184課時（練習）焦耳定律

18.4課時焦耳定律一、單選題1．將規(guī)格都是“220V、1000W”的一臺空調(diào)、一臺吹風機和電烤箱分別接入家庭電路中，通電時間相同，下列說法正確的是（）A．電烤箱產(chǎn)生的熱量最多B．空調(diào)產(chǎn)生的熱量最多C．吹風機產(chǎn)生的熱量最多D．三個用電器產(chǎn)生的熱量一樣多【答案】A【解析】家庭電路電壓是220V，三個電器都在額定電壓下工作，實際功率相同都是1000W，通電相同時間，由W=Pt可知，三個用電器在相同時內(nèi)消耗的電能相同。A．電烤箱工作時，電能全部轉化為內(nèi)能，產(chǎn)生的熱量最多，故A正確；B．空調(diào)工作時，大部分電能使壓縮機和電風扇轉動，轉化成機械能；只有一小部分電能使壓縮機和電風扇的線圈發(fā)熱，產(chǎn)生少量的熱量，故B不正確；C．吹風機工作時，一部分電能使風扇轉動，轉化成機械能；一部分電能使電熱絲發(fā)熱，產(chǎn)生熱量，故C不正確。D．三個用電器消耗的電能相同，但產(chǎn)生的熱量不同，故D不正確。故選A。2．下列用電器中，主要利用電流熱效應工作的是（）A．筆記本電腦B．電冰箱C．電風扇D．電暖器【答案】D【解析】A．筆記本電腦主要是把電能轉化為聲能和光能，不是利用電流的熱效應，該選項錯誤；B．電冰箱主要是把電能轉化為機械能，不是利用電流的熱效應，該選項錯誤；C．電風扇主要是把電能轉化為機械能，不是利用電流的熱效應，該選項錯誤；D．電暖器主要是把電能轉化為內(nèi)能，是利用電流的熱效應工作的，該選項正確．故選D。3．如圖所示，最先確定電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關的物理學家是（）A．歐姆 B．牛頓 C．伽利略 D．焦耳【答案】D【解析】A．歐姆總結了歐姆定律，用于研究電流和電阻的關系，故A不符合題意；B．牛頓發(fā)現(xiàn)了牛頓三定律，故B不符合題意；C．伽利略的貢獻：比薩斜塔實驗，理想斜面實驗和用斜面緩沖重力，證明了自由落體下落的高度與時間平方成正比，故C不符合題意；D．在大量實驗的基礎上，英國物理學家焦耳找出了電流產(chǎn)生的熱量與電流、電阻、通電時間的關系，即發(fā)現(xiàn)了焦耳定律，故D符合題意．故選D。4．我國科研人員研發(fā)了百米級第二代高溫超導帶材，使中國躋身該技術領域國際先進行列．假如所有導體都成了常溫下的超導體，那么當用電器通電時，下列說法正確的是A．白熾燈仍然能發(fā)光 B．電動機仍然能轉動C．電飯鍋仍然能煮飯 D．電熨斗仍然能熨燙衣服【答案】B【解析】白熾燈、電飯鍋、電熨斗都是利用電流熱效應工作的，根據(jù)焦耳定律Q＝I2Rt知，沒有電阻就不能產(chǎn)生電熱，所以用超導體材料制成的電熱器不能工作。故A、C、D不正確。電風扇是利用通電導體在磁場中受到力的作用而工作的，將電能轉化為機械能，所以用超導體材料制成的電風扇不但仍能工作，并且電能轉化為機械能的效率更高。故選：B。5．如圖是研究電流通過導體產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關的實驗，下列分析正確的是（）A．甲、乙兩次實驗都應用了控制變量法和轉換法B．甲實驗通電一段時間后，左側容器內(nèi)空氣吸收的熱量更多C．乙實驗是為了研究電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關系D．甲實驗是為了研究電流產(chǎn)生的熱量與電流的關系【答案】A【解析】A．甲、乙兩次實驗中用到的研究物理問題的方法是控制變量法和轉換法，故A正確；B．甲實驗兩電阻絲串聯(lián)，則通過電阻絲的電流和通電時間相同，右側電阻阻值大，由焦耳定律Q=I2Rt可知，右側電阻產(chǎn)生熱量多；則右側容器內(nèi)空氣吸收的熱量多，故B錯誤；C．