九年级物理 第十八章 第4节 焦耳定律 同步练习
一、单选题
1．取口香糖锡纸，剪成如图所示形状，其中 AB和CD段等长。戴好防护手套，将锡纸条（带锡的一面）两端连接电池正、负极，如图所示，发现锡纸条很快开始冒烟、着火。下列分析正确的是（ ）
A．通过 AB和CD段的电流不相等 B．正常情况下， AB段会先着火
C．AB和 CD段的电压相等 D．AB和 CD段的电阻相等
2．某款电热杯有高、中、低三档，简化电路如图所示，S1、S2不能同时闭合，R1的阻值为2.5Ω。只闭合S3时，电路中的电流为2A。下列说法正确的是（ ）
A．电源电压为10V
B．只闭合S1、S3时，电热杯处于低温档
C．只闭合S3时，电热杯工作1min产生的热量为600J
D．加热100g水，水温由25°C升高到35°C，水吸收的热量为420J
3．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．通过的电流和通过的电流大小之比为2∶1
C．电阻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
4．生活中的一些器具或实验室中的某些装置上会有特殊的“孔”，它们的作用不尽相同。下列说法正确的是（ ）
A．茶壶盖上的“孔”的作用是排气，使茶水加速降温
B．打开行驶的汽车的天窗，汽车顶部的天窗“孔”利用压强差可将车内的空气“抽”到车外
C．电脑上的散热“孔”的作用是利用通风散热减少硬件产生的电热
D．在探究水沸腾的实验中，烧杯盖子上的“孔”的作用是使杯内水面上方的气压小于外界大气压
5．如图甲所示，电源电压保持不变，闭合开关S，滑动变阻器的滑片P从a端移至b端的过程中，消耗的电功率P1随阻值变化关系如图乙所示。下列分析错误的是（ ）
A．定值电阻为10Ω
B．电源电压为12V
C．滑片P置于b端时，闭合开关S，电压表的示数为10V
D．滑片P置于b端时，闭合开关S，通电1分钟产生的热量为24J
6．如图所示为电阻R1和R2的I—U图像，下列说法正确的是（ ）
A．R2的阻值为10Ω
B．两电阻串联与并联的总阻值之比为9∶4
C．将两电阻串联接入电路，通电后，R1两端电压与R2两端电压之比为1∶2
D．将两电阻并联接入电路，通电1分钟，电流通过R1产生的热量与电流通过R2产生的热量之比为1∶2
7．小晨同学要“探究电流产生的热量与哪些因素有关”，准备了如下器材：两个保温烧瓶，烧瓶内装有质量相等、初温相同的煤油，温度计和阻值分别为和的电热丝，且，如图所示，还有满足实验要求的学生电源、滑动变阻器、秒表各一个，电流表两块，开关、导线若干，关于此实验说法正确的是（ ）
A．在探究电流通过导体产生的热量与导体电阻大小的关系时，必须要将两电热丝串联在电路中
B．将其中一个电热丝接入电路中，可以探究电流通过导体产生的热量与电流大小的关系
C．实验过程中通过加热时间长短反映电流通过电热丝产生热量的多少
D．电流通过电热丝产生的热量一定比通过电热丝产生的热量多
8．下列说法不正确的是（ ）
A．额定功率大的灯泡比额定功率小的灯泡一定亮
B．电视机的后盖上的散热窗是防止由于电流的热效应引起的危害
C．电能表测量消耗电能多少的仪表
D．量程够大的电压表是可以直接接在电源两极的
二、填空题
9．用如图所示的装置可探究电流产生热量与 （填“电流”或“电阻”）的关系，若通过R2的电流为1A，通电1min，R2产生的热量为 J。若将R3更换为10Ω的电阻， （填“仍能”或“不能”）完成该实验探究。
10．如图所示为小明家使用的电能表，由图可知他家同时可使用的用电器总功率不能超过 W；他关闭家中其他用电器，只用养生壶烧水，发现养生壶正常工作2min，电能表转盘转过18转，则该养生壶的实际功率为 W；养生壶内部的电热丝通电后迅速升温，而与其相连的电源线却不热，主要是因为电热丝的电阻 （选填“小于”或“大于”）电源线的电阻。
