6.5.1 拓展1：焦耳定律 同步练习

第六章电能第5节家庭电路第1课时拓展1焦耳定律考点剖析1、焦耳24岁时，首先把电阻丝放入玻璃管内，做成一个电热器，然后把电热器放入一个玻璃瓶中，瓶中装有已知质量的水。给电热器通电并开始计时，从插在水中的温度计可随时观察到水温的变化，同时，他用电流计测出电流的大小，焦耳把实验做了一次又一次，获取大量数据归纳得出焦耳定律。下列有关说法不正确的是（）A．焦耳定律只适用于电能全部转化为内能的电路B．焦耳通过实验得到电流产生的热量与电流的二次方、电阻、通电时间成正比C．焦耳实验时用水吸收的热量来替代电阻丝产生的热量，是用了转换法D．科学教材上研究电流产生的热量与哪些因素有关的实验与焦耳所做实验很大的不同是没有获取大量的数据得到关系式2、如图所示，两个透明容器中密闭着等量的空气，A，B两U形管内的液面相平，电阻丝的电阻，小明用图示装置进行实验，探究电流通过导体时产生的热量Q跟什么因素有关，下列说法正确的是（）A．此实验在探究电热Q与电阻R是否有关B．通过R1的电流和通过R2的电流大小之比为2∶1C．电阻R1两端的电压和两端的电压相等D．通电后，A管的液面将会比B管的液面低3、如图是探究“电流通过导体时产生的热跟什么因素”有关的实验装置，两个透明的容器中密封着等质量的空气。关于这一实验，下列说法正确的是（）A．该实验装置探究的是电流产生的热与电阻的关系B．该装置用U形管中液体热胀冷缩来反应电阻放热的多少C．若容器外电阻断路，则相同时间内，与没断比，左侧U形管中液面高度差小D．若将左侧容器中电阻换成10Ω电阻后，可探究电流产生的热与电阻的关系4、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（）①U形管中液面高度变化主要是由液体热胀冷缩引起的②图甲装置能探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系③图乙实验过程中右边透明容器中电阻丝阻值应该等于10Ω④用图甲中的实验结论能解释“电炉丝热得发红而与电炉丝相连的导线几乎不发热”的现象A．①② B．②③ C．②④ D．③④5、要使电热器在单位时间内产生的热量减小到原来的一半，则应（）A．电阻不变，使通过电热器的电流减小一半B．电阻不变，使电热器两端的电压减小一半C．电压不变，使电热器的电阻变为原来的2倍D．电压不变，使电热器的电阻增大为原来的倍6、20世纪初，科学家发现，某些物质在很低温度时，电阻就变成了0，这就是现象；如图所示是“探究电热与电流的关系”的部分装置，已知A、B两点间的电压为6V，R1=R2=R3=5Ω，通电时间2min，则R1与R2产生的热量相差J。7、如图是“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，铜丝的电阻小于镍铬合金丝的电阻，铜丝和镍铬合金丝串联浸在相同质量和相同初温的煤油中，每一烧瓶里各插入一支温度计。通电一定时间后，可以看到瓶中(填“A”或“B”)煤油温度升得高，这表明在相同时间内，电流相同的情况下，电阻越，电流通过导体时产生的热量越多。8、在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验中，提供了如图的实验器材，其中R1＞R2。实验一：探究电流产生的热量与电阻的关系。(1)请按照电路图将对应实物图连接完整；(2)电路中电阻丝的连接方式是为了控制；电阻丝放出热量的多少，通过来进行判断。(3)闭合开关，经过一定时间，用电阻丝R1加热的煤油温度升高了Δt1，用电阻丝R2加热的煤油温度升高了Δt2，那么Δt1(选填“大于”“等于”或“小于”)Δt2。实验二：探究电流产生的热量与电流的关系。(4)闭合开关，移动滑动变阻器的滑动触头，使电路中的电流变成实验一中电流的2倍，且通电时间相同。实验发现：用电阻丝R1(或R2)加热的煤油，温度升高量Δt1′(或Δt2′)(选填“大于”“等于”或“小于”)2Δt1(或2Δt2)，该实验说明电流产生的热量与电流正比例关系。(5)你认为做这个实验产生误差的主要原因是。