15.4 探究焦耳定律—沪粤版九年级物理上册检测

给我一个支点，可以撬起整个地球。——阿基米德

15.4 探究焦耳定律

知识点一、电流的热效应

1．下列用电器中，主要利用电流热效应工作的是（ ） A．电熨斗

B．笔记本电脑

C．手电筒

D．电视机

2．探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”时，两个相同的透明容器中密封着质量相等的空气，用电阻R1、R2对容器中的空气进行加热，如图所示。下列说法中正确的是（ ） ①该装置是探究电流产生的热量与电阻大小的关系 ②实验时通过装置中R1与R2的电流相同

③电流产生的热量越多，U形管内液面高度差越大

④通电一段时间后左右两边容器内电阻产生的热量之比是4∶1

A．只有①② B．只有②③ C．只有①④ D．只有③④

3．如图所示，两个透明容器中封闭着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。两个密闭容器中都有一段电阻丝。两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过它们的___________相同，通电一段时间后，发现容器___________所对应的U型管的高度差更大。实验中通过___________反映电阻丝产生热量多少，用到了物理学的转换法。

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知识点二、焦耳定律

4．甲、乙两段导体通电时间相同，甲的电阻是乙的5倍，甲、乙产生的热量之比是4∶5，则通过甲、乙两段导体的电流之比是（ ） A．2∶5

B．4∶25

C．5∶2

D．4∶1

5．电流通过导体时，通电导体产生的热量，跟导体的______成正比，电流的平方成正比，还跟通电时间成正比。这是英国物理家______通过多次实验研究发现的定律。

6．一个额定电压为6V的小型电动机正常工作时通过它的电流为0.5A，电动机线圈的电阻为1Ω，则电动机在10min内消耗的电能是______J，产生的热量是______J。

知识点三、电流热效率的应用

7．如图所示是小刚家使用的电热水壶，此电热水壶部分技术参数如下表。已知：电热水壶正常工作5min能烧开一壶水。则下列说法中正确的是（ ）

产品 电热水壶 额定电压 220V 经过大海的一番磨砺,卵石才变得更加美丽光滑。

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频率 50Hz 额定功率 1000W 容量 1.0L

A．此壶的电功率恒为1000W不变 B．此壶正常工作时，通过的电流大于5A C．此壶两端的电压越大，它消耗电功率越小 D．此壶正常工作烧开一壶水，电流产生热量为3×105J

8．一个在一定电压下使用的电热器。要使它在单位时间内产生的热量增加，可采取的办法是（ ） A．增大电阻

B．提高电压

C．减小电阻

D．降低电压

9．冬天常用的电暖气是利用电流的___________工作的。其发热元件正常工作时的电阻为1600Ω，接在家庭照明电路中正常工作1min产生的热量是___________J。 巩固练习

10．关于焦耳定律的理解与应用错误的是 （ ） A．

在电阻和通电时间一定时，电流通过导体产生的热量与导体中的电流成正比

B．电视机的后盖有许多孔是为了通风散热，防止过多的电热损坏用电器 C．对于长期停止使用的家用电器隔一段时间要通一次电，目的是利用电热驱潮 D．一个4Ω的定值电阻中通过0.5A的电流时，1min内产生的热量是60J

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11．在相等的时间内，电热丝甲比电热丝乙放出的热量多，则（ ） A．通过甲的电流一定比通过乙的电流大 B．甲两端的电压一定比乙两端的电压大 C．甲的电阻一定比乙大

D．甲消耗的电功率一定比乙消耗的电功率大

12．已知一台直流电动机两端的电压为6V，通过电动机的电流为2A，线圈的电阻为0.5Ω．则在1min内电动机消耗的电能及产生的热量分别为 A．720J、720J C．720J、600J

B．720J、120J D．600J、120J

13．将白炽灯泡L1“3V 1.2W”和白炽灯泡L2“3V 0.6W”并联接在3V的电路中，通电1min，则两灯泡产生的总焦耳热__________J。

14．如图所示装置是用来探究通电时间相同时，电流通过导体产生的热量跟_____的关系．若通过甲容器内电阻的电流为1A，通电3min甲容器内电阻产生的热量为_____J；若将乙容器外的电阻放入乙容器内，该装置可用来探究通电时间相同时，电流通过导体产生的热量跟_____的关系．

15．如图所示，甲、乙两个透明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。用该装置探究电热与电流的关系，则乙容器中的电阻丝R2______，通电一定时间，观察到甲容器U形管的液面高度差较大，R1与R2产生的热量之比为______；不改变电路的连接方式，将R3也放入乙容器中，通电一定时间，______（选填“甲”或“乙”）容器U形管的液面高度差较大。

