15.4 探究焦耳定律----2024-2025学年沪粤版物理九年级上学期

2024—2025学年九年级上册物理沪粤版15.4 探究焦耳定律 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．小明想利用如图所示装置探究“电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系”．甲、乙、丙三个烧瓶内所盛煤油中都各自浸泡着一段电阻丝，阻值分别为、和，用插有温度计的橡胶塞封闭烧瓶，煤油中的电阻丝通过橡胶塞上的接线柱与电路相连，温度计可以测量煤油的温度，下列说法正确的是（） A．为实现实验目的，应将、和改为并联 B．甲、乙、丙三瓶中装入煤油的质量可以不相等 C．为实现实验目的，三个烧瓶内的电阻、、阻值应相等 D．实验中通过观察温度计示数变化来判断电流通过电阻丝产生热量的多少 2．小丽家的电风扇、电视机、煮奶器都标有“220V  100W”的字样，将它们分别接到220V的电源上，在相同时间内，电流通过它们产生热量最多的是（　　） A．电风扇 B．电视机 C．煮奶器 D．一样多 3．如图所示是探究“电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关”的实验装置。实验中通过观察U形管液面高度差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，下列研究实例采用研究方法与此相同的是（　　） A．探究电流与电压、电阻的关系 B．在探究不同物质吸热本领的实验中，用加热时间来反映物质吸收的热量 C．研究平面镜成像时，为了比较像与物体的大小，选用两只相同的蜡烛 D．研究光的传播时，引入“光线” 4．2019年3月，中国青年科学家曹原证实了石墨烯在特定条件下的超导性能，取得了国际超导科研领域的重大突破。利用石墨烯超导的零电阻特性进行远距离输电，将实现电能零耗损。其节能依据的原理是（　　） A．牛顿第一定律 B．帕斯卡定律 C．欧姆定律 D．焦耳定律 5．据《自然）杂志报道，科学家发现了一种可以在 15℃下实现超导的新材料，向创造没有电阻的高效电力系统迈出了重要一步。超导材料可以应用在（　　） A．输电导线 B．保险丝 C．电热毯 D．电熨斗 6．如图甲所示电路，电源电压保持不变，闭合开关S，滑动变阻器的滑片P从b端移到a端的过程中，电流表示数I与电压表示数U的关系如图乙所示。下列说法中（    ） ①电源电压为6V ②定值电阻R的阻值为5Ω ③滑动变阻器的最大阻值为10Ω ④滑片P在b端时，通电1min电阻R产生的热量为27J A．只有②③正确 B．只有①③正确 C．只有②③④正确 D．只有①②④正确 7．将一个“220V100W”的电动机、一个“220V100W”的电视机、一个“220V100W”的电热水袋同时接到220V的电源上，它们都正常工作，在相同的时间内，电流通过它们产生热量最多的是（　　） A．电动机 B．电视机 C．电热水袋 D．一样多 8．在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关“的实验中，某同学采用了如图甲乙所示的实验装置（两个透明容器中封闭着等量的空气）。下列说法正确的是（　　） ①图甲该装置只能探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系 ②U形管中液面高度的变化反映电阻丝产生热量的多少 ③图乙实验过程中右边透明容器中电阻丝电阻值应该等于5Ω ④图乙中左边透明容器中5Ω电阻丝中的电流比右边透明容器中5Ω电阻丝中的电流大2倍 A．只有①② B．只有②③ C．只有②③④ D．只有①②④ 9．探究焦耳定律的实验装置如图所示。通电前，A、B两个U形管的液面相平，接通电路，通过的电流分别为，电路接通一段时间后，下列说法正确的是（　　） A．，A管中的液面高度差较小 B．，A管中的液面高度差较大 C．，A管中的液面高度差较大 D．，A管中的液面高度差较小 10．电饭锅和电吹风的额定功率均为800W，在它们正常工作相同的时间下，下列说法正确的是（    ） A．电饭煲消耗电能多 B．电吹风消耗电能多 C．