焦耳定律电热同步练习 ---2024-2025学年人教版物理九年级上学期

焦耳定律、电热 一．选择题（共5题） 1．电炉丝与导线串联接到电路里，通电后电炉丝热得发红，而与之相连的导线却不怎么热，由焦耳定律可知，造成上述现象的主要原因是（　　） A．通过电炉丝的电流比导线的电流小得多 B．通过电炉丝的电流比导线的电流大得多 C．电炉丝的电阻比导线的电阻小得多 D．电炉丝的电阻比导线的电阻大得多 2．在探究电流产生的热量与什么因素有关时，小李设计了如图的实验装置。甲、乙两个透明容器中密封着等量的空气，里面各放有一根5Ω的电阻丝，其中乙容器将一个5Ω的电阻丝与容器内5Ω电阻丝并联，两个U形管中装有等量的水。把这个装置接入电源，利用这套装置可来探究电流产生热量（　　） A．与电压的关系 B．与电阻的关系 C．与电流的关系 D．与电能的关系 3．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，下列分析不正确的是（　　） A．实验应用了控制变量法和转换法 B．实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系 C．实验是为了研究电流产生的热量与电流大小的关系 D．实验通电一段时间后，右侧U形管中液面的高度差比左侧的小 4．如图所示是“探究在通电时间一定时，电流产生热量与哪些因素有关”的实验装置。下列关于此实验的一些描述，正确的是（　　） 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a容器连接的U形管液面高度差更明显 D．在乙图中，可得到结论：相同时间内，电流越大，容器内空气吸收热量越少 5．如图是探究电流通过导体时产生热量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，下列说法正确的是（　　） A．甲图通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差比右侧的大 B．乙图实验装置是为了探究电流产生的热量与电流大小的关系 C．乙图中左右两容器中电阻丝产生的热量之比是1：4 D．将乙图右侧密闭容器中的5Ω电阻换成10Ω，即可探究电流产生的热量与电阻的关系 二．多选题（共1题） （多选）6．如图所示是“探究电流通过导体时产生热量的多少与什么因素有关”的实验装置，两个透明容器中密闭着等量的空气，R1＝R2＝R3，当开关S闭合后，下列说法不正确的是（　　） A．该实验装置是探究电流通过电阻时产生的热量与电阻大小的关系 B．通电后，甲图透明容器中电阻丝增加的内能和空气内能增大方式是不相同的 C．通电一段时间后，右边U形管内液面的高度差比左边小 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放出热量的多少的 三．填空题（共2题） 7．如图是教材中的探究实验，甲图的实验结论是　 　，乙图的实验结论是　 　。 8．如图所示是探究电流通过导体产生热量大小关系的实验装置，实验中用U形管内液面的 　 　反映导体产生热量的多少。通电一段时间后，容器 　 　（选填“甲”或“乙”）内电阻丝产生的热量较多。 四．实验探究题（共2题） 9．为了探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”，小贺准备的实验器材有三个完全相同的烧瓶，瓶内装有质量和初温都相同的煤油，相同的温度计a、b、c，阻值为R1、R2、R3的电阻丝（R1＞R2＝R3），还有满足实验要求的电源、滑动变阻器、开关、导线。他连接了如图甲所示的电路进行实验，闭合开关一段时间后，温度计a、b的示数如图乙所示。根据实验过程及现象回答下列问题： （1）此实验是通过 　 　反映电流通过导体时产生的热量多少； （2）电流通过导体时产生的热量与电阻大小 　 　（选填“有关”或“无关”）； （3）小贺想探究“电流通过导体产生的热量与电流大小是否有关”，他连接了如图丙所示的电路。该电路 　 　（选填“能”或“不能”）完成探究任务，原因是 　 　。 