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16．一直流电动机的线圈电阻是4.4Ω，把它接在220V的电压时，通过线圈的电流是5A，这时电动机消耗的功率为___________W，2min内电动机线圈产生的热量___________J。

17．如图所示，电源电压为4.5V不变，小灯泡的额定电压为2.5V，R1=10Ω。闭合开关S1、S2，将滑动变阻器R2的滑片滑到最左端时，小灯泡正常发光，小灯泡的额定功率为______W。通电5min，电阻R1产生的热量为______J。只闭合开关S1，滑动变阻器R2的滑片从最左端滑到最右端，电压表示数从1.5V变化到3V，滑动变阻器R2的最大阻值为______Ω。

18．如图甲所示，是“探究电流通过电阻产生的热量与哪些因素有关”的实验装置。

实验次数 I/A t/s R/ t/℃ 经过大海的一番磨砺,卵石才变得更加美丽光滑。

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1 0.3 30 10 15 2 0.6 30 10 60 (1)实验中通过观察___________了解电阻产生热量的多少；

(2)闭合开关，通电30s，观察记录烧瓶内液体的初温和末温，计算出液体温度升高量

t填入表中，

然后移动滑动变阻器滑片改变电流大小，重复上述操作，获得第二组数据（见上表），分析实验数据得出：电流产生热量的多少与___________有关；

(3)探究电流通过电阻产生热量与电阻的关系，应该选择乙图中___________（选填“A”或“B”）烧瓶中的电阻与甲图中的烧瓶电阻___________（选填“串联”或“并联”）进行实验。 19．龙龙家新买了一个电吹风，他想研究一下电吹风的工作原理。如图甲，电吹风工作时，可以分别吹出热风和冷风，为了防止温度过高，用一个PTC电阻R0与电阻为45Ω的电热丝R串联，R0的阻值随温度的变化如图乙所示，请回答下列问题： (1)PTC电阻是由______材料制成的；

(2)电吹风吹热风时，求电热丝的最大发热功率______；

(3)电吹风吹冷风时，通过电动机的电流为1A，工作20s，电动机的机械效率为80%，求：电动机线圈电阻______。（不计机械摩擦损耗的能量）

20．在综合实践活动中，小明设计了一种电热饮水机电路，如图甲所示，R1和R2均为电热丝，S2是自动控制开关，可实现“低挡”、“高挡”之间的转换，饮水机工作时功率随时间的关系图像如图乙所示。求：

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(1) 30min内电路消耗的总电能； (2)饮水机工作时，通过电阻R1的电流； (3)电阻R2的阻值。

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参考答案

1．A 【详解】

电熨斗主要将电能转化成内能，利用了电流的热效应；笔记本电脑、电视机将电能转化为光能、声能，手电筒将电能转化为光能，均不利用电流的热效应。 故选A。 2．D 【详解】

①②由图可知，R2、R3并联后再与R1串联在电路中，根据并联电路的电流特点可知，通过R1、R2的电流是不同的，电阻相同，通电时间相同，所以该装置是探究电流产生的热量与电流大小的关系，故①②错误；

③电流产生的热量越多，空气吸收的热量越多，温度越高，气体膨胀程度越大，则U形管内液面高度差越大，故③正确；

④右侧两个5Ω的电阻并联后再与左侧的5Ω的电阻串联，根据并联电路的电流特点可知，通过左侧

2电阻的电流等于通过右侧容器中电阻的电流的2倍，根据公式QIRt可知，通电后，甲图中左、

右电阻产生的热量之比是4∶1，故④正确。 故选D。

3．电流 乙 比较U形管中液面高度差 【详解】

[1]两容器中的电阻丝串联，根据串联电路电流的特点知，通过两电阻的电流相同。

[2]由图知，甲的电阻值小于乙的电阻值，由QI2Rt知，电阻大的产生的热量多，故容器乙所对应的U型管的高度差更大。

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[3]实验中通过比较U形管中液面高度差反映电阻丝产生热量多少，用到了物理学的转换法。 4．A 【分析】

根据焦耳定律Q=I2Rt的推导公式进行计算。 【详解】

根据焦耳定律Q=I2Rt可知

IQ Rt则通过甲、乙两段导体的电流之比

I甲:I乙Q甲Q甲R乙Q乙41:2:5 R甲tR乙tQ乙R甲55故选A。

5．电阻 焦耳 【详解】

[1][2]英国物理学家焦耳做了大量的实验于1840年最先精确地确定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。 6．1800 150 【详解】

