184课时（练习）焦耳定律

18.4课时焦耳定律一、单选题1．将规格都是“220V、1000W”的一台空调、一台吹风机和电烤箱分别接入家庭电路中，通电时间相同，下列说法正确的是（）A．电烤箱产生的热量最多B．空调产生的热量最多C．吹风机产生的热量最多D．三个用电器产生的热量一样多【答案】A【解析】家庭电路电压是220V，三个电器都在额定电压下工作，实际功率相同都是1000W，通电相同时间，由W=Pt可知，三个用电器在相同时内消耗的电能相同。A．电烤箱工作时，电能全部转化为内能，产生的热量最多，故A正确；B．空调工作时，大部分电能使压缩机和电风扇转动，转化成机械能；只有一小部分电能使压缩机和电风扇的线圈发热，产生少量的热量，故B不正确；C．吹风机工作时，一部分电能使风扇转动，转化成机械能；一部分电能使电热丝发热，产生热量，故C不正确。D．三个用电器消耗的电能相同，但产生的热量不同，故D不正确。故选A。2．下列用电器中，主要利用电流热效应工作的是（）A．笔记本电脑B．电冰箱C．电风扇D．电暖器【答案】D【解析】A．笔记本电脑主要是把电能转化为声能和光能，不是利用电流的热效应，该选项错误；B．电冰箱主要是把电能转化为机械能，不是利用电流的热效应，该选项错误；C．电风扇主要是把电能转化为机械能，不是利用电流的热效应，该选项错误；D．电暖器主要是把电能转化为内能，是利用电流的热效应工作的，该选项正确．故选D。3．如图所示，最先确定电流产生的热量与哪些因素有关的物理学家是（）A．欧姆 B．牛顿 C．伽利略 D．焦耳【答案】D【解析】A．欧姆总结了欧姆定律，用于研究电流和电阻的关系，故A不符合题意；B．牛顿发现了牛顿三定律，故B不符合题意；C．伽利略的贡献：比萨斜塔实验，理想斜面实验和用斜面缓冲重力，证明了自由落体下落的高度与时间平方成正比，故C不符合题意；D．在大量实验的基础上，英国物理学家焦耳找出了电流产生的热量与电流、电阻、通电时间的关系，即发现了焦耳定律，故D符合题意．故选D。4．我国科研人员研发了百米级第二代高温超导带材，使中国跻身该技术领域国际先进行列．假如所有导体都成了常温下的超导体，那么当用电器通电时，下列说法正确的是A．白炽灯仍然能发光 B．电动机仍然能转动C．电饭锅仍然能煮饭 D．电熨斗仍然能熨烫衣服【答案】B【解析】白炽灯、电饭锅、电熨斗都是利用电流热效应工作的，根据焦耳定律Q＝I2Rt知，没有电阻就不能产生电热，所以用超导体材料制成的电热器不能工作。故A、C、D不正确。电风扇是利用通电导体在磁场中受到力的作用而工作的，将电能转化为机械能，所以用超导体材料制成的电风扇不但仍能工作，并且电能转化为机械能的效率更高。故选：B。5．如图是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验，下列分析正确的是（）A．甲、乙两次实验都应用了控制变量法和转换法B．甲实验通电一段时间后，左侧容器内空气吸收的热量更多C．乙实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系D．甲实验是为了研究电流产生的热量与电流的关系【答案】A【解析】A．甲、乙两次实验中用到的研究物理问题的方法是控制变量法和转换法，故A正确；B．甲实验两电阻丝串联，则通过电阻丝的电流和通电时间相同，右侧电阻阻值大，由焦耳定律Q=I2Rt可知，右侧电阻产生热量多；则右侧容器内空气吸收的热量多，故B错误；C．乙实验，右侧电阻丝与另一电阻丝并联，故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C错误；D．甲实验两电阻丝串联，则通过电阻丝的电流和通电时间相同，其电阻值不同，所以是研究电流产生的热量和电阻的关系，故D错误。故选A。6．家用洗衣机的主要部件是电动机，若一台洗衣机在220V电路中正常工作时通过的电流为2A，每分钟产生的热量为960J，则下列说法中不正确的是（）A．电动机的功率为440W B．电动机线圈的电阻为C．电动机的发热功率为16W D．电动机被卡住不转动时，电功率为12100W【答案】B【解析】A．电动机的电功率为P=UI=220V×2A=440W故A正确，不符合题意；B．根据Q=I2Rt得线圈的电阻故B错误，符合题意；C．电动机的发热功率为故C正确，不符合题意；D．电动机卡住时变为纯电阻电路，电功率故D正确，不符合题意。故选B。7．在如图所示的电路中，闭合开关S，电源电压恒为6V，电流表的示数为0.5A，电压表V2的示数为4V。