15.4 焦耳定律-【通成学典】2026-2027学年九年级上册物理拔尖特训(沪粤版·新教材)

拔尖持训· 物理（沪粤版）九年级 15.4焦耳定律 自一阶·基础通关 融通新授知识，夯实双基 1.下列四种家用电器，主要利用电流热效应工作的是 () A.电暖气 B.电风扇 C.收音机 D.电冰箱 2.电炉中的电阻丝通电一段时间后变得很烫，而连接的导线却不怎么热，主要是 A.通过导线的电流小于通过电阻丝的电流 B.导线的绝热皮隔热 C.导线的电阻远小于电阻丝的电阻 D.导线散热比电阻丝快 3.下列电路设计中，相同时间内虚线框里R1、R2电阻丝产生总热量最多的是 W: WWWWM M wW R _-R-- A. B. C D. 4.如图所示是晨晨同学探究焦耳定律的实验装置，α、b为温度计，通过观察 知道产生热量的多少，已知R1=52,R2=102,这样设计的目的是探 究电流通过导体产生的热量与 大小的关系，在1min内R1和R2产生的 热量之比为 (第4题图) 扫二阶·素能攀升 强化运用能力，提升素能▲ 5.将规格都是“220V180W”的一台电冰箱、一台电风扇和一床电热毯，分别接入同一家庭电路 中，若通电时间相同，则下列说法正确的是 ( A.电冰箱产生的热量最多 B.电风扇产生的热量最多 C.电热毯产生的热量最多 D.三者产生的热量一样多 6.[2025安庆二模]将一理想的电流表接入如图所示的电路中，R1、R2、R为定值电阻，阻值分别为 102、202、302。当闭合开关后，电流表示数为0.3A,则 ( A.电源电压为18V B.流过R2的电流为0.3A C.电路消耗的总功率为3.6W D.10s内电流通过电阻R3产生的热量为2.7J R 10V 10V R R A 甲 丙 (第6题图) (第7题图) 7.如图所示，甲、乙、丙、丁四个相同容器里装有质量和初温相同的煤油，每个容器放入同种材料绕成 的发热线圈，其电阻R,=R3,R2=R4,R2=2R1,若同时通电，经过一段时间后这四个容器中的煤 油温度从低到高的顺序是 () A.甲、乙、丁、丙 B.丁、丙、乙、甲 C.甲、乙、丙、丁 D.丙、丁、乙、甲 94 第十五章电能与电功率 8.舒青境生活实践如图为一款电加热眼罩的内部结构，10根一样的具有发热、控温双重功能的 PTC加热丝与金属导线相连，其两端供电的电压恒为6V,正常工作时每根加热丝的电阻均为 1002。该电加热眼罩正常工作1min产生热量为 P R 属导 ① 5 (第8题图) (第9题图) (第10题图) 9.[2025东莞模拟]如图所示，当开关S闭合，甲、乙两表均为电压表时，两表示数之比U年：Uz= 3:1,则电阻R1：R2= ；当开关S断开，甲、乙两表均为电流表时，两表示数之比 I年：Iz= ,相同时间内R1、R2产生的热量之比Q1:Q2= 0 10.[2025宣城三模]如图所示电路中，电源电压为6V不变，M为一个玩具电动机，其线圈电阻为 12,闭合开关，当滑动变阻器接入电路中的电阻为52时，电动机转动，此时电压表示数为4V, 则1min内电流通过电动机产生的热量为 J。 11.如图所示的电路中，电源电压恒为10V,小灯泡的规格为“6V6W”。闭合开关S、S2,断开开关 S时，移动滑动变阻器的滑片，当R%-子R时，小灯泡恰好正常发光：保持滑片的位置不变，闭 合开关S、S,断开开关S2时，电流表的示数为2A。问： (1)定值电阻R,的阻值是多少？ (2)保持滑片的位置不变，当闭合开关S、S,,断开开关S2时，通电1min定值电阻R1产生的热 量是多少？ A (第11题图)》 三阶·思维拓展 深度探究创新，拓展思维 12.如图所示为某家用电热器内部电路的结构示意图，其中R1、R2为加热电阻丝(R,>R2)。电阻 丝有四种连接方式，可使电热器提供不同的发热功率，其中发热功率最大的连接方式为() R R, 220V 31 (第12题图) B 13.新情境生活实践严寒冬季，我国北方哨兵脚上穿有电热靴。一只靴内的加热电 路如图所示，电源电压恒定，S2为三挡旋钮开关（金属片M可分别拨至α、b、c al.c b WWWWwIWWWWW 处)，电阻丝R,、R2规格相同且阻值不变，b为电阻丝R,的中点。这只电热靴的 R 低温挡的功率为6W,则其中温挡和高温挡的功率分别为 ()(第13题图) A.8W 12W B.8 W 24 W C.12W18W D.12W24W ●“答案与解析”见P52 95U2_(18V)2,(18V)2 =50.4W R2102182 7.