15.4 焦耳定律（重难点专练）物理新教材沪粤版九年级上册

15.4 焦耳定律 ▌题型01 探究电流产生的热量与哪些因素有关 1.【答案】C 2.【答案】C 3.【答案】相等 电阻 4.【答案】电阻 150 5.【答案】(1) 通电时间 电阻 (2)小于 (3)C ▌题型02 焦耳定律相关计算 1.【答案】B 2.【答案】 3.【答案】(1)110Ω (2) 4.【答案】R2断路，242Ω 17.5 5.【答案】(1)10Ω (2)0.72A (3)40J 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 15.4 焦耳定律 题型01 探究电流产生的热量与哪些因素有关 题型02 焦耳定律相关计算 ▌题型01 探究电流产生的热量与哪些因素有关 1. 实验方法 转换法：通过观察U形管液面高度差（或温度计示数变化）来反映密闭空气盒内或锥形瓶内电阻丝产生热量的多少。 控制变量法： 探究与电阻关系：控制 、 相同，改变 。 探究与电流关系：控制 、 相同，改变 。 2. 实验装置与分析 (1) 探究热量与电阻的关系 连接方式：两不同阻值的电阻丝 串联 。 目的：保证通过两电阻的 电流 相等， 通电时间 相等。 现象：阻值大的电阻所在容器，U形管液面高度差更大或温度更高。 结论：在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越 多 。 (2) 探究热量与电流的关系 连接方式：一个电阻在干路，另一个相同的电阻在支路（或通过滑动变阻器改变电流进行两次实验）。通常采用右侧容器外并联一个电阻的方式，使通过左右容器内电阻的电流不同（ ）。 目的：保证两容器内 电阻 相等， 通电时间 相等，但 电流 不同。 现象：电流大的容器，U形管液面高度差更大或温度更高。 结论：在电阻和通电时间相同时，电流越大，产生的热量越 多 。 1．如图是探究“电流通过导体时产生热量多少跟什么因素有关”的实验装置，下列分析正确的是（     ） A．必须把甲、乙两图的实验装置接在电压相同的电源两端进行实验 B．甲图通电一段时间后，左侧形管中液面的高度差比右侧的大 C．通电后，乙图左右两个容器中的电阻产生的热量之比为4∶1 D．“电炉丝热得发红，而与它相连的导线却不怎么热”，这一现象应该用乙图的实验结论来解释 2．如图所示的装置中，两个完全相同的保温杯内装有质量、初温均相等的甲、乙液体，比热容分别为、，A、B为规格相同的温度计，为阻值不变的电热丝。闭合开关，通电一段时间，温度计A、B的示数分别为、。不考虑热损失且液体未达到沸点。下列说法正确的是（     ） A．若大于，则电流通过产生的热量大于电流通过产生的热量 B．若等于，大于，则电热丝的阻值小于的阻值 C．若电热丝的阻值大于电热丝的阻值，小于，则大于 D．若大于，电热丝的阻值大于的阻值，则小于 3．如题图所示：甲图装置通电时，通过电阻、的电流___________（选填“相等”或“不相等”），一段时间后右侧U形管中液面的高度差比左侧大，说明电流通过导体产生的热量跟___________有关；乙图装置通电一段时间，电流通过产生的热量与通过产生的热量之比为___________。 4．如图所示是探究电流通过导体产生热量跟什么因素有关的实验装置，图甲所示的装置是用来探究电流产生的热量与___________的关系，若通过R2的电流为0.5A，则1min内电流通过R2产生的热量为___________J；装置乙中电阻R3、R4产生的热量之比为___________。 5．如图所示，甲、乙两个完全相同的玻璃瓶内有阻值分别为、的电阻丝，瓶中插入温度计a、b； (1)利用此装置探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关时在两瓶中加入质量、初温都相同的煤油。此方案是探究电流和______相同时，电流通过电阻丝产生的热量与______大小的关系； (2)若在甲、乙两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体，且电阻丝的阻值相等，此方案就可以比较不同物质的吸热能力。