过关检测1、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∶12、将阻值为40Ω的电阻丝接在电源两端，通电10min，电流产生的热量是1.5×103J，若将阻值20Ω的电阻丝接入同一电源的两端，通电20min，电流产生的热量是（）A．6×104J B．3×103J C．6×103J D．12×104J3、小乐按图听示连接电路，其中R1、R2、R3是三段电阻丝（R1<R2=R3），他将三根相同的火柴a、b、c分别固定在三根电阻丝上，闭合开关后，火柴燃烧的先后顺序是（）A．a、b、c B．c、a、b C．c、b、a D．a、c、b4、电炉丝断了，去掉1/5后，仍接在原来的电源两端，则在相同时间内产生的热量与原来产生的热量之比为（）A.5：4 B．1：5 C．5：1 D.4：55、如图所示是探究电流通过导体时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，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，下列说法不正确的是（）A．甲、乙两实验都运用了控制变量法B．甲图通电一段时间后，右侧U形管中液面的高度差比左侧的大C．乙图实验装置是为了探究电流产生的热量与电阻大小的关系D．乙图中左右两容器中电阻丝产生的热量之比为4∶16、如图是探究电流通过导体时产生热量的实验，甲、乙两套装置中各有两个相同的透明容器。其中密封着等量的空气和一段电阻丝(阻值在图中已标出)，U形管中装有等量的液体，接通电源，观察现象。(1)实验中通过观察的变化来比较导体所产生热量的多少；这运用了(选填“转换法”或“等效替代法”)的物理思想。(2)用甲装置进行实验时，通过控制通电时间和电路中的不变，来研究导体产生热量与电阻的关系。(3)在乙装置中，C、D透明容器中产生热量较多的是容器。7、小强同学利用家庭实验室中的器材，设计了一个可调节功率的简易“电饭锅”，如图所示，电源电压为6V，电阻丝，，a、b是两个触点。闭合开关S，当开关接通触点时，“电饭锅”的功率更大。将接入电路工作3min产生的热量是J。8、如图所示，电路中电源电压为3V，闭合开关S后，电流表A的示数为，电流表的示数为。求：（1）通过电阻的电流；（2）电阻的阻值；（3）整个电路在1min内产生的热量。9、如图所示的电路中，电源电压恒定且U＝6V，灯泡L标有“6V3W”字样，R＝8Ω。假设灯泡L的阻值不随温度变化而变化。求：（1）小灯泡L的电阻；（2）闭合S1、S3，断开S2时，电流表的示数；（3）只闭合S2时，电路中的总功率及通电10s电阻R产生的热量。

第六章电能第5节家庭电路第1课时拓展1焦耳定律考点剖析1、焦耳24岁时，首先把电阻丝放入玻璃管内，做成一个电热器，然后把电热器放入一个玻璃瓶中，瓶中装有已知质量的水。给电热器通电并开始计时，从插在水中的温度计可随时观察到水温的变化，同时，他用电流计测出电流的大小，焦耳把实验做了一次又一次，获取大量数据归纳得出焦耳定律。下列有关说法不正确的是（）A．焦耳定律只适用于电能全部转化为内能的电路B．焦耳通过实验得到电流产生的热量与电流的二次方、电阻、通电时间成正比C．焦耳实验时用水吸收的热量来替代电阻丝产生的热量，是用了转换法D．科学教材上研究电流产生的热量与哪些因素有关的实验与焦耳所做实验很大的不同是没有获取大量的数据得到关系式【答案】A【解析】A．焦耳定律适用于所有电路，故A不正确，符合题意；B．焦耳定律的内容是：电流产生的热量与电流的二次方成正比、与电阻成正比、与通电时间成正比，故B正确，不符合题意；C．焦耳在实验时无法直接比较电阻丝产生的热量，利用转换法通过水吸收的热量来进行比较，故C正确，不符合题意；D．教材上的实验中，没有获取大量的实验数据，是通过转换法得出产生热量与各个因素之间的关系，故D正确，不符合题意。故选A。2、如图所示，两个透明容器中密闭着等量的空气，A，B两U形管内的液面相平，电阻丝的电阻，小明用图示装置进行实验，探究电流通过导体时产生的热量Q跟什么因素有关，下列说法正确的是（）A．此实验在探究电热Q与电阻R是否有关B．通过R1的电流和通过R2的电流大小之比为2∶1C．电阻R1两端的电压和两端的电压相等D．通电后，A管的液面将会比B管的液面低【答案】B【解析】A．