当把滑动变阻器的滑片移至最右端时，电流表的示数为0.3A。则下列结论正确的是（）A．R1的阻值为4ΩB．滑动变阻器的最大电阻值为160ΩC．电路消耗的最小总功率为0.18WD．当滑动变阻器的滑片移至最左端时，在10min内电流通过R1产生的焦耳热为5.4×104J【答案】A【解析】A．闭合开关S，R1与R2串联，电源电压U=6V电流表的示数为0.5A，表明流经R1的电流I1=0.5A这时电压表V2的示数为4V。则R1的两端电压U1=UU2=6V4V=2V根据可得R1的阻值故A正确；B．当把滑动变阻器的滑片移至最右端时，滑动变阻器的最大电阻值为R2max，流经其的电流为I2=0.3A等于电路总电流。这时电路中R1和R2串联，电源电压U=6V对总电路而言利用欧姆定律有U=I2(R1+R2)代入数据有6V=0.3A(4Ω+R2max）解得R2max=16Ω故B错误；C．电路电源电压一定，根据知道，总电阻R=(R1+R2max)最大时，电功率最小，只有R2=16Ω时电路消耗的总功率最小，故C错误；D．当滑动变阻器的滑片移至最左端时，滑动变阻器的电阻被短路，电路只有一个电阻R1在工作。根据焦耳定律Q=I2R1t以及I=U/R1，所以R1在10min内产生的焦耳热为故D错误。故选A。8．将规格都是“220V100W”的一台电风扇、一台电视机和一把电烙铁分别接入同一家庭电路中，通电时间相同，下列说法正确的是A．三个用电器产生的热量相同B．三个用电器消耗的电能相同C．电烙铁消耗的电能最多D．电流通过电风扇做功最快【答案】B【解析】A、电风扇工作时，电能转化成内能和机械能；电视机工作时，电能转化成内能和光和声；电烙铁工作时，电能全部转化成内能，因此它们产生的热量不相同，故A错误；BC、三个电器都在额定电压下工作，实际功率相同都是100W，相同时间内电流通过三个电器做的功以及消耗的电能一样多，故B正确、C错误；D、三个用电器的额定功率相同，在家庭电路中工作，实际功率相同，所以电流做功快慢相同，故D错误．故选B．9．把一个标有“10V3W”的小灯泡和定值电阻R串联后接在电压为12V的电源上（如图所示），小灯泡恰能正常工作．该电路工作10s定值电阻产生的热量是A．60JB．36JC．30JD．6J【答案】D【解析】串联电路分压，所以可知电阻两端的电压为12V10V=2V，小灯泡正常发光，则可知电路中的电流为3W/10V=0.3A，所以该电路工作10s定值电阻产生的热量是Q=UIt=2V×0.3A×10s=6J，故应选D。10．如图所示是探究“电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关”的实验装置，两个透明绝热容器中密封着等质量的空气，U形管中液面高度的变化反应密闭空气温度的变化，下列说法正确的是A．甲实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系B．甲实验通电一段时间后，左侧容器内空气吸收的热量比右侧容器内空气吸收热量少C．乙实验是为了研究电流产生的热量与电流的关系D．电流通过导体时产生热量的多少是通过U形管中液面的高度差来反映的【答案】D【解析】解答：A、装置甲中一个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，两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知，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，即是研究电流产生的热量与电流的关系，故A错误；B、根据选项A分析，由可知，左边容器中的电阻产生的热量多，所以左侧容器内空气吸收的热量更多，故B错误；C、在乙装置中，容器中的两个电阻丝串联，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，所以乙实验是为了探究电流产生的热量与电阻大小的关系，故C错误；D、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型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型管液面高度差的变化来反映，故D正确．故选D．二、填空题11．