若温度计a比温度计b温度升高得快，则甲、乙两瓶内液体的比热容关系是______ （填“大于”、“小于”或“等于”）； (3)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水，每个容器放入同种材料绕成的导电线圈，其电阻，若同时通电，经过一段时间后这四个容器中的水温从高到低的顺序是______。 A．甲、乙、丙、丁 B．丁、丙、乙、甲 C．丙、丁、乙、甲 D．甲、乙、丁、丙 ▌题型02 焦耳定律相关计算 1. 定律内容 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 。 2. 公式表达 ：热量，单位：焦耳（J） ：电流，单位：安培（A） ：电阻，单位：欧姆（ ） ：时间，单位：秒（s） 3. 适用范围 普遍适用：该公式适用于 任何 电路（无论是纯电阻还是非纯电阻）中计算电流产生的热量。 4. 多档位用电器的计算 许多电热器（如电饭锅、饮水机）有“高温档”和“低温档”。 判断依据：电源电压 不变，由 可知： 电阻小 功率大 高温 档（通常是两电阻并联，或只接入一个小电阻）。 电阻大 功率小 低温 档（通常是两电阻串联，或只接入一个大电阻）。 1．如图所示是某电吹风机的原理图，它有“热风”、“温热风”、 “冷风”和“停”四挡，R1与R2是电热丝（R1>R2）。图中S为“双刀四掷”开关，“双刀”在拨动时一起转向，从而实现各挡位间的转换。电吹风部分参数如下表所示，“温热风”挡的数值磨损，断开其它家用电器后将电吹风调至“温热风”挡，家用电子式电能表“3000imp/（kW·h） ”在2min内指示灯恰好闪烁了44次，不计电动机工作时的发热和超温保护器的电阻。下列结论中正确的是（　　） 吹热风功率（W） 900 吹温热风功率（W） 吹冷风功率（W） 20 额定电压（V） 220 ①开关拨到“1”位置，电吹风处于“温热风”挡 ②接“热风”挡上电热丝的阻值为55Ω ③接“温热风”挡时，电吹风每分钟工作产生的热量为2.64×104J ④接“温热风”挡时，电路中的总电流为2A A．①②③ B．②④ C．③④ D．②③④ 2．小明同学设计了具有“低温”“中温”和“高温”三个挡位的电加热器，其简化电路如图所示，已知电源电压不变，，则低温挡和中温挡的电流之比为___________；通电相同的时间，低温挡和高温挡产生的热量之比为___________。 3．为满足人们对健康饮食的追求，某品牌推出了一款新型电热饭盒，图中虚线内是电热饭盒内部的简化电路图，R1和R2均为电热丝，R1=374Ω，高温挡时功率为440W（阻值不随温度变化，部分参数如表所示）。求： 额定电压 220V 额定功率 低温挡 高温挡 440W (1)电阻R2的阻值 (2)高温挡工作5分钟，低温挡工作3分钟放出的总热量是多少？ 4．小明家新买了一个电热煎药壶。原本有高、中、低三挡功率。用了一段时间后发现低温挡不能工作、高温挡和中温挡发热相同。小明翻阅说明书查到电热煎药壶工作电路如图所示，说明书上还写着“高温挡400W、中温挡200W，低温挡100W”的字样，请说出故障情况及更换电阻的阻值______；此壶在高温挡工作______min可使体积为1L，初温为20℃的药液温度升高到100℃，（），，电热煎药壶的加热效率为80%）。 5．如图甲所示电路中，电源电压为不变，是定值电阻，由三段材料不同、横截面积相同的均匀导体、、制作而成，其中一段是铜丝，其电阻可忽略不计，剩余两段其阻值与自身长度成正比，是与良好接触并能移动的滑动触头。闭合开关，断开，将从端移到端时，电流表示数与P向左移动的距离的关系如图乙所示。问： (1)电阻的阻值是多少？ (2)当的值为时，电流表的示数是多少？ (3)当电压表的示数为时，在内电流通过产生的热量是多少？ 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 15.4 焦耳定律 题型01 探究电流产生的热量与哪些因素有关 题型02 焦耳定律相关计算 ▌题型01 探究电流产生的热量与哪些因素有关 1. 实验方法 转换法：通过观察U形管液面高度差（或温度计示数变化）来反映密闭空气盒内或锥形瓶内电阻丝产生热量的多少。 控制变量法： 探究与电阻关系：控制 、 相同，改变 。 探究与电流关系：控制 、 相同，改变 。 2. 实验装置与分析 (1) 探究热量与电阻的关系 连接方式：两不同阻值的电阻丝 串联 。 目的：保证通过两电阻的 电流 相等， 通电时间 相等。 