10．某兴趣小组在做“探究电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关”的实验时，提出如下猜想： 猜想一：电流通过导体产生的热量可能与通过导体的电流有关； 猜想二：电流通过导体产生的热量可能与导体的电阻有关； 猜想三：电流通过导体产生的热量可能与通电时间有关。 他们利用如图所示的甲、乙、丙三个装置进行实验探究，三个装置的透明容器中各有一段电阻丝，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。请你完成下列内容： （1）为了探究猜想二，应选用图中 　 　两装置组合，并将它们 　 　联接到电源两端进行实验。 （2）选用图中甲、丙装置组合，串联接到电源两端进行实验，在通电时间相同的情况下，发现图甲装置U形管中液面高度变化大，由此可得到的结论是：在 　 　、　 　相同的情况下，通过导体的电流越 　 　，产生的热量越多。 （3）实验中通过观察U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，在研究许多物理问题时都会用到这种方法，下列实例采用的研究方法与此相同的是 　 　。（多项选择） A．探究电流与电压、电阻的关系 B．用铁屑显示磁体周围磁场分布 C．通过比较吸引大头针的数量来显示电磁铁磁性的强弱 五．计算题（共6题） 12．康康家有一台家用电水壶如图甲所示，他发现电水壶有加热和保温两种功能。图乙所示是其内部电路的简图，R1、R2均为加热电阻，R1的阻值为1100Ω，R2的阻值为60.5Ω。通过旋转旋钮开关可以实现加热和保温两种功能的切换。现把1kg的水从20℃加热到100℃，[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]求： （1）水需要吸收的热量； （2）不计热量损失，加热过程需要的时间。 13．将电热壶接到220V的家庭电路中，若壶内装有0.5kg的水，现用加热挡使水从25℃升高到100℃，加热效率为63%，已知c水＝4.2×103J/（kg•℃），求； （1）水吸收的热量； （2）该电热水壶消耗的电能是多少？ 14．小明的妈妈为奶奶买了一个电热足浴盆。其加热系统中加热电阻额定电压为220V，额定功率为1000W，小明帮奶奶泡脚时，向足浴盆中加入5kg初温为20℃的水，加热系统将水加热到40℃，用时8min，[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]求： （1）此加热过程中水吸收的热量是多少？ （2）足浴盆的加热效率是多少？ 15．额定功率为1000W的电热水壶正常工作时，把质量为1kg的水从10℃加热到100℃，用时420s。已知c水＝4.2×103J/（kg•℃），求： （1）水吸收的热量； （2）电热水壶的效率。 16．如图甲为一款陶瓷电煎药壶，其简化的工作电路如图乙所示，R1和R2均为电加热丝。它在开始工作时，先武火挡快速加热，当药液的温度达到98℃时，自动跳到文火挡慢熬，药液熬制一段时间后自动跳到保温挡防止药液烧干。电煎药壶正常工作时，武火快速加热功率为500W，文火慢熬功率为100W，某次煎药时药液的温度与电煎药壶工作时间的关系图像如图丙所示。 （1）分析图像可知，电煎药壶武火加热前半段时间的加热效率　 　后半段时间的加热效率；（选填“大于”、“等于”或“小于”） （2）画出电煎药壶处于文火挡的等效电路图； （3）求电煎药壶处于保温挡时的功率。 17．某品牌电热水壶的铭牌上标着如下表所示的数据。用此电热水壶加热水，壶中装入2kg水，将这部分水从20℃加热到100℃，在额定电压下需用时间为1000s。请计算： 热水壶容积 2.5L 额定电压 220V 加热时功率 800W 频率 50Hz （1）水吸收的热量是多少？[已知水的比热容c＝4.2×103J/（kg•℃）] （2）该电热水壶加热时的效率是多大？ 焦耳定律、电热 参考答案与试题解析 一．选择题（共5题） 1． 