由图可知，右侧两个电阻并联后再和左侧电阻串联，容器中两个电阻丝的阻值相等，由串并联电路电流的规律可知通过两个容器内电阻丝的电流不相等，探究电热与电流的关系，故A错误；B．装置中R2、R3并联后再与R1串联，通过R1的电流I1=I2+I3而I2=I3；所以通过R1的电流和通过R2的电流大小之比为2∶1，故B正确；C．通过R1的电流和通过R2的电流不相等，两个电阻的阻值相同，由U=IR可知电阻R1两端的电压和R2两端的电压不相等，故C错误；D．左右两容器中的电阻相同，而通过电阻R1的电流大于R2的电流，通电时间相同，由Q=I2Rt可知，A容器中电阻R1产生的热量多，则A管的液面将会比B管的液面高，故D错误。3、如图是探究“电流通过导体时产生的热跟什么因素”有关的实验装置，两个透明的容器中密封着等质量的空气。关于这一实验，下列说法正确的是（）A．该实验装置探究的是电流产生的热与电阻的关系B．该装置用U形管中液体热胀冷缩来反应电阻放热的多少C．若容器外电阻断路，则相同时间内，与没断比，左侧U形管中液面高度差小D．若将左侧容器中电阻换成10Ω电阻后，可探究电流产生的热与电阻的关系【答案】C【解析】A．根据控制变量法可知，探究电流产生的热量与电阻关系时，需要控制电流、通电时间相同，电阻不同，而图中的两个电阻都是相同的，故无法完成探究，故A错误。B．电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但气体温度的变化可以通过U形管中液面高度差的变化来反映，不是利用液体的热胀冷缩，故B错误。C．容器外电阻发生断路前，左侧的电阻为5Ω，右侧的总电阻为2.5Ω，则电路的总电阻为7.5Ω；容器外电阻发生断路后，电路中只有两个电阻串联，则总电阻为10Ω；容器外电阻发生断路后，整个电路的总电阻增大了，根据欧姆定律可知，电路中的总电流减小了，在电阻、通电时间不变时，电流减小，则产生的热量变少，所以左侧U形管中液面高度差变小，故C正确。D．探究电流产生的热量与电阻关系时，需要控制电流、通电时间相同，电阻不同，若将左侧容器中电阻换成10Ω电阻后，根据并联电路电流的特点可知，此时通过两个电阻的电流是不同的，不能探究电流产生的热与电阻的关系，故D错误。故选C。4、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（）①U形管中液面高度变化主要是由液体热胀冷缩引起的②图甲装置能探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系③图乙实验过程中右边透明容器中电阻丝阻值应该等于10Ω④用图甲中的实验结论能解释“电炉丝热得发红而与电炉丝相连的导线几乎不发热”的现象A．①② B．②③ C．②④ D．③④【答案】C【解析】①U形管中液面高度变化主要是由透明容器中空气的热胀冷缩引起的，故①错误；②图甲装置中，两电阻串联，电流相等，电阻不相等，能探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，故②正确；③图乙实验过程中右边两个电阻丝并联，右边容器中的电阻通过的电流与左边电阻丝通过的电流不相等，探究的是电热与电流的关系，需要保持电阻相同，故阻值应该等于5Ω，故③错误；④电炉丝热与电炉丝相连的导线串联，电流相等，电阻不相等；用图甲中的实验结论能解释“电炉丝热得发红而与电炉丝相连的导线几乎不发热”的现象，故④正确；故①③错误，②④正确。5、要使电热器在单位时间内产生的热量减小到原来的一半，则应（）A．电阻不变，使通过电热器的电流减小一半B．电阻不变，使电热器两端的电压减小一半C．电压不变，使电热器的电阻变为原来的2倍D．电压不变，使电热器的电阻增大为原来的倍【答案】C【解析】A．根据焦耳定律可知，当电阻不变时，使通过电热器的电流减小一半，则电热变为原来的，故A不符合题意；B．电阻不变，使电热器两端的电压减小一半时，由可知，电热器在单位时间内产生的热量减小到原来的，故B不符合题意；C．电压不变，使电热器的电阻变为原来的2倍时，由可知，电热器在单位时间内产生的热量减小到原来的，故C符合题意；D．电压不变，使电热器的电阻增大为原来的倍时，由可知，电热器在单位时间内产生的热量减小到原来的，故D不符合题意。故选C。