现象：阻值大的电阻所在容器，U形管液面高度差更大或温度更高。 结论：在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越 多 。 (2) 探究热量与电流的关系 连接方式：一个电阻在干路，另一个相同的电阻在支路（或通过滑动变阻器改变电流进行两次实验）。通常采用右侧容器外并联一个电阻的方式，使通过左右容器内电阻的电流不同（ ）。 目的：保证两容器内 电阻 相等， 通电时间 相等，但 电流 不同。 现象：电流大的容器，U形管液面高度差更大或温度更高。 结论：在电阻和通电时间相同时，电流越大，产生的热量越 多 。 1．如图是探究“电流通过导体时产生热量多少跟什么因素有关”的实验装置，下列分析正确的是（     ） A．必须把甲、乙两图的实验装置接在电压相同的电源两端进行实验 B．甲图通电一段时间后，左侧形管中液面的高度差比右侧的大 C．通电后，乙图左右两个容器中的电阻产生的热量之比为4∶1 D．“电炉丝热得发红，而与它相连的导线却不怎么热”，这一现象应该用乙图的实验结论来解释 【答案】C 【详解】A． 甲图探究电流产生热量与电阻的关系，乙图探究电流产生热量与电流的关系，两实验装置无需接在电压相同的电源两端，故A错误； B． 甲图中两电阻串联，电流和通电时间相同，左边电阻产生的热量 右边电阻产生的热量 因为，所以，右侧U形管中液面的高度差比左侧的大，故B错误； C．乙图中左侧电阻在干路，电流为，右侧容器内电阻与外部电阻并联，通过右侧容器内电阻的电流为，，通电时间相同，，故C正确； D．电炉丝与导线串联，电流相同，通电时间相同，，由可知，应用甲图实验结论解释，故D错误。 故选C。 2．如图所示的装置中，两个完全相同的保温杯内装有质量、初温均相等的甲、乙液体，比热容分别为、，A、B为规格相同的温度计，为阻值不变的电热丝。闭合开关，通电一段时间，温度计A、B的示数分别为、。不考虑热损失且液体未达到沸点。下列说法正确的是（     ） A．若大于，则电流通过产生的热量大于电流通过产生的热量 B．若等于，大于，则电热丝的阻值小于的阻值 C．若电热丝的阻值大于电热丝的阻值，小于，则大于 D．若大于，电热丝的阻值大于的阻值，则小于 【答案】C 【分析】先判断电路连接方式，可知与串联，因此通过两个电热丝的电流和通电时间均相同；不考虑热损失，所以电流通过电热丝产生的热量全部被对应的液体吸收，即；根据焦耳定律判断电热丝产生热量的大小关系，再结合吸热公式分析物理量之间的关系。 【详解】由图可知，与串联，因此电路中电流、通电时间都相等；不考虑热损失，电热丝产生的热量全部被液体吸收，即 根据和可得 甲、乙质量相等，初温相同。 A．只能说明甲的温度变化更大，但甲、乙液体的比热容、未知，根据，无法确定甲、乙吸收热量的大小关系，即无法确定电流通过产生的热量与电流通过产生的热量的关系，故A错误； B．若，，则，根据，甲液体吸收的热量大于乙液体吸收的热量，即R1产生的热量更多；根据，R1、R2的电流、通电时间都相等时，，故B错误； C．根据 得 已知，即 ，即，因此，故C正确； D．根据 得 已知、，即， 无法确定和的大小，因此和大小无法确定。故D错误。 故选C。 3．如题图所示：甲图装置通电时，通过电阻、的电流___________（选填“相等”或“不相等”），一段时间后右侧U形管中液面的高度差比左侧大，说明电流通过导体产生的热量跟___________有关；乙图装置通电一段时间，电流通过产生的热量与通过产生的热量之比为___________。 【答案】 相等 电阻 【详解】甲图中和串联，根据串联电路电流特点，通过两个电阻的电流相等。 甲图中，电流大小、通电时间都相同，只有电阻阻值不同，电阻更大的右侧产热更多，U形管液面高度差更大，说明电流通过导体产生的热量和电阻有关。 乙图中，与并联后，再和串联，并联的、电阻阻值相等，均为，因此通过它们的电流相等；设通过的干路电流为，则通过的电流为。 根据焦耳定律，通电时间相同、，因此热量比，即热量之比为。 4．如图所示是探究电流通过导体产生热量跟什么因素有关的实验装置，图甲所示的装置是用来探究电流产生的热量与___________的关系，若通过R2的电流为0.5A，则1min内电流通过R2产生的热量为___________J；装置乙中电阻R3、R4产生的热量之比为___________。 