解：电炉在使用时，电炉丝和导线串联，在串联电路中，电路处处相等，即：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， 从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； 故选：D。 2． 解：两个相同的电阻串联在电路中，通电时间和电阻相同，当给其中一个并联一个电阻时，电阻的电流改变，探究电流产生热量跟电流关系。 通过实验可以得出结论：通过导体的电流越大，产生的热量越多。 故选：C。 3． 解：A、实验中控制电阻的阻值和通电时间相同，采用的是控制变量法，通过观察液面的高度来表示放热的多少，是转换法，故A正确； BC、右侧两电阻丝并联后与左侧电阻丝串联接入电路，并联电路干路电流等于各支路电流之和，所以通过左侧容器内电阻丝的电流大于通过右侧容器内电阻丝的电流，左右空气盒中电阻丝的电阻和通电时间相同，但通过电阻的电流不同，所以研究电流产生的热量与电流的关系，故B错误，C正确； D、由焦耳定律Q＝I2Rt可知左侧电阻产生热量多，则左侧容器内空气吸收的热量多，气体压强大，所以右侧U形管中液面的高度差比左侧的小，故D正确。 故选：B。 4． 解： A、在甲图中，两个电阻串联在电路中，通电时间和电流是相同的，电阻不同，故探究的是电流产生热量与电阻的关系；故A正确； B、在乙图中，容器内的电阻相同，通电时间相同，但电流是不同的，探究的是电流产生热量与电流的关系，故B错误； C、在甲图中，闭合开关一段时间后，阻值大的电阻产生的热量多，故b容器连接的U形管液面高度差更明显，故C错误； D、在乙图中，电阻相同，通电时间相同，但通过c中电阻的电流大，故c中电阻产生的热量多，则空气吸收的热量也多，故D错误。 故选：A。 5． 解：A.甲中两电阻串联，通过的电流和通电时间相同，而右侧电阻大，根据焦耳定律Q＝I2Rt可知右侧容器内电阻产生的热量多，根据转换法，右侧U形管中液面的高度差比左侧的大，故A不正确； B.乙图中右侧两电阻并联后再与左侧电阻串联，容器内两电阻大小相等，根据并联和串联电路电流的规律，通过左侧容器中电阻的电流大于通过右侧容器中电阻的电流，而通电时间相同，故乙图实验装置实验可以研究电流产生的热量与电流的关系，故B正确； C.乙图中，设通过左侧容器电阻的电流为I，由并联电路电压的规律及欧姆定律可知，通过两并联等值电阻的电流相等，由并联电路电流的规律可知，通过右侧容器内电阻的电流为0.5I，即通过左、右容器中电阻的电流之比为：2：1，根据Q＝I2Rt，可知在电阻和通电时间不变时，电阻产生的热量与电流的平方成正比，故乙图中左右两容器中相同时间电阻丝产生的热量之比为4：1，故C不正确。 D.将左边容器中的电阻丝换成10Ω的电阻丝后，左右容器中的电阻和电流都不同，没有控制好变量，所以不能探究电流产生的热量与电阻的关系，故D不正确。 故选：B。 二．多选题（共1题） 6． 解： A、装置中R2、R3并联后再与R1串联，通过R1的电流I1＝I2+I3，而I2＝I3，所以右边容器中通过R3的电流I3是左侧通过R1电流的一半，即是研究电流产生的热量与电流的关系，故A错误； B、通电后，甲图透明容器中电阻丝增加的内能是由于电流做功，电能转化为内能；空气内能增大是吸收了热量，是通过热传递的方法改变内能的，所以两种改变内能的方式是不相同的，故B正确； C、左右两容器中的电阻相同，而通过电阻R1的电流大于R2的电流，通电时间相同，由Q＝I2Rt可知，左边容器中的电阻产生的热量多，左边U形管内液面的高度差比右边U形管内液面的高度差大，故C正确； D、电流产生的热量不能用眼睛直接观察，对密封容器中空气加热，引起U形管中液面变化，通过液面高度差的变化来反映，是利用容器内气体的热胀冷缩来反映电阻放出热量的多少，故D错误。 故选：AD。 三．填空题（共2题） 7． 