乙實驗，右側電阻絲與另一電阻絲并聯(lián)，故左右空氣盒中電阻絲的電阻和通電時間相同，但通過電阻的電流不同，所以研究電流產(chǎn)生的熱量與電流的關系，故C錯誤；D．甲實驗兩電阻絲串聯(lián)，則通過電阻絲的電流和通電時間相同，其電阻值不同，所以是研究電流產(chǎn)生的熱量和電阻的關系，故D錯誤。故選A。6．家用洗衣機的主要部件是電動機，若一臺洗衣機在220V電路中正常工作時通過的電流為2A，每分鐘產(chǎn)生的熱量為960J，則下列說法中不正確的是（）A．電動機的功率為440W B．電動機線圈的電阻為C．電動機的發(fā)熱功率為16W D．電動機被卡住不轉動時，電功率為12100W【答案】B【解析】A．電動機的電功率為P=UI=220V×2A=440W故A正確，不符合題意；B．根據(jù)Q=I2Rt得線圈的電阻故B錯誤，符合題意；C．電動機的發(fā)熱功率為故C正確，不符合題意；D．電動機卡住時變?yōu)榧冸娮桦娐?，電功率故D正確，不符合題意。故選B。7．在如圖所示的電路中，閉合開關S，電源電壓恒為6V，電流表的示數(shù)為0.5A，電壓表V2的示數(shù)為4V。當把滑動變阻器的滑片移至最右端時，電流表的示數(shù)為0.3A。則下列結論正確的是（）A．R1的阻值為4ΩB．滑動變阻器的最大電阻值為160ΩC．電路消耗的最小總功率為0.18WD．當滑動變阻器的滑片移至最左端時，在10min內(nèi)電流通過R1產(chǎn)生的焦耳熱為5.4×104J【答案】A【解析】A．閉合開關S，R1與R2串聯(lián)，電源電壓U=6V電流表的示數(shù)為0.5A，表明流經(jīng)R1的電流I1=0.5A這時電壓表V2的示數(shù)為4V。則R1的兩端電壓U1=UU2=6V4V=2V根據(jù)可得R1的阻值故A正確；B．當把滑動變阻器的滑片移至最右端時，滑動變阻器的最大電阻值為R2max，流經(jīng)其的電流為I2=0.3A等于電路總電流。這時電路中R1和R2串聯(lián)，電源電壓U=6V對總電路而言利用歐姆定律有U=I2(R1+R2)代入數(shù)據(jù)有6V=0.3A(4Ω+R2max）解得R2max=16Ω故B錯誤；C．電路電源電壓一定，根據(jù)知道，總電阻R=(R1+R2max)最大時，電功率最小，只有R2=16Ω時電路消耗的總功率最小，故C錯誤；D．當滑動變阻器的滑片移至最左端時，滑動變阻器的電阻被短路，電路只有一個電阻R1在工作。根據(jù)焦耳定律Q=I2R1t以及I=U/R1，所以R1在10min內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱為故D錯誤。故選A。8．將規(guī)格都是“220V100W”的一臺電風扇、一臺電視機和一把電烙鐵分別接入同一家庭電路中，通電時間相同，下列說法正確的是A．三個用電器產(chǎn)生的熱量相同B．三個用電器消耗的電能相同C．電烙鐵消耗的電能最多D．電流通過電風扇做功最快【答案】B【解析】A、電風扇工作時，電能轉化成內(nèi)能和機械能；電視機工作時，電能轉化成內(nèi)能和光和聲；電烙鐵工作時，電能全部轉化成內(nèi)能，因此它們產(chǎn)生的熱量不相同，故A錯誤；BC、三個電器都在額定電壓下工作，實際功率相同都是100W，相同時間內(nèi)電流通過三個電器做的功以及消耗的電能一樣多，故B正確、C錯誤；D、三個用電器的額定功率相同，在家庭電路中工作，實際功率相同，所以電流做功快慢相同，故D錯誤．故選B．9．把一個標有“10V3W”的小燈泡和定值電阻R串聯(lián)后接在電壓為12V的電源上（如圖所示），小燈泡恰能正常工作．該電路工作10s定值電阻產(chǎn)生的熱量是A．60JB．36JC．30JD．6J【答案】D【解析】串聯(lián)電路分壓，所以可知電阻兩端的電壓為12V10V=2V，小燈泡正常發(fā)光，則可知電路中的電流為3W/10V=0.3A，所以該電路工作10s定值電阻產(chǎn)生的熱量是Q=UIt=2V×0.3A×10s=6J，故應選D。10．如圖所示是探究“電流通過導體時產(chǎn)生熱量的多少與哪些因素有關”的實驗裝置，兩個透明絕熱容器中密封著等質(zhì)量的空氣，U形管中液面高度的變化反應密閉空氣溫度的變化，下列說法正確的是A．甲實驗是為了研究電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關系B．甲實驗通電一段時間后，左側容器內(nèi)空氣吸收的熱量比右側容器內(nèi)空氣吸收熱量少C．乙實驗是為了研究電流產(chǎn)生的熱量與電流的關系D．電流通過導體時產(chǎn)生熱量的多少是通過U形管中液面的高度差來反映的【答案】D【解析】解答：A、裝置甲中一個5Ω的電阻與兩個5Ω的電阻并聯(lián)后再串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點可知，右端兩個電阻的總電流和左端的電阻電流相等，即，兩個5Ω的電阻并聯(lián)，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點知，兩電阻阻值相等，則支路中電流相等，I1=I2，所以右邊容器中的通過電阻的電流是左側通過電流的一半，即是研究電流產(chǎn)生的熱量與電流的關系，故A錯誤；B、根據(jù)選項A分析，由可知，左邊容器中的電阻產(chǎn)生的熱量多，所以左側容器內(nèi)空氣吸收的熱量更多，故B錯誤；C、在乙裝置中，容器中的兩個電阻絲串聯(lián)，通過它們的電流I與通電時間t相同，左邊容器中的電阻小于右邊容器中的電阻，所以乙實驗是為了探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻大小的關系，故C錯誤；D、據(jù)實驗裝置可知，電流通過導體產(chǎn)生熱量使容器中的空氣受熱膨脹，從而導致U型管中的液面會發(fā)生變化，雖然產(chǎn)生熱量的多少不能直接觀察，但可以通過U型管液面高度差的變化來反映，故D正確．故選D．二、填空題11．均標有“220V60W”的白熾燈、電風扇和電熱器并聯(lián)在家庭電路中，都正常工作時，相同時間內(nèi)電流做功____（選填“相等”或“不相等”）；相同時間內(nèi)產(chǎn)生熱量Q電風扇____（選填“大于”、“小于”或“等于”）Q電熱器。【答案】相等小于【解析】[1]由題意知，白熾燈、電風扇、電熱器的額定電壓都是220V，額定功率都是60W，把它們并聯(lián)在照明電路中，它們都能正常工作，由W=Pt可知，在相同時間內(nèi)電流做功相等。[2]電風扇工作時，主要把電能轉化為機械能，產(chǎn)生很少的熱量，電熱器工作時，把電能幾乎全部轉化為熱量。12．如圖所示的電路電源電壓為6V，電阻R的阻值是10Ω．閉合開關S，當電動機被卡住時，電流表的示數(shù)為0.5A；當電動機正常轉動時，電流表的示數(shù)為0.2A．正常工作10s，電動機消耗的電能是_____J，線圈產(chǎn)生的熱量是_____J．【答案】80.8【解析】[1]由題意可知，電動機正常轉動時的電流I＝0.2A，串聯(lián)電路中電流處處相等，由I=可得，定值電阻R兩端電壓：UR＝IR＝0.2A×10Ω＝2V已知電源電壓U＝6V，則電動機兩端電壓：UM＝U﹣UR＝6V﹣2V＝4V正常工作10s，電動機消耗的電能：W＝UMIt＝4V×0.2A×10s＝8J[2]電動機被卡住時為純電阻用電器，已知此時電流表的示數(shù)I′＝0.5A，由I=可得，電路中的總電阻：R總===12Ω則線圈電阻：RM＝R總﹣R＝12Ω﹣10Ω＝2Ω電動機正常轉動時，線圈產(chǎn)生的熱量：Q＝I2RMt＝(0.2A)2×2Ω×10s＝0.8J．13．學習了電學知識以后，好學的李明仔細觀察了家中電熱水壺的銘牌(如右表所示)，電熱水壺正常工作時的功率為________W。他將電熱水壺中裝滿水，通電1.5min后，測出水溫從20℃上升到40℃。