【答案】 电阻 150 【详解】[1]由图甲可知，两个电阻串联，电流相同，通电时间也相同，电阻不同，故探究的是电流产生的热量与电阻的关系。 [2]1min内电流通过产生的热量为 [3]图乙中，与并联后，再与串联，由于与的阻值相同，通过的电流相同，则通过的电流为通过电流的2倍，电阻相同，根据可知，电阻、产生的热量之比为 5．如图所示，甲、乙两个完全相同的玻璃瓶内有阻值分别为、的电阻丝，瓶中插入温度计a、b； (1)利用此装置探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关时在两瓶中加入质量、初温都相同的煤油。此方案是探究电流和______相同时，电流通过电阻丝产生的热量与______大小的关系； (2)若在甲、乙两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体，且电阻丝的阻值相等，此方案就可以比较不同物质的吸热能力。若温度计a比温度计b温度升高得快，则甲、乙两瓶内液体的比热容关系是______ （填“大于”、“小于”或“等于”）； (3)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水，每个容器放入同种材料绕成的导电线圈，其电阻，若同时通电，经过一段时间后这四个容器中的水温从高到低的顺序是______。 A．甲、乙、丙、丁 B．丁、丙、乙、甲 C．丙、丁、乙、甲 D．甲、乙、丁、丙 【答案】(1) 通电时间 电阻 (2)小于 (3)C 【详解】（1）[1][2]如图所示，两电阻接在同一个电路，开关闭合，两电阻丝同时工作，产生热量，开关闭合，两电阻丝同时停止工作，故本实验中，两电阻丝通电时间相同，两电阻丝串联，通过电阻丝的电流相同，电阻的大小不同，故探究问题为当电流和通电时间相同时，电流通过电阻丝产生的热量与电阻大小的关系。 （2）电阻丝的阻值相等，相同的时间内放出的热量相同，相同的时间内两种液体吸收热量相同，现在质量相同，初温相同，温度计a比温度计b温度升高得快，即，根据可知，。 （3）通过甲、乙容器中电阻丝的电流为 甲容器电阻丝放出的热量为 乙容器电阻丝放出的热量为 丙容器电阻丝放出的热量为 丁容器电阻丝放出的热量为 四个容器中， 四个容器内，水的质量相同，初温相同，电阻丝放出的热量越多，水升高的温度越多，即 故C符合题意；ABD不符合题意。 故选C。 ▌题型02 焦耳定律相关计算 1. 定律内容 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 。 2. 公式表达 ：热量，单位：焦耳（J） ：电流，单位：安培（A） ：电阻，单位：欧姆（ ） ：时间，单位：秒（s） 3. 适用范围 普遍适用：该公式适用于 任何 电路（无论是纯电阻还是非纯电阻）中计算电流产生的热量。 4. 多档位用电器的计算 许多电热器（如电饭锅、饮水机）有“高温档”和“低温档”。 判断依据：电源电压 不变，由 可知： 电阻小 功率大 高温 档（通常是两电阻并联，或只接入一个小电阻）。 电阻大 功率小 低温 档（通常是两电阻串联，或只接入一个大电阻）。 1．如图所示是某电吹风机的原理图，它有“热风”、“温热风”、 “冷风”和“停”四挡，R1与R2是电热丝（R1>R2）。图中S为“双刀四掷”开关，“双刀”在拨动时一起转向，从而实现各挡位间的转换。电吹风部分参数如下表所示，“温热风”挡的数值磨损，断开其它家用电器后将电吹风调至“温热风”挡，家用电子式电能表“3000imp/（kW·h） ”在2min内指示灯恰好闪烁了44次，不计电动机工作时的发热和超温保护器的电阻。下列结论中正确的是（　　） 吹热风功率（W） 900 吹温热风功率（W） 吹冷风功率（W） 20 额定电压（V） 220 ①开关拨到“1”位置，电吹风处于“温热风”挡 ②接“热风”挡上电热丝的阻值为55Ω ③接“温热风”挡时，电吹风每分钟工作产生的热量为2.64×104J ④接“温热风”挡时，电路中的总电流为2A A．①②③ B．②④ C．③④ D．