均标有“220V60W”的白炽灯、电风扇和电热器并联在家庭电路中，都正常工作时，相同时间内电流做功____（选填“相等”或“不相等”）；相同时间内产生热量Q电风扇____（选填“大于”、“小于”或“等于”）Q电热器。【答案】相等小于【解析】[1]由题意知，白炽灯、电风扇、电热器的额定电压都是220V，额定功率都是60W，把它们并联在照明电路中，它们都能正常工作，由W=Pt可知，在相同时间内电流做功相等。[2]电风扇工作时，主要把电能转化为机械能，产生很少的热量，电热器工作时，把电能几乎全部转化为热量。12．如图所示的电路电源电压为6V，电阻R的阻值是10Ω．闭合开关S，当电动机被卡住时，电流表的示数为0.5A；当电动机正常转动时，电流表的示数为0.2A．正常工作10s，电动机消耗的电能是_____J，线圈产生的热量是_____J．【答案】80.8【解析】[1]由题意可知，电动机正常转动时的电流I＝0.2A，串联电路中电流处处相等，由I=可得，定值电阻R两端电压：UR＝IR＝0.2A×10Ω＝2V已知电源电压U＝6V，则电动机两端电压：UM＝U﹣UR＝6V﹣2V＝4V正常工作10s，电动机消耗的电能：W＝UMIt＝4V×0.2A×10s＝8J[2]电动机被卡住时为纯电阻用电器，已知此时电流表的示数I′＝0.5A，由I=可得，电路中的总电阻：R总===12Ω则线圈电阻：RM＝R总﹣R＝12Ω﹣10Ω＝2Ω电动机正常转动时，线圈产生的热量：Q＝I2RMt＝(0.2A)2×2Ω×10s＝0.8J．13．学习了电学知识以后，好学的李明仔细观察了家中电热水壶的铭牌(如右表所示)，电热水壶正常工作时的功率为________W。他将电热水壶中装满水，通电1.5min后，测出水温从20℃上升到40℃。在此过程中，水吸收热量_________________J。[c水＝4.2×103J/(kg·℃)]【答案】10008.4×104【解析】用电器正常工作时的功率即为额定功率，从表格中可以看出该电热水壶额定功率为1kw，故电热水壶正常工作时的功率为1000W；计算水吸热公式Q=cmΔt；由表格中数据可得水的质量为1kg；温度变化量40℃20℃=20℃；故Q=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×1kg×20℃=8.4×104J。14．某电池容量为4200mAh，，电池电压为3.7V。用一个标有“输出5V4A”的快速充电器，将电池从零电量充满。充电效率为84%，需要______min。快充充电线比普通充电线要粗一些，这是因为正常工作时，通过快充充电线的______较大。【答案】55.5电流【解析】[1]电池充满电需要的电能为设需要充电时间为t1，则代入数据解得[2]快充充电线的电流比普通电流要大，所以充电线要粗一些，使得导线电阻要小一些，可以减小电流热效应产生的热量。15．如图甲所示，是某种电热饮水机的简化电路示意图，图乙是它的有关参数。它有加热和保温两种工作状态（由机内温控开关S0自动控制），当开关S，S0闭合时，饮水机处于______状态（填“加热“或“保温“），R2的电阻是______Ω。【答案】加热1170【解析】[1]由电路图可知，开关S0断开时，两电阻串联，电路电阻较大；开关S0闭合时，只有电阻R1接入电路；因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，当温控开关S0闭合时，电路中的电阻较小，由可知，电压一定时，电热饮水机的功率较大，处于加热状态；当温控开关S0断开时，电路中的电阻较大，电功率较小，饮水机处于保温状态。[2]电热饮水机处于加热状态时，电路为R1的简单电路，由可得R1的电阻电饮水机处于保温状态时，R1与R2串联，则由可得电路中的总电阻因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以R2的电阻R2=R总R1=1210Ω40Ω=1170Ω三、实验题16．如图甲、乙是“探究电流通过导体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．（1）实验中，用_____反映密闭空气温度的变化（2）图甲可探究电流产生的热量与_____的关系，通电一段时间后，_____（选填“左支“右”）侧容器中电阻产生的热量多．（3）乙装置中的电阻R3的作用主要是_____．