电流在电饭煲中发出的热量多 D．电流在电饭煲和电吹风中产生的热量一样多 11．“奋进”学习小组在学习了焦耳定律后，对如图所示的“探究电流通过导体产生的热量与导体电阻关系”的实验装置分析正确的是（　　） A．左边容器电阻丝中的电流比右边容器电阻丝中的电流大 B．可以用U形管中液面高度的变化反映电阻丝产生热量的多少 C．实验中左右两个容器中电阻丝两端的电压相等 D．通电时间相同时，两个容器中电阻丝产生的热量相同 12．如图甲，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，电源电压不变。闭合开关S后，滑片P从a端移到b端（　　） A．电源电压为2V B．定值电阻R1为10Ω C．R2消耗的最大功率为0.45W D．P在b端时，10s内R2产生热量12J 13．下列有关说法正确的是（    ） A．电路两端有电压，电路中一定有电流 B．影响电阻大小的因素是材料和长度 C．电动机工作时产热的多少可用Q=UIt计算 D．电功率是表示电流做功快慢的物理量 14．下列用电器工作时，电能转化的主要形式与电饭煲相同的是（　　） A．电风扇 B．电动车 C．电烤箱 D．日光灯 15．下列利用电流热效应工作的用电器是 A．电风扇 B．电饭锅 C．电视机 D．电脑 二、填空题 16．如图所示电路，闭合开关，标有“3V 3W”的小灯泡正常发光，电动机线圈的电阻为1Ω，通过线圈的电流为0.2A，则干路电流为 A，电路中消耗的电功率是 W，1min内电动机产生的热量是 J。 17．超导体的应用有十分诱人的前景。假如有一天，科学家研制出常温下的超导材料，那么 （选填“白炽灯”、“电风扇”或“电饭锅”）的效率可大大提高。 18．如表是小明家电饭煲铭牌，如图是电能表的部分信息，将电饭煲接在家庭电路中使用时，下列说法正确的是 。 额定电压 220V 频率 50Hz 额定功率 高挡 1800W 中挡 1200W 低挡 500W                          A．电饭煲是利用电流的磁效应工作的 B．电饭煲在中挡正常工作时电热丝阻值比低挡正常工作时大 C．关闭家中其它所有用电器，只将电饭煲接入电路中，通电，电能表指示灯闪烁48次，说明此时电饭煲处于高挡位工作状态 D．家中此时若只接入这个电饭煲用高温挡做饭，则不能再同时接入一个功率为2kW的空调 选择理由 。 19．小明家买了一台电烤箱，有高、中、低三个发热挡位，其发热功率P高∶P中∶P低=4∶2∶1，内部简化电路图如图所示，电源电压220V，只闭合开关S1时，电烤箱功率为1100W。 （1）电烤箱电路设计时绝对禁止同时闭合开关 ； （2）只闭合开关S1、S3，电烤箱处于 挡； （3）电阻丝R2的阻值为 Ω； （4）电烤箱处于低挡时，20min产生热量 J。    三、计算题 20．小亮家新买了一辆汽车，具有后视镜加热功能，如图甲所示。通过观察和研究，他了解到该功能有“高温”、“低温”和“关”三个挡位，根据气温、雨水和雨刮器使用情况自动切换，“高温”挡功率为36W，“低温”挡功率为24W。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。通过计算回答： （1）当座椅垫处于“高温”挡加热时，工作10分钟R1产生的热量是多少焦？ （2）电热丝R1和R2的阻值是多少？ （3）当处于“低温”挡加热时，电热丝R2的电功率是多少？    21．在如图所示的电路中，小灯泡L上标有“6V 3W”的字样，问： （1）当S1、S2开关闭合，S3断开时，灯L恰能正常发光，电流表的示数为2.5A，求电阻R的阻值？ （2）若电源电压保持不变，当开关S1、S2断开，S3闭合时，经过50s的时间，电流通过灯L所做的功是多少？ 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D C B D A C C B C C 题号 11 12 13 14 15 答案 B C D C B 1．D 【详解】C．探究“电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系”，应控制电流相等、通电时间相同、液体的质量相等，而电阻的大小不等，故C不符合题意； A．