②③④ 【答案】B 【详解】①当开关拨到1位置时，接入电路的电热丝为R2，当开关拨到2位置时，此时接入电路的电热丝为R1，由于R1>R2，根据可知，开关拨到1位置时电热丝的热功率大于开关拨到2位置时的热功率，故开关拨到1位置时，电吹风机处于热风挡，故①错误； ②根据表格中数据可知电动机的功率为20W，当电吹风机处于热风挡时，电热丝R2的热功率 由于电动机与电热丝并联，且不考虑电动机和超温保护器的电阻，根据并联电路的电压特点可知电动机和电热丝两端的电压为220V，则电热丝R2的阻值 故②正确； ③④根据题意可求得2min内电吹风机处于温热风挡时消耗的电能 则电吹风机温热风挡的电功率 电路中的总电流 电热丝R1的热功率 则电吹风机每分钟产生的热量 故③错误，④正确。故选B。 2．小明同学设计了具有“低温”“中温”和“高温”三个挡位的电加热器，其简化电路如图所示，已知电源电压不变，，则低温挡和中温挡的电流之比为___________；通电相同的时间，低温挡和高温挡产生的热量之比为___________。 【答案】 【详解】[1]由题图可知，只闭合开关、时，为低温挡，只有接入电路；只闭合开关、时为中温挡，只有接入电路。由欧姆定律可知，低温挡和中温挡的电流之比为 [2]闭合开关、、时为高温挡，与并联接入电路，干路电流，根据欧姆定律，可求 由可知，通电相同的时间，低温挡和高温挡产生的热量之比为 3．为满足人们对健康饮食的追求，某品牌推出了一款新型电热饭盒，图中虚线内是电热饭盒内部的简化电路图，R1和R2均为电热丝，R1=374Ω，高温挡时功率为440W（阻值不随温度变化，部分参数如表所示）。求： 额定电压 220V 额定功率 低温挡 高温挡 440W (1)电阻R2的阻值 (2)高温挡工作5分钟，低温挡工作3分钟放出的总热量是多少？ 【答案】(1)110Ω (2) 【详解】（1）当开关接触1时， 与串联，根据串联电阻规律可知，此时总电阻较大，由可知，电路中的电功率较小，电热饭盒处于低温挡；由图乙可知，开关接触电2时，只有工作，此时电阻较小，由可知，电功率较大，电热饭盒处于高温挡；已知，高温挡功率，电源电压，根据，可得高温挡时电路的电阻的阻值 （2）当开关接触1时，与串联，总电阻 低温挡的功率 高温挡工作的时间 放出的热量 低温挡工作的时间 放出的热量 总热量 4．小明家新买了一个电热煎药壶。原本有高、中、低三挡功率。用了一段时间后发现低温挡不能工作、高温挡和中温挡发热相同。小明翻阅说明书查到电热煎药壶工作电路如图所示，说明书上还写着“高温挡400W、中温挡200W，低温挡100W”的字样，请说出故障情况及更换电阻的阻值______；此壶在高温挡工作______min可使体积为1L，初温为20℃的药液温度升高到100℃，（），，电热煎药壶的加热效率为80%）。 【答案】 R2断路，242Ω 17.5 【详解】根据题目现象：低温挡不能工作，高温挡和中温挡发热相同，可知发生断路，断路后，低温挡串联电路断开，无法工作；中温挡仍只有工作，高温挡也只有工作，符合现象；的阻值 药液质量 药液吸收热量 由效率，得消耗电能 由，高温挡功率，可得时间 5．如图甲所示电路中，电源电压为不变，是定值电阻，由三段材料不同、横截面积相同的均匀导体、、制作而成，其中一段是铜丝，其电阻可忽略不计，剩余两段其阻值与自身长度成正比，是与良好接触并能移动的滑动触头。闭合开关，断开，将从端移到端时，电流表示数与P向左移动的距离的关系如图乙所示。问： (1)电阻的阻值是多少？ (2)当的值为时，电流表的示数是多少？ (3)当电压表的示数为时，在内电流通过产生的热量是多少？ 【答案】(1)10Ω (2)0.72A (3)40J 【分析】分析图乙中各段对应的P所处区间，抓住电流不变时接入的电阻丝，结合欧姆定律求出该段电阻丝的阻值。 【详解】（1）闭合、断开时，与串联，电流表测电路电流，电压表测两端电压。当滑动触头P移到E端时，接入电路的电阻为0，此时电路电流最大，由图乙可知最大电流。电阻的阻值为 （2）由图乙可知x在区间时电流恒为0.6A，说明这段接入电阻不变，对应电阻可忽略的铜丝FG段，长度为 当P在G点（）时，接入的是EF段的全部电阻，电流为0.6A，总电阻 因此EF段总电阻 EF段长度为10cm。当时，P在EF上向左移动的距离为，EF段电阻与长度成正比，此时接入的EF段电阻为 电路总电阻 此时电路电流 电流表的示数为0.72A。 （3）电压表测两端电压，，则电路电流 串联电路总电压等于各用电器电压之和，因此两端电压 可得20s内产生的热量 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $