ Ｒ＋Ｒ０ ＝２０Ω×８Ω２０Ω＋８Ω ＝４０７Ω， 已知电流表示数为１．４Ａ，即干路电流Ｉ＝１．４Ａ，由Ｉ＝ＵＲ可知， 电源电压Ｕ＝ＩＲ并 ＝１．４Ａ× ４０ ７Ω＝８Ｖ； （３）当Ｓ闭合，Ｓ１、Ｓ２断开时，该电路为Ｌ和Ｒ的串联电路，电流表测电路中的电流； 已知灯泡的额定电流为０．５Ａ，滑动变阻器允许通过的最大电流为１Ａ，电流表所选量程为０～３Ａ， 因此在保证电路安全前提下，电路中的最大电流Ｉ大 ＝ＩＬ＝０．５Ａ， 则电路消耗的总功率的最大值Ｐ大 ＝Ｉ大Ｕ＝０．５Ａ×８Ｖ＝４Ｗ； 由Ｉ＝ＵＲ可知，小灯泡的电阻ＲＬ＝ ＵＬ ＩＬ ＝６Ｖ０．５Ａ＝１２Ω， 滑动变阻器滑到ｂ端时，其接入电路的阻值最大，此时电路消耗的功率最小为 Ｐ小 ＝ Ｕ２ ＲＬ＋Ｒ ＝ （８Ｖ） ２ １２Ω＋２０Ω ＝２Ｗ； 即电路消耗总功率的范围为２～４Ｗ。 第４节　焦耳定律 一阶　基础巩固分点练 １．Ｃ　２．Ｄ　３．Ｃ　４．焦耳　小　５．１００　６．２００　７．１∶２ ８．解：（１）使水温由２０℃升高到１００℃，水需要吸收热量 Ｑ吸 ＝ｃ水ｍΔｔ＝４．２×１０ ３Ｊ／（ｋｇ·℃）×１ｋｇ×（１００℃－２０℃）＝３．３６×１０５Ｊ； （２）不计热量损失，电热水壶消耗的电能等于水吸收的热量，即Ｗ＝Ｑ吸 ＝３．３６×１０ ５Ｊ， 加热所需要的时间ｔ＝ＷＰ＝ ３．３６×１０５Ｊ ８００Ｗ ＝４２０ｓ。 二阶　拓展提升综合练 ９．Ｃ　１０．Ｃ　１１．用电器　３７４４０　１２．０．６　９０　４０ １３．（１）两侧液面高度差　转换　（２）电流　电阻　（３）电阻　电流　（４）二次方　焦耳定律 １４．解：（１）由电路图知，开关Ｓ接高温挡位时，电路为Ｒ１的基本电路， 根据Ｉ＝ＵＲ可得电热丝Ｒ１的阻值Ｒ１＝ Ｕ Ｉ１ ＝２４Ｖ１．５Ａ＝１６Ω； （２）处于“低温”挡加热时，通过座椅垫的电流Ｉ＝ Ｐ低 Ｕ＝ ２４Ｗ ２４Ｖ＝１Ａ； （３）处于“低温”挡加热５ｍｉｎ电流通过Ｒ１产生的热量Ｑ１＝Ｉ ２Ｒ１ｔ＝（１Ａ） ２×１６Ω×５×６０ｓ＝４８００Ｊ。 小专题培优１８　多挡位家用电器相关判断及计算 １．保温　加热　２．低温　不能　３．低温　９９０　４．冷风　热风　５．低温　中温　高温 ６．解：（１）由题意可知当Ｓ、Ｓ１闭合时，电路处于高温挡；当Ｓ闭合，Ｓ１断开时，电路处于低温挡，故低温挡的电流Ｉ低 ＝ Ｕ Ｒ１ ＝５Ｖ１０Ω ＝０．５Ａ； （２）根据题意，当开关Ｓ、Ｓ１都闭合时，处于高温挡，总电流为１．５Ａ， 故 Ｒ１×Ｒ２ Ｒ１＋Ｒ２ ＝ＵＩ高 ，即 ５Ｖ １．５Ａ＝ １０Ω×Ｒ２ １０Ω＋Ｒ２ ，解得Ｒ２＝５Ω； （３）高温挡的功率Ｐ高 ＝ＵＩ高 ＝５Ｖ×１．５Ａ＝７．５Ｗ。 ７．解：（１）当开关Ｓ１断开，开关Ｓ２接Ａ时，Ｒ１、Ｒ２两电阻串联，此时为低温挡，根据欧姆定律可知，电路中的电流 Ｉ低 ＝ Ｕ Ｒ总 ＝ ＵＲ１＋Ｒ２ ＝ ２２０Ｖ１２１Ω＋５５Ω ＝１．２５Ａ； （２）当开关Ｓ１闭合，开关Ｓ２接Ａ时，只有电阻Ｒ１接入电路，此时为中温挡，空气炸锅处于中温挡时的功率 Ｐ＝Ｕ ２ Ｒ１ ＝（２２０Ｖ） ２ １２１Ω ＝４００Ｗ。 ８．解：（１）由电路图可知，开关Ｓ接触ｂ、ｃ两个触点时，电路为Ｒ１的基本电路，开关Ｓ接触ｃ、ｄ两个触点时，Ｒ１与Ｒ２并联，因并联电 路中总电阻小于任何一个分电阻，所以开关Ｓ接触ｂ、ｃ两个触点时总电阻大，开关Ｓ接触 ｃ、ｄ两个触点时总电阻小，由 Ｐ＝Ｕ ２ Ｒ可 知，开关Ｓ接触ｂ、ｃ两个触点时电热器处于低温挡，开关Ｓ接触ｃ、ｄ两个触点时电热器处于高温挡，根据Ｐ＝Ｕ ２ Ｒ可知，Ｒ１的电阻值 Ｒ１＝ Ｕ２ Ｐ低 ＝（２２０Ｖ） ２ ４４０Ｗ ＝１１０Ω； 因为Ｒ１＝２Ｒ２，所以Ｒ２的电阻值Ｒ２＝ １ ２Ｒ１＝ １ ２×１１０Ω＝５５Ω； （２）Ｒ２的电功率Ｐ２＝ Ｕ２ Ｒ２ ＝（２２０Ｖ） ２ ５５Ω ＝８８０Ｗ， 高温挡时的总功率Ｐ高 ＝Ｐ低 ＋Ｐ２＝４４０Ｗ＋８８０Ｗ＝１３２０Ｗ； （３）高温挡下工作７ｍｉｎ产生的热量Ｑ＝Ｗ＝Ｐ 高 ｔ＝１３２０Ｗ×７×６０ｓ＝５．５４４×１０５Ｊ， 若产生的热量全部被水吸收，则水吸收的热量Ｑ吸 ＝Ｑ＝５．５４４×１０ ５Ｊ， 根据Ｑ吸 ＝ｃｍΔｔ可知，水升高的温度Δｔ＝ Ｑ吸 ｃｍ＝ ５．５４４×１０５Ｊ ４．２×１０３Ｊ／（ｋｇ·℃）×２ｋｇ ＝６６℃， 理论上水的末温为４０℃＋６６℃＝１０６℃； 参考答案 参考答案 参考答案