解：(1)只闭合开关S和S时，R,与L串联，电压表测 R,两端电压，已知电源电压U=6V,电压表示数为U,= 1V,则小灯泡两端电压U.=U-U,=6V-1V=5V,小 灯泡的额定电压为5V,故此时灯泡恰好正常发光，通过小 灯流的电流1，-是一号器-心1人指动变凤器接人电路 U1V 的阻值R,=一04A=2.50(2)断开S,闭合S和 S,R,与R2串联，电压表测R,两端电压，电流表示数为 Q4sA则电路点电阻R:=Q二=1250，R=R。 R,=12.52-2.52=102,变阻器R,的功率P,= (+K)iR=,R U 一，当滑动变阻器的阻值 -十4R R 等于R,的阻值时，滑动变阻器的功率最大，R,的最大功 U(6V)2 率P一1R:-4X10n=0.9W(3)只闭合开关S和 S,R,与R2串联，电压表测R,两端电压，电流表量程为 00.6A,变阻器R,的铭牌是“2021A”,故电路中最大 电流Ix=0.6A,此时变阻器接入电路的电阻最小，为 R1in一Imax =0-R2=。”6A一10D=0n,电压表的量程为 0~3V,故变阻器R,两端最大电压为U1ax=3V,此时变 阻器接人电路的电阻最大为Rmx,R2两端电压U2=U一 Ri max U=6V-3V=3V,根据串联分压规律，有：R U. -R张×100=100.故滑动变阻器 Uimg Rm-U: 接人电路的阻值取值范围是0~102 15.4焦耳定律 1.A电暖气工作时消耗电能，产生热量，将电能主要转化 为内能，利用了电流的热效应，故A符合题意；电风扇主要 部件是电动机、电冰箱的主要部件是压缩机，工作时消耗 电能，将电能主要转化为机械能，故B、D不符合题意；收音 机工作时消耗电能，利用扬声器发声，将电能主要转化为 机械能，故C不符合题意。 2.C电阻丝跟导线串联，通过它们的电流I和通电时间t 相等，故A错误；因为Q=IRt,R电阻丝>R线，所以产生的 热量Q电阻丝>Q导线，即相同时间内导线产生的热量小于电 阻丝产生的热量，而与散热快慢、隔热效果无关，故C正 确，BD错误。 3.D因为串联电路中电阻等于各分电阻之和，并联电路 中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和，所以两电阻串联 时电路中的总电阻最大，两电阻并联时电路中的总电阻最 小，因为Q:=W及，所以在相同的时间内放出的热量 最多的是D选项。 4.温度计升高的示数电阻1：2 〔解析)探究焦耳定律的实验装置，α、b为温度计，由转换 法可知，通过观察温度计升高的示数知道产生热量的多 少；装置中，两电阻串联，通过的电流和通电时间相同，而电 阻不同，故该装置用来探究电流热效应与电阻大小的关 系：根据Q=IRt可知，在电流和通电时间不变的条件下， 产生热量与电阻成正比，故在1min内R,和R,产生的热 量之比为52：102=1：2。 5.C三者规格相同，接入同一家庭电路中，若通电相同时 间，则三者消耗的电能相同。电冰箱与电风扇工作时，主要 将电能转化为机械能，产生的热量很小，电热毯工作时，主 要将电能转化为内能，产生的热量很多。 6.C由电路图可知，闭合开关后，R,与R串联，R2短 路，电流表测电路中的电流。根据串联电路的电阻规律和 欧姆定律可得，电源电压U=IR=I(R,+R)=0.3AX (102+302)=-12V,故A错误；由于R2被短路，因此流 过R2的电流为0A,故B错误；电路消耗的总功率P= UI=12V×0.3A=3.6W,故C正确；10s内电流通过电 阻R3产生的热量Q=IR3t=(0.3A)2×302×10s= 27J,故D错误。 7.A电阻R3、R,并联在电压为10V的电路中，因为 U R,=R,R2=R,R2=2R1,所以R,=2Rg,由Q数=Rt 可知，Q>Q1,甲和乙串联在电压为10V的电路中，总电 阻R危=R1+R2=1.5R2=1.5R1,它们放出的总热量 Q:一尺。，由此可知它们产生的总热量小于R,产生的热 量，即Q1>Q,Q1>Q2,甲、乙串联，它们各自产生的电流 相等，根据Q=IRt,电阻越大产生的热量越多，所以Q2> Q,所以Q>Q>Q2>Q,所以产生的热量由低到高的 顺序为甲、乙、丁、丙。 8.216 〔解析)由图可知，10根加热丝并联，根据并联电路特点可 知，每根加热丝两端的电压均为6V,通过每根加热丝的电 _V=6V=0.O6A,根据并联电路的特点可知，干 流I=R-1000 路的总电流I危=10I=10×0.06A=0.6A,该电加热眼罩 正常工作1min产生的热量Q=W=UI总t=6VX 0.6A×1×60s=216J. 9.2:12:31:2 〔解析)当开关S闭合，甲、乙两表为电压表时，两电阻串 联，甲测电源的电压，乙测R2两端的电压，可得U手 U,=U:U2=3:1,由串联电路的电压规律和分压原理可 得R,:R,-U,:U,U=3=2:1,当开关S断 U2 1 开，甲、乙两表为电流表时，两电阻并联，甲测通过R2的电 流，乙测干路电流，由并联电路的电流规律和分流原理可 得I,:I2=R2:R,=1:2,所以I:Iz=I2:I I 1,+121十2一3：由并联电路的电压规律知U,=U,= 22 U,I,:I2=1:2,由Q=W=Ut可得，相同时间内R,、R2 产生的热量之比Q,Q2=1:2。 10.9.6 〔解析)由图可知，闭合开关，电动机与滑动变阻器串联，电 流表测电路中的电流，电压表测电动机两端的电压。根据 串联电路的电压规律可得，滑动变阻器两端的电压U! U-UM=6V一4V=2V,通过滑动变阻器的电流I= U:_2V R52 =0.4A,根据串联电路的电流规律可知，通过电 动机的电流IM=I得=0.4A,1min内电流通过电动机产 生的热量Q=IMR线t=(0.4A)2×12X60s=9.6J。 11.解：(1)由图可知，闭合开关S、S,断开开关S,时，滑 动变阻器与小灯泡L串联。根据P=UⅡ可知，小灯泡正常 发光时的电流1，-是-合N-1A,因为小灯泡恰好正常 发光，所以此时电路中的电流I=I,=1A,根据串联电路 的电压规律可知，滑动变阻器两端的电压U=U一U, 10V一6V=4V,根据欧姆定律可得，此时滑动变阻器接入 电脂的电阻R。停X1n:因为R。号R,所以 R=R=之R,=之×4n=2n.闭合开关SS,断 开开关S。时，滑动变阻器与定值电阻R,串联，滑片位置 不变，此时电路中的电流'=2A,根据欧姆定律，电路的 U 10V 总电阻R危=7=2A =5Ω，根据丰联电路的电阻规律可 得，定值电阻R,的阻值R1=R一Rr=52-22=32 (2)通电1min,定值电阻R,产生的热量Q,='2R,t= (2A)2×32×1×60s=720J 12.D本题共有四种连接方式，四个挡位，分别是电路中 只有R,工作（选项C)、电路中只有R,工作（选项A)、两 电阻串联工作（选项B)、两电阻并联工作（选项D)。由公 武P一尺可知，当电源电压一定时，电阻R越小，发热功 越大，所以当两电阻并联时，电路的总电阻最小，发热功率 最大。 13.A如题图所示的电路中，设电源电压为U,R,、R2的 UUJ 阻值均为R,则根据P= R点 和题意可知：当S,闭合、S2拨 U 至a处时，PE=R=6w,尺=12w:S,拨至b处时。 U=12W=8w;S拨至c处时，P=尺= U P*=1.5R=1.5 12W。 专题特训十一多挡位电热器问题的 相关计算 1.1：5 C解析)由图可知，开关S接1时，R,与R2串联，电路的总 电阻较大；开关S接2时，电路为R,的简单电路，电路的 U 总电阻较小，根据P一R可知，开关S接1时，电路消耗的 电功率较小，电热饭盒处于低温挡；开关S接2时，电路消 耗的电功率较大，电热饭盒处于高温挡，根据Q=IRt= 尺可得，该电热饭盒分别在低温挡和高温挡正常工作相 同时间，产生的热量之比Q低：Q高=R高：R低=R,: (R1+R2)=R1:(R1+4R,)=1:5。 2.1.21×1041:9 〔解析)由图可知，当开关S、S均闭合时，电路中只有R, 工作，电煮锅正常工作20s,共产生的热量Q=IR,t= U2(220V) R ×20s=1.21×10J;再断开S,时，R1与 802 R2串联，根据串联电路的分压关系可得，电阻R,和R2两 端的电压之比U,:U2=R,:R2=802:7202=1：9。 3.解：(1)由表中参数知，电热饭盒的额定电压为220V, 高温挡功率为440W,由P=UI可得，高温挡时通过它的 电流1”告物y-2A2)由园可知，开关接2时， 电路为R2的简单电路，总电阻最小，电源电压不变，由 P发可知总功率最大，此时电热饭盒处于离温挡，由欧 期定律可得：R-号-义=100，开关夜1时，R与 R,串联，总电阻最大，总功率最小，此时电热饭盒处于低温 U2(220V)2 挡，所以低温挡的功率P低温一R,十R。-3740+100 100W(3)高温加热10min消耗的电能W=P高温t= 440WX10×60s=2.64×10J,则食物吸收的热量Qs= 7W=75%×2.64×105J=1.98×105J