实验时应控制电流相同，所以和应串联，故A不符合题意； B．实验时应控制三瓶中煤油的质量相等，故B不符合题意； D．实验中，煤油吸热，温度会升高，通过观察温度计示数变化情况可以判断电流通过电阻丝产生热量的多少，温度计示数变化越大，说明电流产生的热量越多，故D符合题意． 2．C 【详解】额定电压下用电器的电功率和额定功率相等，所以，三种用电器的实际功率相等，由W=Pt可知，相同时间内三种用电器消耗的电能相等，因电视机将一部分电能转化为光能，电风扇中的电动机将电能大部分转化机械能，煮奶器将电能全部转化为内能，所以，产生热量最多的是煮奶器。故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 3．B 【详解】通过观察U形管液面高度差的变化反映密闭空气温度的变化，采用了转换法。 A．探究电流与电压、电阻的关系采用了控制变量法，故A不符合题意； B．在探究不同物质吸热本领的实验中，用加热时间来反映物质吸收的热量，采用了转换法，故B符合题意； C．研究平面镜成像时，为了比较像与物体的大小，选用两只相同的蜡烛，采用了等效替代法，故C不符合题意； D．研究光的传播时，引入“光线”，采用了模型法，故D不符合题意。 故选B。 4．D 【分析】利用超导进行远距离输电，因为超导体的电阻为零，根据焦耳定律公式可知，没有热量产生，即没有内能的损耗。 【详解】A．牛顿第一定律是指一切物体在不受力的情况下，将保持静止状态或匀速直线运动状态，与题无关，故A不符合题意； B．帕斯卡定律是指加在密闭液体上的压强，能够大小不变地由液体向各个方向传递，与题无关，故B错误； C．欧姆定律是指一段导体通过的电流跟加在导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比，与题无关，故C错误； D．焦耳定律是指一段导体产生的热量跟导体通过的电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟导体的通电时间成正比；所以当电阻为零时，导体没有热量产生，即电能零损坏，故D正确。 故选D。 5．A 【详解】A．超导体在通电过程中，电能没有损失，因此可以用输电导线，故A符合题意； BCD．超导体电阻为零欧姆，电流流过超导体时，不会发热，BCD都是利用的电流的热效应工作的，故BCD不符合题意。 故选A。 6．C 【详解】①②由图甲可知，定值电阻R与滑动变阻器RP串联，电流表测电路中的电流，电压表测定值电阻R两端的电压。当滑片P在a端时，RP连入电路的电阻为0，电路中只有R工作，则电压表示数最大且等于电源电压，由图乙可知，电源电压 此时电路中的电流，根据欧姆定律可得，定值电阻R的阻值 故①错误，②正确； ③④当滑片P在b端时，由图乙可知，R两端的电压，此时电路中的电流，根据串联电路的电压规律，RP两端电压 根据欧姆定律可得，滑动变阻器的最大阻值 通电1min电阻R产生的热量 故③④正确。综上，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 7．C 【详解】虽然三个用电器的功率相同，但电动机除了将电能转化为内能以外，还转化成了机械能，电视机将电能转化为内能外，还转化成了光能和声能，电热水袋将电能都转化为内能，因此相同的时间内，电流通过它们产生热量最多的是电热水壶。故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 8．B 【详解】①图甲中，两电阻不同，串联接入电路，电流相同，该装置能探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，还能探究电流通过导体产生的热量与时间的关系，故①错误； ②电阻丝产生热量的多少不易测量，可用U形管中液面高度的变化反映，故②正确； ③图乙实验过程中两侧容器中电流不同，电阻应相同，右边透明容器中电阻丝电阻值应该等于5Ω，故③正确； ④设右边透明容器上方10Ω电阻中电流为I，因为上方和下方电阻的电压相同，由欧姆定律可知下方5Ω电阻中电流为2I，则左边5Ω电阻中电流为3I，故④错误。 故选B。 9．C 【详解】由图可知，右侧两电阻丝并联后与左侧电阻丝串联，并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以；由可知，通电时间相同时 ，R1=R2=5Ω 所以左侧容器中电阻丝产生的热量较多，密闭空气吸收热量后，体积不变，压强变大，左侧容器内气体的压强与大气压的差值较大，故A管中的液面高度差较大。故ABD错误，C正确。 故选C。 10．C 【详解】AB．电放锅和电吹风的额定功率相同，它们正常工作时的实际功率相同，等于额定功率，由W=Pt可知，在相同的时间，消耗的电能一样多，故AB错误； CD．电饭锅属于电热器，它在工作时，主要将电能转化为内能，产生的热量较多；电吹风的主要部件是电热丝和电风扇，主要将电能转化为机械能和内能，产生的热量较少，故C正确，D错误。 故选C。 11．B 【详解】A．由图可知，两阻值不同的电阻丝串联，通过电阻丝的电流相同，即左边容器电阻丝中的电流等于右边容器电阻丝中的电流，故A错误； B．据实验装置可知，电流通过导体产生热量使容器中的空气受热膨胀，从而导致U形管中的液面会发生变化，虽然产生热量的多少不能直接观察，但可以通过U形管液面高度差的变化来反映，故B正确； C．由图可知，两阻值不同的电阻丝串联，根据串联电路电压之比等于电阻之比，左右两个容器中电阻丝阻值不同，所以两个电阻丝两端的电压不相等，故C错误； D．两电阻丝串联，电流相同，根据可知，由于图中右边容器的电阻丝阻值较大，在相同时间内，电流在右容器中产生的热量较多，B管液面上升得高，故D错误。 故选B。 12．C 【详解】AB．由图甲可知，R1与R2串联，电压表测R2两端的电压，电流表测电路中的电流。滑动变阻器接入电路中的电阻为0时，电路中的电流最大，由图可知I1=0.6A，根据欧姆定律可得，电源的电压为 U=I1R1=0.6A×R1 当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，电路中的电流最小，由图可知 I2=0.2A，U2=2V 串联电路中总电压等于各分电压之和，电源的电压为 U=I2R1+U2=0.2A×R1+2V 电源的电压不变，则有 0.6A×R1=0.2A×R1+2V 解得R1=5Ω，电源的电压为 U=0.6A×R1=0.6A×5Ω=3V 故AB错误； C．根据题意可知，R2消耗的电功率为 当 R2=R1=5Ω 时，R2消耗的电功率最大为 故C正确； D．P在b端时，10s内R2产生热量为 Q=W=U2I2t=2V×0.2A×10s=4J 故D错误。 故选C。 13．D 【分析】电压是形成电流的原因；电路中有电压且电路是通路，电路中才有电流．导体的电阻与导体的材料、长度、横截面积有关．电动机工作时产热多少克通过焦耳定律计算，即．电功率的物理意义是表示电流做功快慢的物理量． 【详解】A、电路两端有电压，电路中不一定有电流，还要看电路是否是通路；故A错误； B、导体的电阻与导体的材料、长度、横截面积有关．故B错误； C、电动机不属于纯电阻电路，故产热多少只能用计算．故C错误； D、电功率是表示电流做功快慢的物理量；故D正确； 故选D． 【点睛】此题考查电学的多个知识点，理解电压与电流的关系、明确影响电阻的诸多因素、理解电动机属于非纯电阻电路、理解电功率的意义；可解答此题． 14．C 【详解】电饭煲工作时，主要将电能转化为内能，属电热器。 A．电风扇主要将电能转化为机械能，不符合题意； B．电动车主要将电能转化为机械能，不符合题意； C．电烤箱主要将电能转化为内能，符合题意； D．日光灯主要是把电能转化成内能和光能，不符合题意。 15．B 【详解】A．电风扇利用电动机带动工作，利用了电流的磁效应，把电能转化为机械能，故A不符合题意． B．电饭锅利用了电流的热效应，将电能转化为内能，故B符合题意为答案． C．电视机是利用电能转化为声能、光能工作的，故C不符合题意． D．电脑是利用电能转化为声能、光能、内能、机械能工作的，不是电流的热效应，故D不符合题意． 点睛：利用热效应工作的电器特点是把电能主要转化成内能． 16． 