（4）如果乙装置中R3发生了断路，在通电时问相间的情况下，与R3未发生了断路之前相比较，左侧U型管中液面的高度差将_____（选填“变大变小”或“不变”）（5）生活中我们经常见到“电炉丝热得发红，而与它相连的导线却不热”这一现象，可用上面图_____（选填“甲”或“乙”）的实验结论来解释．【答案】U形管中液面高度的变化电阻大小右使通过R1和R2的电流不相等变小甲【解析】(1)据试验装置可知，电流通过导体产生热量使得容器中的空气受热膨胀，从而导致U型管中的液面会发生变化，故虽然热量的多少不能直接观察，但可以通过U型管液面高度差的变化来反映；(2)在甲装置中,将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端,通过他们的电流I与通电时间t相同,探究导体产生的热量与电阻的关系;甲实验两电阻丝串联,则通过电阻丝的电流和通电时间相同,右侧电阻阻值大,由焦耳定律Q=I2Rt可知，右侧电阻产生热量多；则右侧容器内空气吸收的热量多，(3)图乙的装置在实验中，右侧容器的外部，将一个完全相同的电阻和这个容器内的电阻并联，再接入原电路，使通过左边容器中电阻的电流与通过右边容器中电阻的电流不同，可以探究电流产生的热量与通过导体的电流大小的关系；(4)当乙装置中R3发生了断路时,电路中只有R1和R2串联,此时电路中的总电阻变大,电路中电流变小,根据焦耳定律Q=I2Rt在相同时间内,电阻丝R1产生热量变小,与步骤(3)相比较，则左侧U型管中液面的高度差将变小；(5)电炉丝和连接的导线串联在电路中(通过的电流相等)，与甲实验的原理相同，所以可以用甲实验解释“电炉丝热得发红，而与它相连的导线却不怎么热”．17．如果甲、乙是“探究电流通过导体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质量的空气。(1)电流产生的热量不易直接测量因此在本实验中是通过观察两个U形管中的液面高度差的变化来比较电流通过电阻丝产生的热量的多少，这里采用了______的研究方法。(2)甲图所示装置可探究电流通过导体产生的热量的多少与______的关系通电一段时间后，______(选填“左”或“右”）侧容器中电阻产生的热量多。(3)乙图所示的装置是用来探究电流通过导体产生的热量与______的关系，乙装置中的电阻R3的作用主要是______。(4)如果乙装置中R3发生了断路，在通电时间相同的情况下，与R3未发生了断路相比较，左侧U形管中液面的高度差将______。（选填“变大”“变小”“不变”）(5)生活中我们经常见到“电炉丝热得发红，而与它相连的导线却不热”这一现象，可用上面图______（选填“甲”或“乙”）的实验结论来解释。【答案】转换法电阻右电流使通过R1和R2的电流不相等变小甲【解析】(1)[1]电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但可以通过液面高度差的变化来反映，这种研究方法叫转换法。(2)[2][3]甲装置中，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，电阻不同，可探究电流产生的热量与电阻的关系，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，则右侧U形管中液面的高度差大。(3)[4][5]图乙的装置在实验中，右侧容器的外部，将一个完全相同的电阻和这个容器内的电阻并联，再接入原电路，使通过左边容器中电阻R1的电流与通过右边容器中电阻R2的电流不同，可以探究电流产生的热量与通过导体的电流大小的关系。(4)[6]当乙装置中R3发生了断路时，电路中只有R1和R2串联，因R2的阻值大于R2与R3并联的阻值，所以此时电路中的总电阻变大，电路中电流变小，根据Q=I2Rt可知，在相同时间内，电流通过电阻丝R1产生热量变少，则左侧U形管中液面的高度差将变小。(5)[7]电炉丝和连接的导线串联在电路中（通过的电流相等），通电时间是相同的，而电炉丝的电阻比导线的电阻大，与甲实验的原理相同。四、计算题18．某同学家里某段时间内共有两件用电器在工作，一盏“220V，40W”的灯（灯泡电阻不变），一台“DYIA（R3）”型的空调机。空调机正常工作时的电压为220V，总功率为880W，内部线圈电阻为3.5Ω。求：(1)正常工作时，两件用电器的总功率；(2)如果小灯泡的工作电压是110V，它的实际电功率；(3)该空调机正常工作1.5h，线圈电阻产生的热量。【答案】(1)920W；(2)10W；(3