在此過程中，水吸收熱量_________________J。[c水＝4.2×103J/(kg·℃)]【答案】10008.4×104【解析】用電器正常工作時的功率即為額定功率，從表格中可以看出該電熱水壺額定功率為1kw，故電熱水壺正常工作時的功率為1000W；計算水吸熱公式Q=cmΔt；由表格中數(shù)據(jù)可得水的質(zhì)量為1kg；溫度變化量40℃20℃=20℃；故Q=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×1kg×20℃=8.4×104J。14．某電池容量為4200mAh，，電池電壓為3.7V。用一個標有“輸出5V4A”的快速充電器，將電池從零電量充滿。充電效率為84%，需要______min。快充充電線比普通充電線要粗一些，這是因為正常工作時，通過快充充電線的______較大?！敬鸢浮?5.5電流【解析】[1]電池充滿電需要的電能為設需要充電時間為t1，則代入數(shù)據(jù)解得[2]快充充電線的電流比普通電流要大，所以充電線要粗一些，使得導線電阻要小一些，可以減小電流熱效應產(chǎn)生的熱量。15．如圖甲所示，是某種電熱飲水機的簡化電路示意圖，圖乙是它的有關參數(shù)。它有加熱和保溫兩種工作狀態(tài)（由機內(nèi)溫控開關S0自動控制），當開關S，S0閉合時，飲水機處于______狀態(tài)（填“加熱“或“保溫“），R2的電阻是______Ω。【答案】加熱1170【解析】[1]由電路圖可知，開關S0斷開時，兩電阻串聯(lián)，電路電阻較大；開關S0閉合時，只有電阻R1接入電路；因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，所以，當溫控開關S0閉合時，電路中的電阻較小，由可知，電壓一定時，電熱飲水機的功率較大，處于加熱狀態(tài)；當溫控開關S0斷開時，電路中的電阻較大，電功率較小，飲水機處于保溫狀態(tài)。[2]電熱飲水機處于加熱狀態(tài)時，電路為R1的簡單電路，由可得R1的電阻電飲水機處于保溫狀態(tài)時，R1與R2串聯(lián)，則由可得電路中的總電阻因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，所以R2的電阻R2=R總R1=1210Ω40Ω=1170Ω三、實驗題16．如圖甲、乙是“探究電流通過導體產(chǎn)生熱量的多少跟什么因素有關”的實驗裝置，兩個透明容器中密封著等量的空氣．（1）實驗中，用_____反映密閉空氣溫度的變化（2）圖甲可探究電流產(chǎn)生的熱量與_____的關系，通電一段時間后，_____（選填“左支“右”）側容器中電阻產(chǎn)生的熱量多．（3）乙裝置中的電阻R3的作用主要是_____．（4）如果乙裝置中R3發(fā)生了斷路，在通電時問相間的情況下，與R3未發(fā)生了斷路之前相比較，左側U型管中液面的高度差將_____（選填“變大變小”或“不變”）（5）生活中我們經(jīng)常見到“電爐絲熱得發(fā)紅，而與它相連的導線卻不熱”這一現(xiàn)象，可用上面圖_____（選填“甲”或“乙”）的實驗結論來解釋．【答案】U形管中液面高度的變化電阻大小右使通過R1和R2的電流不相等變小甲【解析】(1)據(jù)試驗裝置可知，電流通過導體產(chǎn)生熱量使得容器中的空氣受熱膨脹，從而導致U型管中的液面會發(fā)生變化，故雖然熱量的多少不能直接觀察，但可以通過U型管液面高度差的變化來反映；(2)在甲裝置中,將容器中的電阻絲串聯(lián)起來接到電源兩端,通過他們的電流I與通電時間t相同,探究導體產(chǎn)生的熱量與電阻的關系;甲實驗兩電阻絲串聯(lián),則通過電阻絲的電流和通電時間相同,右側電阻阻值大,由焦耳定律Q=I2Rt可知，右側電阻產(chǎn)生熱量多；則右側容器內(nèi)空氣吸收的熱量多，(3)圖乙的裝置在實驗中，右側容器的外部，將一個完全相同的電阻和這個容器內(nèi)的電阻并聯(lián)，再接入原電路，使通過左邊容器中電阻的電流與通過右邊容器中電阻的電流不同，可以探究電流產(chǎn)生的熱量與通過導體的電流大小的關系；(4)當乙裝置中R3發(fā)生了斷路時,電路中只有R1和R2串聯(lián),此時電路中的總電阻變大,電路中電流變小,根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt在相同時間內(nèi),電阻絲R1產(chǎn)生熱量變小,與步驟(3)相比較，則左側U型管中液面的高度差將變小；(5)電爐絲和連接的導線串聯(lián)在電路中(通過的電流相等)，與甲實驗的原理相同，所以可以用甲實驗解釋“電爐絲熱得發(fā)紅，而與它相連的導線卻不怎么熱”．17．如果甲、乙是“探究電流通過導體產(chǎn)生熱量的多少跟什么因素有關”的實驗裝置，兩個透明容器中密封著等質(zhì)量的空氣。(1)電流產(chǎn)生的熱量不易直接測量因此在本實驗中是通過觀察兩個U形管中的液面高度差的變化來比較電流通過電阻絲產(chǎn)生的熱量的多少，這里采用了______的研究方法。(2)甲圖所示裝置可探究電流通過導體產(chǎn)生的熱量的多少與______的關系通電一段時間后，______(選填“左”或“右”）側容器中電阻產(chǎn)生的熱量多。(3)乙圖所示的裝置是用來探究電流通過導體產(chǎn)生的熱量與______的關系，乙裝置中的電阻R3的作用主要是______。(4)如果乙裝置中R3發(fā)生了斷路，在通電時間相同的情況下，與R3未發(fā)生了斷路相比較，左側U形管中液面的高度差將______。（選填“變大”“變小”“不變”）(5)生活中我們經(jīng)常見到“電爐絲熱得發(fā)紅，而與它相連的導線卻不熱”這一現(xiàn)象，可用上面圖______（選填“甲”或“乙”）的實驗結論來解釋?！敬鸢浮哭D換法電阻右電流使通過R1和R2的電流不相等變小甲【解析】(1)[1]電流通過導體產(chǎn)生熱量的多少不能直接觀察，但可以通過液面高度差的變化來反映，這種研究方法叫轉換法。(2)[2][3]甲裝置中，將容器中的電阻絲串聯(lián)起來接到電源兩端，通過它們的電流I與通電時間t相同，電阻不同，可探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關系，左邊容器中的電阻小于右邊容器中的電阻，由Q=I2Rt可知，右邊容器中的電阻產(chǎn)生的熱量多，溫度升得較快，則右側U形管中液面的高度差大。(3)[4][5]圖乙的裝置在實驗中，右側容器的外部，將一個完全相同的電阻和這個容器內(nèi)的電阻并聯(lián)，再接入原電路，使通過左邊容器中電阻R1的電流與通過右邊容器中電阻R2的電流不同，可以探究電流產(chǎn)生的熱量與通過導體的電流大小的關系。(4)[6]當乙裝置中R3發(fā)生了斷路時，電路中只有R1和R2串聯(lián)，因R2的阻值大于R2與R3并聯(lián)的阻值，所以此時電路中的總電阻變大，電路中電流變小，根據(jù)Q=I2Rt可知，在相同時間內(nèi)，電流通過電阻絲R1產(chǎn)生熱量變少，則左側U形管中液面的高度差將變小。(5)[7]電爐絲和連接的導線串聯(lián)在電路中（通過的電流相等），通電時間是相同的，而電爐絲的電阻比導線的電阻大，與甲實驗的原理相同。四、計算題18．某同學家里某段時間內(nèi)共有兩件用電器在工作，一盞“220V，40W”的燈（燈泡電阻不變），一臺“DYIA（R3）”型的空調(diào)機?？照{(diào)機正常工作時的電壓為220V，總功率為880W，內(nèi)部線圈電阻為3.5Ω。求：(1)正常工作時，兩件用電器的總功率；(2)如果小燈泡的工作電壓是110V，它的實際電功率；(3)該空調(diào)機正常工作1.5h，線圈電阻產(chǎn)生的熱量?！敬鸢浮?1)920W；(2)10W；(3