[1]电动机在10min内消耗的电能是

WPtUIt6V0.5A1060s1800J

[2]线圈产生的热量为

WI2Rt(0.5A)21Ω1060s150J

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7．D 【详解】

A．在额定电压下此壶的电功率才是1000W，在其他电压下，它的电功率不是额定功率，A错误； B．此壶正常工作时，它的电流是额定电流，它的功率是额定功率，它的电压是额定电压，所以通过的电流

I通过的电流小于5A，B错误；

P1000W4.5A5A U220VU2C．在电热水壶电阻不变情况下，根据P可知，此壶两端的电压越大，它消耗电功率也越大，

RC错误；

D．此壶正常工作烧开一壶水，需要的时间是5min，其功率是1000W，电流产生热量

QWPt1000W560s3105J

电流产生的热量是3×105J，D正确。 故选D。 8．C 【详解】

U2电热器在一定电压下使用，由QWt知，要使它在单位时间内产生热量增加，应减小它的电

R阻，故ABD错误，C正确。 故选C。

9．热效应 1815 【详解】

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[1]冬天常用的电暖气是利用电流的热效应来工作的。

[2]在家庭照明电路中正常工作1min，其发热元件产生的热量是

U2(220V)2Qt60s1815J

R160010．A 【详解】

A．根据QI2Rt可知，在电阻和通电时间一定时，电流通过导体产生的热量与导体中的电流的平方成正比，故A错误，A符合题意；

B．电视机的后盖有很多孔，是为了通风散热，防止热量聚集到一定程度烧坏某些元件，故B正确，B不符合题意；

C．用电器长时间停止使用，隔一段时间要通电，这样做的目的是利用电热来驱潮，故C正确，C不符合题意；

D．一个4Ω的定值电阻中通过0.5A的电流时，1min内产生的热量是

QI2Rt(0.5A)24Ω60s60J

故D正确，D不符合题意。 故选A。 11．D 【分析】

电功率就是表示电流做功快慢的物理量，其大小取决于单位时间内电流做的功的多少，与导体两端的电压、通过的电流、本身的阻值都有关；结合控制变量法可得结论。 【详解】

电热丝通电后放出热量，其增加的内能由电能转化而来；由QWPt可知：在相同时间内产生热

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量多，就意味着单位时间内电流做的功多，则甲消耗的电功率一定比乙消耗的电功率大，而功率的大小可能与导体两端的电压、通过的电流、本身的阻值有关；所以无法比较电热丝甲与电热丝乙两端的电压、通过的电流、本身的阻值大小。 故选D。 12．B 【解析】

电动机正常工作时其电路是非纯电阻电路，根据焦耳定律，电动机产生的热量： QI2Rt2A0.560s120J?电动机消耗的电能为W=UIt=6V×2A×60s=720J， 故B正确，选项ACD错误． 答案为B，

点睛：在电动机工作时，电能转化为机械能和内能，内能的大小由焦耳定律QIRt计算，机械能由能量守恒求解． 13．108 【详解】

两灯泡并联接在3V的电路中，由并联电路的电压特点可知，此时两灯的电压均为3V，因灯泡在额定电压下才能正常发光，所以，两个都能正常发光，通电1min，则两灯泡产生的总焦耳热

Q=W=Pt=(1.2W+0.6W)×60s=108J

14．电流 900 电阻 【详解】

[1]由图可知，装置中两个5Ω的电阻并联后再与一个5Ω的电阻串联，根据串、并联电路的电流特点可知，右边两个电阻的总电流等于通过左边容器中电阻的电流，即两容器中电阻的阻值相同（均为

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5Ω），但通过它们的电流不同，所以这是探究电流产生热量与电流的关系； [2]通电3min，电流通过甲电阻产生的热量：

Q＝I2Rt＝（1A）2×5Ω×3×60s＝900J；

[3]右侧电阻丝与容器外电阻并联后再与左侧电阻丝串联，左电流大小等于右侧电阻丝与容器外电阻的电流之和，如将容器外的电阻也放入右侧容器中，由于电流相等，电阻不同，实验装置探究电流产生热量与电阻的关系． 15．5 4：1 甲 【详解】

[1]根据控制变量法思想，用该装置探究电热与电流的关系，则乙容器中的电阻丝

R2R15Ω

[2]通电一定时间，观察到甲容器U形管的液面高度差较大，R1与R2产生的热量之比为

Q1I12R1tI12R1t24 Q2I2R2t(1I)2Rt112[3]不改变电路的连接方式，将R3也放入乙容器中，R2与R3电阻相同，支路通过的电流也相同，通电一定时间后

