初中物理焦耳定律知識(shí)點(diǎn)及練習(xí)

初中物理焦耳定律知識(shí)點(diǎn)及練習(xí)焦耳定律是電學(xué)中的一個(gè)重要定律，它指出電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電流的平方成正比，與導(dǎo)體的電阻成正比，與通電時(shí)間成正比。其公式為Q=I2Rt，其中I，R，t為國(guó)際單位，Q的單位為焦耳。我們可以從電功和歐姆定律公式推導(dǎo)出焦耳定律公式。電熱器是利用電來(lái)加熱的設(shè)備，主要由發(fā)熱體組成。發(fā)熱體由電阻絲繞在絕緣材料上做成，具有高電阻率和熔點(diǎn)。在電動(dòng)機(jī)、電視機(jī)等電器中，電熱會(huì)造成危害，需要考慮散熱。在推導(dǎo)焦耳定律的過(guò)程中，我們可以得知：只有當(dāng)電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能時(shí)，電流產(chǎn)生的熱量才等于電流所做的功。例如，在給蓄電池充電時(shí)，電流通過(guò)蓄電池引起化學(xué)反應(yīng)，電流做的功大部分轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，只有一部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，因此蓄電池充電時(shí)，電流產(chǎn)生的熱量并不等于電功。焦耳定律揭示了電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)熱效應(yīng)的規(guī)律，實(shí)質(zhì)是定量地表示了電能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化的規(guī)律。焦耳定律的公式是U2t的形式，需要注意的是，歐姆定律只對(duì)純電阻電路才成立。因此，在焦耳定律的運(yùn)用中，需要根據(jù)問(wèn)題的條件具體分析和選擇公式。例如，在幾個(gè)導(dǎo)體串聯(lián)時(shí)，應(yīng)選用公式Q=I2Rt，以確定導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻R成正比；而在幾個(gè)導(dǎo)體并聯(lián)時(shí)，應(yīng)選用公式Q=U2t，以確定產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體的電阻成反比。由以上分析可知，應(yīng)用焦耳定律解釋電熱現(xiàn)象時(shí)，需要明確或比較電能轉(zhuǎn)化的熱量Q與電阻R的關(guān)系。此外，還需分清導(dǎo)體是串聯(lián)還是并聯(lián)，然后再根據(jù)電路的具體條件進(jìn)行分析，才能得出正確的結(jié)論。1.選D。電熱水壺利用電流熱效應(yīng)加熱水。2.選B。根據(jù)焦耳定律，電熱絲產(chǎn)生的熱量與電阻成正比，與電流平方成正比。因此，電阻值較大的電熱絲在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量較多。3.選B。串聯(lián)電熱絲的總電阻值較大，因此通過(guò)的電流較小，產(chǎn)生的熱量也較少，所需時(shí)間較長(zhǎng)。而并聯(lián)電熱絲的總電阻值較小，通過(guò)的電流較大，產(chǎn)生的熱量也較多，所需時(shí)間較短。因此，t串：t并=4:1。4.W1:W2=4:3；Q1:Q2=3:4。根據(jù)電路中串聯(lián)電阻的公式，串聯(lián)電阻的總電阻值為R=R1+R2=7Ω。因此，通過(guò)串聯(lián)電阻消耗的電能之比為W1:W2=R1I2:R2I2=3I2:4I2=3:4。根據(jù)電路中并聯(lián)電阻的公式，并聯(lián)電阻的總電阻值為1/R=1/R1+1/R2=7/12Ω。