6、20世纪初，科学家发现，某些物质在很低温度时，电阻就变成了0，这就是现象；如图所示是“探究电热与电流的关系”的部分装置，已知A、B两点间的电压为6V，R1=R2=R3=5Ω，通电时间2min，则R1与R2产生的热量相差J。【答案】超导288【解析】20世纪初，科学家发现，某些物质在很低温度时，电阻就变成了0，这就是超导现象。由图知，R2、R3并联后再与R1串联，已知R1=R2=R3=5Ω；由等值电阻并联的规律，R2、R3并联后的总电阻R23=0.5×5Ω=2.5Ω；电路的总电阻R=R1+R23=5Ω+2.5Ω=7.5Ω；由欧姆定律可得干路中的电流，即通过R1的电流；通过R2、R3的电流相等，由并联电路电流的规律，通过R2的电流为I2=0.5I=0.5×0.8A=0.4A；通电时间2min，R1与R2产生的热量差Q1-Q2=I12R1t-I22R2t=(0.8A)2×5Ω×2×60s-(0.4A)2×5Ω×2×60s=288J。7、如图是“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，铜丝的电阻小于镍铬合金丝的电阻，铜丝和镍铬合金丝串联浸在相同质量和相同初温的煤油中，每一烧瓶里各插入一支温度计。通电一定时间后，可以看到瓶中(填“A”或“B”)煤油温度升得高，这表明在相同时间内，电流相同的情况下，电阻越，电流通过导体时产生的热量越多。【答案】B大【解析】由电路图可知，两电阻丝串联，通过他们的电流I与通电时间t相同，铜丝的电阻小于镍铬合金丝的电阻，由Q=I2Rt可知，镍铬合金丝产生的热量多，B瓶中煤油吸收的热量多，温度升得高，这表明：在相同时间内，电流相同的情况下，电阻越大，电流通过导体时产生的热量越多。8、在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验中，提供了如图的实验器材，其中R1＞R2。实验一：探究电流产生的热量与电阻的关系。(1)请按照电路图将对应实物图连接完整；(2)电路中电阻丝的连接方式是为了控制；电阻丝放出热量的多少，通过来进行判断。(3)闭合开关，经过一定时间，用电阻丝R1加热的煤油温度升高了Δt1，用电阻丝R2加热的煤油温度升高了Δt2，那么Δt1(选填“大于”“等于”或“小于”)Δt2。实验二：探究电流产生的热量与电流的关系。(4)闭合开关，移动滑动变阻器的滑动触头，使电路中的电流变成实验一中电流的2倍，且通电时间相同。实验发现：用电阻丝R1(或R2)加热的煤油，温度升高量Δt1′(或Δt2′)(选填“大于”“等于”或“小于”)2Δt1(或2Δt2)，该实验说明电流产生的热量与电流正比例关系。(5)你认为做这个实验产生误差的主要原因是。【答案】（1）（2）电流相等温度计示数的变化（3）大于（4）大于不成（5）有热量损失(或两瓶煤油的质量不完全相等)【解析】(1)根据电路图，将两电阻丝串联，变阻器左下接线柱连入电路中，如答图所示。(2)电路中电阻丝的连接方式是为了控制电流相等；根据转换法，电阻丝放出热量的多少，是通过温度计示数的变化来进行判断的。(3)闭合开关，因电流和通电时间相同，R1>R2，根据Q＝I2Rt可知，经过一定时间，R1产生的热量多，根据Δt＝eq\f(Q,cm)可知Δt1大于Δt2。(4)闭合开关，移动滑动变阻器的滑动触头，使电路中的电流变成实验一中电流的2倍，且通电时间相同，根据Q＝I2Rt可知，此时电阻丝产生的热量是原来的4倍；根据Δt＝eq\f(Q,cm)可知，用电阻丝R1(或R2)加热的煤油，温度升高量Δt′1(或Δt′2)大于2Δt1(或2Δt2)，该实验说明电流产生的热量与电流不成正比例关系。(5)这个实验产生误差的主要原因是：有热量损失(或两瓶煤油的质量不完全相等)。过关检测1、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【答案】A【解析】根据焦耳定律Q=I2Rt可知则通过甲、乙两段导体的电流之比故选A。2、将阻值为40Ω的电阻丝接在电源两端，通电10min，电流产生的热量是1.5×103J，若将阻值20Ω的电阻丝接入同一电源的两端，通电20min，电流产生的热量是（）A．6×104J B．3×103J C．6×103J D．