11．学习电学知识后，小芳把裸铜线分别在两个削尖的铅笔芯上绕几圈，使笔尖刚好接触，如图所示，接上9V的电源，接触点出现了明亮的电火花，是因为铅笔尖接触处的 ；若让电火花更亮些，方法是 ，原理是 。
12．将电能输送到几百千米之外的用户，在输电线上会有能量的损耗，这主要是由于电流的 效应引起的。某段输电线路的总电阻为0.5Ω，输送电流为100A，每输电1min，这段线路便会损耗 J的电能。
13．电热毯的电阻丝断掉后不要将两个断头连接后继续使用，原因是接头处的电阻 ，在电流相同时，由于电流的 效应会导致接头处温度过高产生安全隐患。
三、简答题
14．用如图所示的电热水壶烧水时，发现电热水壶底座内的发热体能很快将水加热使其升温，而与电热水壶连接的导线却不怎么热；将冷开水倒入透明圆形玻璃杯中，透过玻璃杯，看到握住玻璃杯的手指变粗了。请用学过的物理知识解释以上两个现象。
15．小亮爸爸想给放在室外的电动自行车充电，由于家中插线板（如图）的导线长度不够，于是找来一段足够长的导线，打算把两段导线连接起来，从而增加插线板导线的长度。当爸爸刚连接好导线，小亮看到后告诉爸爸，导线连接处往往比别处更容易发热，加速老化，甚至引起火灾，存在安全隐患。请用所学的物理知识解释连接处往往比别处更容易发热的原因。
四、作图题
16．在探究电流通过导体产生的热量与电流的关系的实验中，实验器材如图所示。请：①选择合适的电阻，并标在虚线方框内；（供选择电阻：R1=5Ω，R2=10Ω，R3=10Ω）②用笔画线代替导线补充完整电路的连接。
17．如图是探究“影响电流热效应因素”实验装置的一些器材，将R1、R2、R3三电阻丝密封在三只完全相同的烧瓶内，且R1= R3=10Ω，R2=5Ω，瓶内装入等质量的煤油，小梁选择了两个电阻进行探究电流产生热量与电阻关系，请你把实物图连接好。
五、实验题
18．请完成与下列实验有关的填空。
（1）蜡烛放在如图所示位置，一条平行于主光轴的光线经透镜后的光路如图甲所示。则该凸透镜的焦距为 cm，该蜡烛成像的特点为 （选填“倒立缩小实像”“倒立放大实像”或“正立放大虚像”）。
（2）在“探究水的沸腾”的实验中，实验装置如图乙所示。
①本次实验不能使用 （选填“煤油”或“酒精”）温度计。（煤油的沸点为150℃、酒精的沸点为78℃）
②水沸腾后，温度计液柱稳定时的示数如图乙B所示，则该地区水的沸点为 ℃。
（3）如图丙是探究电流产生的热量与 的关系，装置中的电阻R3的作用主要是使电阻R1和R2中的 。
19．某兴趣小组利用电源、电压表V、电流表A、滑动变阻器R、开关S、导线等实验器材，测量某额定电流为700mA的LED灯正常工作时的电阻。
（1）请将图甲中的元件符号连成实验电路图（要求：电流必须从LED的“+”接线柱流入，“-”接线柱流出）；
（2）兴趣小组连好电路并闭合开关S后，移动滑动变阻器R的滑片，发现LED灯不亮，通过检查电路发现LED的“+”“-”接线柱接反了；正确连接后，闭合开关S，LED灯亮了。该现象说明LED具有 （填“单向”或“双向”）导电性；
（3）实验过程中，当电流表的示数为0.70A时，电压表的示数为3.5V，则LED灯正常工作时的电阻为 Ω；
（4）该兴趣小组通过查阅资料得到，通过该型号LED灯的电流与两端的电压的变化关系如图乙所示。由图乙可知，该LED灯发光过程中，电阻温度升高时，LED灯的电阻值 （填“变大”“变小”或“不变”）。
六、计算题
20．课外实践小组设计了一个电热孵蛋箱，其电路如图所示。已知电源电压恒为220V，是阻值为55Ω的电热丝，温度对电热丝阻值的影响忽略不计。
（1）闭合开关S后，求电路中的电流；
（2）求通电100s电热丝产生的热量；
（3）老师提醒，电热箱内温度太高，无法孵化鸡蛋，应使电热箱内的电功率降至，小组成员想出了两种方法改进电路：
方法一：在图中A点处串联接入一根电热丝RA
方法二：在图中B点处串联接入一根电热丝RB
老师发现这两种改进方法电热箱内的电功率都为，小组成员在这两种改进电路中，用电压表测量新接入的电热丝两端的电压，测量结果为和，，，但由于粗心没有记录和分别对应哪种方法。请根据上述信息判断哪种方法更节能，并计算这种方法中新接入的电热丝的阻值。
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参考答案：
1．B
【详解】根据电阻的影响因素可知，导体的材料、长度相同时，导体的横截面积越小，电阻越大，所以AB段导体的电阻大。
A．因为AB和CD段串联，根据串联电流规律可知，电流相等，故A错误；
B．根据可知，其他条件相同时，电阻越大，产生的电热越多，越容易着火AB段电阻大，所以越容易着火，故B正确；
C．根据可知，电阻越大，电压越大，AB段的电压大，故C错误；
D．根据分析可知，两段导体AB段的电阻大，故D错误。
故选B。
2．C
【详解】A．如图所示，只闭合S3时，电路中只有R1，已知此时电路中的电流为2A，R1的阻值为2.5Ω，则电源电压为
U=I1R1=2A×2.5Ω=5V
故A错误；
B．根据公式可知，电源电压不变，电路中的总电阻越大，功率越小，当只闭合开关S2时，定值电阻R1和R2串联，电路中的总电阻最大，功率最小，为低温档；当只闭合S1和S3时，定值电阻R1和R2并联，电路中的总电阻最小，功率最大，为高温档；当只闭合S2时，电路中只有R1，小于两电阻的串联，大于两电阻的并联，大于最小功率，小于最大功率，为中温档，故B错误；
C．只闭合S3时，电路中只有R1，已知此时电路中的电流为2A，R1的阻值为2.5Ω，则电热杯工作1min产生的热量为
Q=I12R1t=(2A)2×2.5Ω×60s=600J
故C正确；
D．加热100g水，水温由25°C升高到35°C，水吸收的热量为
Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×0.1kg×(35℃-25℃)=4.2×103J
故D错误。
故选C。
3．B
【详解】由题可知，电阻丝的电阻R1=R2=R3；
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
所以通过的电流和通过的电流大小之比为2∶1，故B正确；
C．通过的电流和通过的电流不相等，两个电阻的阻值相同，由U=IR可知电阻两端的电压和两端的电压不相等，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。
故选B。
4．B
【详解】A．茶壶盖上的孔与外界空气相通，其作用是使壶内外的气压相等，使水在重力的作用下可以顺利倒出，故A错误；
B．打开行驶的汽车的天 窗时，天窗外空气的流速大于车内空气的流速，根据流体压强与流速的关系可知，天窗外空气的压强小于车内空气的压强，车内空气被“抽”到车外，故B正确；
C．电脑上的散热孔的作用是通风散热，防止电脑运行时温度过高造成安全隐患，根据电流的热效应可知，硬件产生电热的多少与通风散热无关，故C错误；
D．在探究水沸腾的实验中，烧杯盖子上的孔的作用是使杯内外的气压相等，防止因气压过大而造成沸点升高，故D错误。
故选B。
5．C
【详解】如图所示，定值电阻和滑动变阻器串联，电压表测定值电阻两端的电压，电流表测通过电路的电流。如图乙可知，当R1=10Ω时，P1=3.6W，根据可知，此时电路中通过的电流为
则此时滑动变阻器两端电压为
根据串联电路中电流处处相等和总电压等于各部分电压之和可得
①
滑片P置于b端时，R1=50Ω，P2=2W，根据可知，此时电路中通过的电流为
则此时滑动变阻器两端电压为
根据串联电路中电流处处相等和总电压等于各部分电压之和可得
②
联立①②解得：R2=10Ω，电源电压U=12V
则滑片P置于b端时，R2两端电压即电压表示数为
滑片P置于b端时，通电1分钟产生的热量为
A．定值电阻为10Ω，故A正确，A不符合题意；
B．电源电压为12V，故B正确，B不符合题意；
C．滑片P置于b端时，闭合开关S，电压表的示数为2V，故C错误，C符合题意；
D．滑片P置于b端时，闭合开关S，通电1分钟产生的热量为24J，故D正确，D不符合题意。
故选C。
6．D
【详解】A．由图像可知，R2两端电压为1V时，电流为0.2A，则R2的阻值
R1两端电压为2V时，电流为0.2A，则R1的阻值
故A错误；
B．两电阻串联的总阻值
两电阻并联的总阻值
则两电阻串联与并联的总阻值之比为9∶2，故B错误；
C．将两电阻串联接入电路，通电后，由串联分压特点可得，R1两端电压与R2两端电压之比
故C错误；
D．将两电阻并联接入电路，各支路电压等于电源电压，通电1分钟，电流通过R1产生的热量与电流通过R2产生的热量之比
故D正确。
故选D。
7．B
【详解】A．探究电流通过导体产生的热量与导体电阻大小的关系，保持电流不变，改变电阻的大小，可以将两电阻丝并联在电路中，一个支路接入电流表，另一个支路接入变阻器和电流表，通过移动变阻器的滑片使另一个支路的电流和一个支路的电流相等，故A错误；
B．将其中一个电热丝接入电路中，通过移动变阻器的滑片改变电路中的电流，可以探究电流通过导体产生的热量与电流大小的关系，故B正确；
C．实验中，通过观察温度计的示数变化大小来比较电流通过电阻产生热量的多少，故C错误；
D．通电时间和电流大小未知，电流通过电热丝产生的热量不一定比通过电热丝产生的热量多，故D错误。
故选B。
8．A
【详解】A．额定功率大的灯泡在工作时的实际功率不一定大，额定功率小的灯泡的实际功率不一定小，额定功率大的灯泡不一定比额定功率小的灯泡亮，故A错误，符合题意；
B．电视机后盖的散热窗是为了把各电器元件由于电流的热效应产生的热量及时散失掉，防止电流的热效应造成的危害，故B正确，不符合题意；
C．电能表的功能，就是测量家庭电路中用电器消耗电能多少的仪表，故C正确，不符合题意；
D．使用电压表时，电压表的量程足够大，可以直接接在电源上，此时测量的是电源电压，故D正确，不符合题意。
故选A。
9． 电流 300 仍能
【详解】[1]根据控制变量法的思想，R1和R2的电阻相同，R3与R1并联进行分流，因此R1和R2的电流不同，所以可以探究电流产生热量与电流的关系。
[2]根据焦耳定律，R2产生的热量
Q=I2Rt=(1A)2×5Ω×1×60s=300J
[3]若将R3更换为10Ω的电阻，R3仍与R1并联进行分流，R1和R2的电流仍然不同，因此仍能完成该实验探究。
10． 4400 900 大于
【详解】[1]“220V 10(20)A”表示电能表应使用在电压为220V的电路中，电能表平时工作允许通过的最大电流为20A，他家同时可使用的用电器最大总电功率
P最大=UI最大=220V×20A=4400W
[2]600revs/(kW·h)表示用电器每消耗1 kW·h的电能，电能表转盘转600r，电能表转盘转18r消耗的电能
养生壶的实际功率
[3]养生壶的电热丝与电源线串联，通过它们的电流I和通电时间t相等，因为电热丝的电阻大于电源线的电阻，R电热丝>R电源线，所以由Q=I2Rt可知电流产生的热量Q电热丝>Q电源线，即电流通过电热丝产生的热量大于电流通过电源线产生的热量，所以，养生壶内部的电热丝通电后迅速升温，而与其相连的电源线却不热。
11． 见解析 增大电压 见解析
【详解】[1]铅笔芯的主要成分是石墨，属于导体，铅笔尖接触处电阻较大，由焦耳定律可知，在电阻和通电时间相同时，铅笔尖接触处产生的热量较多，温度较高，发出明亮的电火花。
[2][3]若让电火花更亮些，可以增大电压，从而增大了电流，由焦耳定律可知，在电阻和时间一定时，产生更多的热量，电火花更亮。
12． 热
【详解】[1]由于输电线有电阻，电流通过导体一部分电能转化为内能，造成电能的损耗，这种现象叫电流的热效应。
[2]根据焦耳定律可得，这段电路损耗的电能为
13． 大 热
【详解】[1][2]将电阻丝断头接上后，会因为接触不够紧密而导致导电能力弱，电阻增大，电阻工作时，电流做功会产生热量，即电流的热效应，由焦耳定律得，接头处产生的热量较多，导致温度过高产生安全隐患。
14．见解析
【详解】答：电热水壶在使用时，电热丝和导线串联，I电热丝＝I导线，通电时间t相同，而R电热丝远大于R导线，由Q＝I2Rt可知电流产生的热量：Q电热丝远大于Q导线，所以出现电热水壶底座内的发热体能很快将水加热使其升温，但跟电热丝连接的导线都不怎么热的现象。
因为凸透镜是中间厚、边缘薄，装水的玻璃杯就是一个放大镜，且手指在其焦点之内，成放大正立的虚像，使看到的手指变粗。
15．见解析
【详解】导线连接处由于导体有效横截面积小、电阻大，连接处与其两边导线串联，通过电流和通电时间相同。根据Q=I2Rt可知，连接处产生热量多，更容易发热，加速老化，甚至引发火灾。
16．
【详解】探究电流通过导体产生的热量与电流的关系的实验中，根据控制变量法可知：需要控制电流不同，电阻相同，通过比较相同阻值的电阻产生热量的多少来进行实验，故参与比较的电阻的阻值应该相等，通过R1和R3并联，以此来改变通过R3的电流大小，实验图如下
17．
【详解】探究电流产生热量与电阻关系，需保证电流一定，电阻不同，所以选择R1、R2串联，如下图所示：
18． 10.0 倒立、放大的实像 酒精 98 电流 电流不同
【详解】（1）[1][2]平行于主光轴的光线经凸透镜折射后过焦点，由图可知，该凸透镜的焦距为10.0cm，由图可知，蜡烛距离凸透镜的距离为15.0cm，此时，由凸透镜成像的规律可知，蜡烛成倒立、放大的实像。
（2）①[3]煤油温度计的测量最大值为150℃，酒精温度计的测量最大值为78℃，而水沸腾时的温度大约100℃，低于煤油温度计而高于酒精温度计，所以该实验不能用酒精温度计。
②[4]由图乙可知，温度计的分度值为1℃，液柱指在90℃上面第8小格上，因此温度计示数为98℃。
（3）[5][6]由图丙可知，装置中通过电阻R1和R2的电流不同，可知是探究电流产生的热量与电流的关系；由于电阻R1和R2串联，根据串联电路的电流特点可知，电流相等，装置中的电阻R3和R2并联，会分流R2的电流，使流过电阻R1和R2的电流不同。
19． 单向 5 变小
【详解】（1）[1]根据题意可知，利用伏安法测量LED灯正常工作时的电阻，LED灯、滑动变阻器和电流表串联在电路中，电压表并联接在LED灯的两端，电流必须从LED的“+”接线柱流入，“-”接线柱流出，如图所示
（2）[2]LED的“+”“-”接线柱接反时，电流无法通过LED灯，故LED灯不亮；当LED的“+”“-”接线柱正确连接时，电流通过LED灯，LED灯亮。由此可知，LED灯具有单向导电性。
（3）[3]根据欧姆定律可得，LED灯正常工作时的电阻为
（4）[4]由图乙可知，图像为I-U图像，由欧姆定律的变形公式可知，图像越来越陡，说明越来越大，LED灯的电阻越来越小。又由图乙可知，当LED灯的两端电压增大时，通过的电流也在增大，根据P=UI可知，LED灯的电功率增大，根据焦耳定律可知，由于电流通过LED灯产生热量，因此在相同的时间内，产生的热量增加，温度升高，由此可知，LED灯发光过程中，电阻温度升高时，LED灯的电阻值变小。
20．（1）4A；（2）；（3）方法一，825Ω
【详解】解：（1）S闭合后。电路中的电流
（2）通电100s电热丝产生的热量
（3）方法一更节能。两种方法的电路简图如下：
在方法一中的电热箱的功率为
在方法二中的电热箱的功率为
因为两次电热箱内的电功率相等，即
得
由W=UIt可得，方法一更节能。R0两次电压
因为电源电压保持不变，则RA和RB两端的电压，则
UB=U2=165V
R0两端的电压
电热箱内的电功率
在方法一中
R0两端的电压
电热丝RA的阻值
答：（1）闭合开关S后，求电路中的电流是4A；
（2）求通电100s电热丝 R0 产生的热量8.8×104J；
（3）方法一更节能，电热丝A的阻值为825Ω。
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