解：（1）装置中一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，即I右＝I左，两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知I右＝I1+I2，两电阻阻值相等，则支路中电流相等，I1＝I2，所以右边容器中的通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，由Q＝I2Rt可知，左边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快； 这表明：在相同时间内，电阻相同，电流越大，通过导体时产生的热量越多； （2）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，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，温度升得较快，这表明：在相同时间内，电流相同的情况下，电阻越大，电流通过导体时产生的热量越多； 故答案为：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多；在相同时间内，电流相同的情况下，电阻越大，电流通过导体时产生的热量越多。 8． 解：（1）电流通过导体发热后，对容器内空气热传递，使空气温度升高压强增大，从而使U形管两边液面出现高度差。导体发热越多，容器内空气温度越高，气体压强越大，U形管两边出现高度差越大。 （2）因为并联分流，所以乙瓶中电阻的电流小于甲瓶电阻电流。根据焦耳定律Q＝I2Rt；在电阻和通电时间一定时，通过导体的电流越大发热越多。 故答案为：高度差；甲。 四．实验探究题（共2题） 9． 解：（1）实验中通过观察温度计示数的变化来比较电流产生的热量的多少； （2）由图可知，两个电阻串联接入电路中，通过两个电阻的电流和通电时间相同，R1＞R2，温度计的示数不同，即电流放出的热量是不同的，所以电流通过电阻时产生的热量与电阻大小有关； （3）探究“电流通过电阻产生的热量与电流大小是否有关”时，应采用控制变量法，需要控制电阻相同，电流不同；根据图象可知，R2和R3并联接入电路中， R2和R3的电阻是相同的，由于其两端的电压相同，根据欧姆定律可知，通过两个电阻的电流也是相同的，所以无法完成实验探究。 故答案为：（1）温度计示数的变化；（2）有关；（3）不能；没有控制电流不同。 10． 解：（1）要研究电热与电阻的关系，选用甲和乙组合，将它们串联接到电源两端进行实验。目的是控制通过电阻的电流与通电时间相同，而电阻的阻值不同； （2）选用甲、丙组合，串联在电路中，此时右边丙的两个电阻并联后再与左边甲的电阻串联，由并联电路的电流特点可知通过乙容器中5Ω电阻的电流大于通过丙容器中5Ω电阻的电流，当在通电时间相同的情况下，发现乙装置U形管中液面高度变化大，可以得出的结论是：在电阻和通电时间相同时，通过导体的电流越大，产生的热量越多。 （3）实验中通过观察U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，这是转换法的应用； A．探究电流与电压、电阻的关系时，用到的方法是控制变量法，故A错误； B．用铁屑显示磁体周围磁场分布时，磁体周围磁场的强弱转化为吸引铁屑的多少，故B正确； C．通过比较吸引大头针的数量来显示电磁铁磁性的强弱，是转换法，故C正确。 故选：BC。 故答案为：（1）甲、乙；串；（2）导体的电阻；通电时间；大；（3）BC。 五．计算题（共6题） 12． 解：（1）水吸收的热量是：Q吸＝c水mΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（100℃﹣20℃）＝3.36×105J； （2）因为不计热量损失，所以电水壶消耗的电能：W＝Q吸＝3.36×105J， 当S闭合，旋转旋钮开关旋至1时，R1、R2串联；当S闭合，旋转旋钮开关旋至2时，电路为R2的简单电路； 因为串联电路中的总电阻大于各串联导体的电阻，所以由P＝UI＝可知，电路为R1的简单电路时，电路中的电阻最小，电功率最大，电水壶处于加热状态；R1、R2串联时，电路中的电阻最大，电功率最小，电水壶处于保温状态； 电水壶加热功率：P加热＝＝＝800W， 由P＝可知，加热时间：t＝＝＝420s。 答：（1）水需要吸收的热量为3.36×105J； （2）加热过程需要的时间为420s。 13． 