因此，通過(guò)并聯(lián)電阻產(chǎn)生的熱量之比為Q1:Q2=R1I22:R2I22=3I22:4I22=3:4。5.選9:4；選1:1。根據(jù)焦耳定律，熱量與電阻成正比，與電流平方成正比。因此，兩個(gè)電熱器電阻之比為3:2，通過(guò)的電流強(qiáng)度相同，在相同的時(shí)間里，它們產(chǎn)生的熱量之比為(3/2)2:(2/3)2=9:4。兩個(gè)電阻值相同的電熱器，如果通過(guò)的電流強(qiáng)度之比為1:2，在相同時(shí)間里，它們產(chǎn)生的熱量之比為12:(2/1)2=1:4。6.電能表是測(cè)量電能的工具。如圖所示是探究電流熱效應(yīng)跟電阻、電流和時(shí)間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。電阻絲R1的阻值是電阻絲R2的阻值的兩倍。接通電源后，R1、R2產(chǎn)生熱量之比為1:2。若將兩根電阻相同的電熱絲先串聯(lián)后并聯(lián)分別接在同一電源上，產(chǎn)生相等的熱量所需的時(shí)間之比t串:t并=2:1。7.選16∶9。根據(jù)歐姆定律，電阻與電流成正比，因此兩根導(dǎo)線通過(guò)的電流之比為3:4，通過(guò)單位時(shí)間內(nèi)的電能之比為3:4。根據(jù)焦耳定律，熱量與電阻成正比，與電流平方成正比，因此兩根導(dǎo)線中產(chǎn)生的熱量之比為(3/4)2:(4/3)2=16:9。8.不正確的是“它們都在額定電壓下工作相同時(shí)間”。不同的家用電器在工作時(shí)消耗的電能不同，因此相同的時(shí)間內(nèi)消耗的電能也不同。標(biāo)有“220V，60W”的字樣表示該電器在額定電壓下的額定功率為60W，但不代表它們?cè)谙嗤瑫r(shí)間內(nèi)消耗的電能相同。1.消耗的電能、電流做的功和產(chǎn)生的熱量是相互關(guān)聯(lián)的物理量，它們之間的關(guān)系由焦耳定律描述。根據(jù)焦耳定律，電能轉(zhuǎn)化為熱能的速率正比于電阻、電流和時(shí)間的乘積，即$Q=I^2Rt$，其中$Q$表示產(chǎn)生的熱量，$I$表示電流，$R$表示電阻，$t$表示時(shí)間。2.電褥子是利用電流通過(guò)電阻產(chǎn)生的熱量來(lái)工作的。如果小明想剪掉一段電阻絲，這個(gè)方法是不可行的，因?yàn)檫@樣會(huì)改變電褥子的電阻，進(jìn)而影響電流通過(guò)電褥子產(chǎn)生的熱量，可能導(dǎo)致電褥子無(wú)法正常工作或者過(guò)熱。3.當(dāng)電褥子沒(méi)接入電路時(shí)，電阻絲的電阻為零，因?yàn)殡娮杞z兩端沒(méi)有電勢(shì)差，電子無(wú)法流動(dòng)，電阻絲不會(huì)產(chǎn)生熱量。4.當(dāng)電壓為$U$時(shí)，用電熱絲燒水需要的時(shí)間為$t$秒。如果電壓降為原來(lái)的一半，即變?yōu)?\frac{U}{2}$，那么同樣燒開(kāi)這些水所需的時(shí)間應(yīng)為$4t$，因?yàn)殡姛峤z產(chǎn)生的熱量正比于電壓的平方，而燒開(kāi)水需要的熱量是一定的，所以時(shí)間需要增加到原來(lái)的$4$倍。5.連接電熨斗的導(dǎo)線不怎么熱，是因?yàn)閷?dǎo)線電阻小，產(chǎn)生的熱量少。電熨斗產(chǎn)生的熱量主要是通過(guò)電流通過(guò)電熱絲產(chǎn)生的，電熱絲的電阻遠(yuǎn)大于導(dǎo)線的電阻，所以導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量很少。6.正常工作一小時(shí)耗電接近1kW·h的家用電器是空調(diào)?？照{(diào)功率一般在1kW左右，工作一小時(shí)就耗電接近1kW·h。7.對(duì)焦耳定律的理解，正確的說(shuō)法是電流通過(guò)電阻產(chǎn)生的熱量與電流成正比。焦耳定律中的$Q=I^2Rt$中，$I$的平方表示電流通過(guò)電阻產(chǎn)生的熱量。8.將電流熱效應(yīng)作為工作原理的家用電器是電熱水器。電熱水器通過(guò)電流通過(guò)加熱管產(chǎn)生的熱量來(lái)加熱水，利用電流熱效應(yīng)來(lái)工作。9.在騎車(chē)發(fā)電烤面包比賽中，利用的是騎車(chē)發(fā)電利用了磁場(chǎng)對(duì)電流的作用。騎車(chē)發(fā)電的原理是利用磁場(chǎng)對(duì)電流的作用產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而產(chǎn)生電流，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流通過(guò)發(fā)熱體產(chǎn)生熱量，烤熟面包。10.在家庭電路中，導(dǎo)線相互連接處往往比別處更容易發(fā)熱，甚至引起火災(zāi)，原因是電流比別處大，產(chǎn)生的熱量多。連接處由于電阻較大，電流通過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，如果連接處接觸不良或者電線老化等因素導(dǎo)致電阻增大，就會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的熱量，引起火災(zāi)。11.小芳家夏天常用的“電熱驅(qū)蚊器”是利用電流通過(guò)電阻產(chǎn)生的熱量來(lái)工作的，通電100s產(chǎn)生的熱量需要根據(jù)具體參數(shù)計(jì)算得出。12.一度電可以供一盞“220V100W”的燈工作約0.45小時(shí)。一度電的定義是功率為1kW的電器工作1小時(shí)所消耗的電能，而一盞“220V100W”的燈功率為100W，所以一度電可以供它工作$\frac{1000}{100}=10$小時(shí)，即$1$度電可以供它工作$10$小時(shí)，約為$0.45$小時(shí)。1.小亮學(xué)習(xí)了電學(xué)知識(shí)后，研究了家中的電飯鍋。他畫(huà)出了電飯鍋的電路原理圖，并查看了電飯鍋的銘牌。銘牌上顯示電飯鍋的額定電壓為220V，加熱功率為1100W，保溫功率為44W，最大容積為3L。小亮想知道在電飯鍋正常加熱時(shí)，電路的電流是多少，以及電阻R1和R2的阻值和電熱之比是多少。他還想知道在要使電飯鍋加熱時(shí)，開(kāi)關(guān)S應(yīng)該閉合還是斷開(kāi)，以及R1和R2中哪個(gè)是加熱電阻。2.小強(qiáng)購(gòu)買(mǎi)了一臺(tái)自動(dòng)電熱水壺，銘牌上顯示為WL100F型號(hào)，額定電壓為220V，額定功率為1100W，容量為1L。他將1L的水加熱6分鐘，水壺自動(dòng)斷電。已知大氣壓為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，家庭電路電壓為220V。電熱水壺的電阻不變，水的初溫為20℃，c水=4.2×103J/（kg?℃），ρ水=1.0×103kg/m3。小強(qiáng)想知道這壺水吸收的熱量，電熱水壺的熱效率，以及在用電高峰期，電路中的實(shí)際電壓降為198V時(shí)，電熱水壺的實(shí)際功率。3.某品牌電熱水壺的銘牌上顯示額定電壓為220V，額定功率為1100W，容量為3L。我們需要計(jì)算電熱水壺正常工作時(shí)的電阻和電流，以及當(dāng)電熱水壺裝滿水時(shí)，將水從20℃燒開(kāi)需要吸收多少熱量。我們假設(shè)氣壓為一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，電熱水壺吸收的熱量忽略不計(jì)。此外，我們需要判斷售貨員宣傳的該電熱水壺?zé)_(kāi)一壺水僅需要5分鐘是否可信，通過(guò)計(jì)算來(lái)說(shuō)明理由。4.小明的媽媽購(gòu)買(mǎi)了一臺(tái)全自動(dòng)豆?jié){機(jī)，它的主要結(jié)構(gòu)包括一個(gè)帶動(dòng)刀頭的電動(dòng)機(jī)和一個(gè)金屬圓環(huán)形狀的電熱管，用來(lái)將原料進(jìn)行粉碎打漿和對(duì)液體加熱煮沸。豆?jié){機(jī)的銘牌顯示為SYL-624型號(hào)，額定電壓為220V。我們需要回答以下問(wèn)題：豆?jié){機(jī)正常工作時(shí)的最大電流是多少？豆?jié){機(jī)正常工作做一次豆?jié){，總共消耗的電能是多少？在一次豆?jié){機(jī)工作的時(shí)候，小明將家里的其他用電器都關(guān)閉，觀察到豆?jié){機(jī)的電熱管工作時(shí)，家里標(biāo)有“1200R/(kW·h)”字樣的電能表轉(zhuǎn)盤(pán)在1min內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)了20轉(zhuǎn)。此時(shí)電路的實(shí)際電壓是多少？1.在圖甲中，電路的電源電壓為6伏，滑動(dòng)變阻器R1標(biāo)有“100Ω2A”字樣。閉合開(kāi)關(guān)S后，電流表A1和A2的示數(shù)如圖乙所示。求：⑴電阻R2的阻值。⑵通電10秒鐘，電流通過(guò)電阻R2所做的功W2。⑶重新移動(dòng)滑動(dòng)變阻器R1的滑片P，使兩個(gè)電流表指針偏離零刻度的角度恰好相同。求此時(shí)變阻器R1消耗的功率P1。2.微波爐是一種清潔衛(wèi)生無(wú)污染，效率較高的家用電器。某微波爐的銘牌如下表所示。將質(zhì)量為275g、初溫為20℃的水放入該微波爐中用最大功率加熱1min，取出后測(cè)得水溫是40℃。若水的比熱容為4.2×103J/(kg·℃)。求：（1）微波爐加熱時(shí)，電路中的電流是多少？（2）加熱過(guò)程中消耗的電能是多少？（3）加熱過(guò)程中，水吸收的熱量是多少？（4）微波爐的效率是多少？3.如圖22所示，電源電壓U=18V。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P移至最左端時(shí)，小燈泡L正常發(fā)光，電流表的示數(shù)為0.5A；當(dāng)滑片P移至中點(diǎn)時(shí)，電流表的示數(shù)變?yōu)?.25A。（燈絲的電阻不隨溫度的改變而改變）求：（1）小燈泡的額定功率；（2）滑動(dòng)變阻器的最大阻值；（3）當(dāng)滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻為多少時(shí)，滑動(dòng)變阻器消耗的功率最大。4.現(xiàn)在我市許多家庭浴室使用天然氣熱水器來(lái)加熱水。某同學(xué)家安裝了天然氣熱水器，在一次使用時(shí)，進(jìn)入熱水器前水的溫度是20℃，流出熱水器熱水的溫度為40℃，所用水的體積為20L（1L=1dm3）。求：（1）水從熱水器中吸收了多少熱量？（2）若天然氣完全燃燒釋放熱量的70%被水吸收，需要消耗多少體積的天然氣？（天然氣的熱值q=4×107J/m3）5.家庭電路的電壓是220V，某空調(diào)器處于制冷狀態(tài)時(shí)的功率P1，送風(fēng)狀態(tài)時(shí)的功率P2，它們是交替運(yùn)行的，空調(diào)工作時(shí)主要消耗的電能是在制冷過(guò)程?，F(xiàn)測(cè)得此空調(diào)器在某時(shí)段內(nèi)的電功率隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖26所示。求：（1）空調(diào)器在前5min內(nèi)處于什么狀態(tài)？（2）此時(shí)通過(guò)空調(diào)器的電能是多少？電流是多少？在電學(xué)中，電流是指電荷在導(dǎo)體中移動(dòng)的速率。它的單位是安培（A），通常用電流表來(lái)測(cè)量。電流的大小取決于電壓和電阻的大小。在1小時(shí)內(nèi)，空調(diào)器消耗的電能是多少度？空調(diào)器的電能消耗取決于它的功率和運(yùn)行時(shí)間。如果我們知道空調(diào)器的功率（單位為瓦特，W）和它運(yùn)行的時(shí)間（單