1.2 3.6 2.4 【详解】[1]由电路图知，灯泡与电动机并联在电路中，闭合开关灯泡正常发光，电源电压为3V；由P=UI可得，灯泡正常工作的电流 由并联电路的电流特点可知，干路的电流 [2]电路中消耗的电功率 [3]1min内电动机产生的热量 17．电风扇 【详解】假如科学家已研制出常温下就能使用的超导体，超导材料的特点就是在温度很低时电阻为零。当电阻为零时用超导材料做电动机线圈可以减少电热损耗，也可用作输电导线等。所有利用电流热效应工作的电阻都不能用超导体制作。白炽灯和电饭锅中都是利用电流热效应工作的，电风扇中有线圈，若用超导体来做可减少电热的损耗，由此分析可知电风扇的效率可大大提高。 【点睛】本题主要考查学生对超导现象以及超导材料应用的了解和掌握，是一道基础题，超导体的电阻为零，不会放热，所以电能无法转化为内能。 18． C 见解析 【详解】[1][2]A．电饭煲工作时把电能转化为内能，是利用电流的热效应工作的，故A错误； B．由表格数据可知，电饭煲中挡时的功率为1200W，低挡时的功率为500W，且电饭煲正常工作时的电压不变，由可知，电饭煲在中挡正常工作时电热丝阻值比低挡正常工作时小，故B错误； C．表示电路中用电器每消耗的电能，电能表的指示灯闪烁1600次；指示灯闪烁48次时，电饭锅消耗的电能 电饭锅的电功率 电饭煲处于高挡位，故C正确； D．由电能表表盘参数可知电能表工作电压，电能表平时工作允许通过的最大电流为40A，电能表允许接入用电器的最大电功率 电饭煲高温挡功率、空调功率之和为 所以能再同时接入一个功率为2kW的空调，故D错误。 故选C。 19． S₂、S₃ 高 44 6.6×10⁵ 【详解】（1）[1]由图可知，应绝对禁止同时闭合开关S2和S3，否则会造成电源的短路，会损坏电源甚至烧坏导线的绝缘皮，引起火灾。 （2）[2]只闭合开关S1时，电路为R1的简单电路；只闭合开关S2时，两电阻串联；开关S1、S3闭合，S2断开时，两电阻并联；因为并联电路的总电阻小于各支路的电阻，串联电路中的总电阻大于各串联导体的电阻，电源电压一定，由可知，R1、R2并联时，电路中的电阻最小，电功率最大，电烤箱为高挡；R1、R2串联时，电路中的电阻最大，电功率最小，电烤箱为低挡；电路为R1的简单电路时，电烤箱为中挡；因此只闭合开关S1、S3时，两电阻并联，电烤箱处于高挡。 （3）[3]只闭合开关S1时，电路为R1的简单电路，电烤箱处于中挡，由题意可知，中挡时电烤箱功率P中=1100W，因为 P高∶P中∶P低=4∶2∶1 所以高挡时电烤箱功率 P高=2P中=2×1100W=2200W 低挡时电烤箱功率 由并联电路的特点可知，电阻丝R1高挡时的电功率与中挡时电功率相等，即高挡时电阻丝R1的电功率 P1=P中=1100W 因为电路的总功率等于各用电器功率之和，所以高挡时电阻丝R2的电功率 P2=P高-P1=2200W-1100W=1100W 电阻丝R2的阻值 （4）[4]电烤箱处于低挡时，20min产生热量 Q=W=P低t=550W×20×60s=6.6×105J 20．（1）21600J；（2）16Ω，8Ω；（3）8W 【详解】解：（1）由图乙可知，当座椅垫处于“高温”挡加热时，只有工作，则座椅垫工作10分钟产生的热量 （2）由可知，的阻值 由图乙可知，当座椅垫处于“低温”挡加热时，、串联，由可知，、的串联总电阻 根据串联电路的电阻特点可知，的阻值 （3）由可知，低温挡加热时电路中的电流 当座椅垫处于“低温”挡加热时，电热丝的电功率 答：（1）当座椅垫处于“高温”挡加热时，座椅垫工作10分钟产生的热量是21600J； （2）电热丝的阻值为，的阻值均为； （3）当座椅垫处于“低温”挡加热时，电热丝的电功率是8W。 21．（1）3Ω；（2）96J 【详解】解：（1）当开关S1、S2闭合，S3断开时，电阻R和电灯L组成并联电路，根据题意可得 U=UL=UR=6V 又因为 所以 IR=I-IL=2.5A-0.5A=2A 电阻R的阻值 （2）当开关S1、S2断开，S3闭合时，R和L组成串联电路，又因为 所以通过灯L的电流 则电流通过灯L所做的功 WL=I′2RLt=(0.4A）2×12Ω×50s=96J 答：（1）电阻R的阻值是3Ω； （2）电流通过灯L所做的功是96J。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$