解：（1）水吸收的热量Q吸＝c水m水Δt＝4.2×103J/（kg•℃）×0.5kg×（100℃﹣25℃）＝1.575×105J； （2）由η＝可得，该电热水壶消耗的电能 W＝＝＝2.5×105J； 答：（1）水吸收的热量为1.575×105J； （2）该电热水壶消耗的电能是2.5×105J。 14． 解：（1）此加热过程中水吸收的热量是：Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×5kg×（40℃﹣20℃）＝4.2×105J； （2）足浴盆消耗的电能：W＝Pt＝1000W×8×60s＝4.8×105J； 足浴盆的加热效率是：η＝＝×100%＝87.5%。 故答案为：（1）此加热过程中水吸收的热量是4.2×105J； （2）足浴盆的加热效率是87.5%。 15． 解：（1）水吸收的热量： Q＝c水mΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（100℃﹣10℃）＝3.78×105J； （2）电热水壶正常工作420s消耗的电能： W＝Pt＝1000W×420s＝4.2×105J； 电热水壶烧水的效率： η＝×100%＝＝90%。 答：（1）水吸收的热量为3.78×105J； （2）电热水壶烧水的效率为90%。 16． 解：（1）由图丙可知，电煎药壶武火加热前半段时间药液温度变化量Δt1＝48℃﹣18℃＝30℃，后半段时间药液温度变化量Δt2＝98℃﹣48℃＝40℃， 由Q吸＝cmΔt可知，电煎药壶武火加热时药液后半段时间吸收的热量多， 由P＝的变形式W＝Pt可知，电煎药壶武火加热时前后半段时间内消耗的电能相等， 由η＝×100%可知，电煎药壶武火加热前半段时间的加热效率小于后半段时间的加热效率； （2）由电路图可知，当开关S1接1、S2断开时R1与R2串联，当开关S1接2、S2断开时电路为R2的简单电路，当开关S1接2、S2闭合时R1与R2并联， 因串联电路中总电阻大于任何一个分电阻、并联电路中总电阻小于任何一个分电阻， 所以，当开关S1接2、S2闭合时电路的总电阻最小，当开关S1接1、S2断开时电路的总电阻最大， 电源的电压一定时，由P＝UI＝可知，当开关S1接2、S2闭合时，电路的总功率最大，电煎药壶处于武火挡； 同理可知，当开关S1接1、S2断开时，电煎药壶处于保温挡， 则当开关S1接2、S2断开时，电煎药壶处于文火挡，等效电路图如下图所示： （3）当开关S1接2、S2断开时，电路为R2的简单电路，电煎药壶处于文火挡， 则电加热丝R2的阻值：R2＝＝＝484Ω， 当开关S1接2、S2闭合时，R1与R2并联，电煎药壶处于武火挡， 因并联电路中各支路独立工作、互不影响，且电路的总功率等于各用电器功率之和， 所以，电加热丝R1的电功率：P1＝P武火﹣P文火＝500W﹣100W＝400W， 因并联电路中各支路两端的电压相等， 所以，电加热丝R1的阻值：R1＝＝＝121Ω， 当开关S1接1、S2断开时，R1与R2串联，电煎药壶处于保温挡， 电煎药壶处于保温挡时的功率：P保温＝＝＝＝80W。 答：（1）小于； （2）电煎药壶处于文火挡的等效电路图如上图所示； （3）电煎药壶处于保温挡时的功率为80W。 17． 解：（1）2kg水从20℃加热到100℃，水吸收的热量： Q吸＝c水m水（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×2kg×（100℃﹣20℃）＝6.72×105J； （2）由表中数据知，在额定电压下的功率为800W，故在额定电压下工作1000s消耗的电能为： W＝Pt＝800W×1000s＝8×105J； 该电热水壶加热时的效率是： η＝×100%＝×100%＝84%。 答：（1）水吸收的热量是6.72×105J； （2）该电热水壶加热时的效率是84%。 声明：试题解析著作权属所有，未经书面同意，不得复制发布日期：2024/11/18 15:22:51；用户：物理窦老师；邮箱：15022073490；学号：19147021 第1页（共1页） 学科网（北京）股份有限公司 $$