12×104J【答案】C【解析】因为阻值为10Ω的电阻丝接在电源两端，通电时间为；电流所做的功是2.16×103J，所以根据公式故电源电压为；因为5Ω的电阻丝接入同一电源的两端，通电时间为；所以电流做的功；故ABD不符合题意，C符合题意。3、小乐按图听示连接电路，其中R1、R2、R3是三段电阻丝（R1<R2=R3），他将三根相同的火柴a、b、c分别固定在三根电阻丝上，闭合开关后，火柴燃烧的先后顺序是（）A．a、b、c B．c、a、b C．c、b、a D．a、c、b【答案】C【解析】由电路图知，电阻丝R1、R2先串联再与R3并联，且R1<R2=R3，则通过R3的电流比通过R1、R2的电流大，据Q=IR2t知，在相同时间内，电流通过R3产生的热量最多，电流通过R1产生的热量最少，则火柴c最先燃烧，a最后燃烧，即火柴燃烧的先后顺序是c、b、a。故ABD不符合题意，C符合题意。4、电炉丝断了，去掉1/5后，仍接在原来的电源两端，则在相同时间内产生的热量与原来产生的热量之比为（）A.5：4 B．1：5 C．5：1 D.4：5【答案】A【解析】根据公式可知，当电压U和时间t相同时，Q∝1/R，所以电炉丝断了，去掉1/5后，仍接在原来的电源两端，则在相同时间内产生的热量与原来产生的热量之比为5：4故选A。5、如图所示是探究电流通过导体时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，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，下列说法不正确的是（）A．甲、乙两实验都运用了控制变量法B．甲图通电一段时间后，右侧U形管中液面的高度差比左侧的大C．乙图实验装置是为了探究电流产生的热量与电阻大小的关系D．乙图中左右两容器中电阻丝产生的热量之比为4∶1【答案】C【解析】A．Q与I、R及t有关，甲实验电阻丝串联，电流和通电时间相等，是探究电热与电阻关系的；乙实验中右侧电阻丝并联一个电阻丝后与左侧电阻丝串联，容器内的电阻和通电时间均相同，是探究电热与电流关系的，都用到控制变量法，故A正确，不符合题意；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知道，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正确，不符合题意；C．乙实验，右侧电阻丝与另一电阻丝并联，故左右容器中电阻丝的电阻和通电时间均相同，但通过电阻的电流不同，所以是研究电流产生的热量与电流的关系，故C错误，符合题意；D．根据串联电路的电流特点可知，右边两个电阻的总电流和左边电阻的电流相等，即I右＝I左两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知道I左＝I1+I2；两电阻的阻值相等，则支路中电流相等，即；由图知道，电阻、通电时间相同；由Q＝I2Rt知道，左边电阻产生的热量右边电阻产生的热量则故D正确，不符合题意。故选C。6、如图是探究电流通过导体时产生热量的实验，甲、乙两套装置中各有两个相同的透明容器。其中密封着等量的空气和一段电阻丝(阻值在图中已标出)，U形管中装有等量的液体，接通电源，观察现象。(1)实验中通过观察的变化来比较导体所产生热量的多少；这运用了(选填“转换法”或“等效替代法”)的物理思想。(2)用甲装置进行实验时，通过控制通电时间和电路中的不变，来研究导体产生热量与电阻的关系。(3)在乙装置中，C、D透明容器中产生热量较多的是容器。【答案】（1）液面高度差转换法（2）电流（3）C【解析】(1)电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但电阻丝对容器中的空气加热时，空气温度升高体积膨胀，引起U形管中液柱高度的变化，所以通过液面高度差的变化来反映电阻丝产生热量的多少，这种研究方法叫转换法。(2)如图甲，两个电阻串联在电路中，电流相同，通电时间相同，电阻不同，运用控制变量法，探究电流产生热量跟电阻的关系。(3)图乙装置中两个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I右＝I