Q1I12R1tI12R1t22 Q22I2R2t2(1I)2Rt112则甲容器U形管的液面高度差较大。 16．1100 13200 【详解】

[1]电动机消耗的功率为

PUI220V5A1100W

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[2]2min内电动机线圈产生的热量为

QI2Rt(5A)24.4Ω260s13200J

17．0.5 120 10 【详解】

[1]滑动变阻器R2的滑片滑到最左端时，小灯泡正常发光，此时电灯和电阻R1串联，滑动变阻器没有工作。已知电源电压为4.5V不变，小灯泡的额定电压为2.5V，R1=10Ω。小灯泡的额定电流

ILIR1U14.5V2.5V=0.2A R110Ω小灯泡额定电功率为

PLULIL2.5V0.2A=0.5W

[2]通电5min，电阻R1产生的热量为

2Q1IRRt0.2A10Ω560s=120J 112[3]只闭合开关S1，滑动变阻器R2、小灯泡、电阻R1串联，且R2接入阻值最大。滑动变阻器R2的滑片在最左端时，电压表测灯泡两端的电压；滑到最右端时电压表测灯泡和滑动变阻器的R2的电压之和。滑片从最左端滑到最右端，电压表示数从1.5V变化到3V。所以滑片在最右端时，当灯泡的电压为1.5V，滑动变阻器R2的电压为1.5V，根据串联电路电压规律可知，电阻R1两端的电压为

U1=UUL+滑4.5V3V=1.5V

此时通过电阻R1的电流为

U11.5VI10.15A

R110Ω因为串联电路中电流处处相等，所以通过滑动变阻器的电流为

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I2I10.15A

由IU可得滑动变阻器的最大阻值为 RR2U21.5V=10Ω I20.15A18．温度计示数变化 电流 B 串联 【详解】

(1)[1]电流产生的热量不能用眼直接观察，通过温度计示数变化来反映，这是转换法。本实验中是通过温度计示数变化来判断电流产生的热量多少。

(2)[2]由表格数据知，电阻相同，通电时间相同，电流越大，温度升高量越大，说明电流越大产生热量越多。

(3)[3][4]电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关。探究电流产生热量多少跟电阻的关系，控制电流和通电时间不变，改变电阻的大小。由于串联电路中电流处处相等，通电时间相同，所以选择乙图中的B烧瓶与甲图中的烧瓶电阻串联。 19．半导体 720W 44Ω 【详解】

(1)[1]由图乙可知，PTC电阻的阻值随温度的变化而变化，是由半导体材料制成的。

(2)[2]由图乙可知，PTC电阻的最小阻值为10Ω，此时电热丝支路的总电阻最小，该支路中的电流最大，电热丝的发热功率最大，因串联电路中总电阻等于各部分电阻之和，电热丝支路中的电流

I大U220V=4A

RR045Ω+10Ω则电热丝的最大发热功率

22P热I大R(4A)45Ω=720W

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(3)[3]电吹风吹冷风时，通过电动机的电流为1A，工作20s，消耗的电能

W电UIt220V1A20s=4400J

由W机械W电100%可得，输出的机械能

W机械W电4400J80%3520J

电流通过电动机线圈电阻产生的热量

QW电-W机械4400J-3520J880J

2由QIRt可得，电动机线圈的电阻

R线圈Q880J44 I2t(1A)220s20．(1) 6.6105J，(2) 1A，(3) 110Ω 【详解】

，1）由乙图知，以660W的功率工作了10min，根据WPt得，消耗的电能为

5W1Pt11660W1060s3.9610J

以220W的功率工作了20min，消耗的电能为

W2P2t2220W2060s2.64105J

30min内电路消耗的总电能为

W W1W23.96105J+2.64105J=6.6105J

（2）由图知，当两开关都闭合时，两电阻并联，功率大为高档，当S2断开时，只有R1接入电路工作，为低档，低档功率为220W，根据PUI得通过电阻R1的电流为：

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I1P低220W==1A U220V（3）高档功率为660W，低档功率为220W，所以R2的功率为

P2P高-P低=660W-220W=440W

U2根据P得电阻R2的阻值

RU2220VR2110Ω P2440W牛顿在格兰瑟姆中学读书时，曾寄住在格兰瑟姆镇克拉克药店，这里更培养了他的科学实验习惯，因为当时的药店就是一所化学实验室。牛顿在自己的笔记中，将自然现象分类整理，包括颜色调配、时钟、天文、几何问题等等。这些灵活的学习方法，都为他后来的创造打下了良好基础。 本文使用Word编辑，排版工整，可根据需要自行修改、打印，使用方便。

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