2021学年第十八章 电功率第4节 焦耳定律达标测试

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专项素养综合全练(九)实验探究:探究电热的影响因素类型一　电流和通电时间一定时,探究导体产生的热量跟电阻的关系1.(2021山东利津期末)实验桌上有两个完全相同的烧瓶,烧瓶内装有质量相等、初温相同的煤油和完全相同的温度计,烧瓶内还分别装有阻值不同且不变的电阻丝R1和R2,将它们与滑动变阻器、电源、开关以及导线组成如图所示的电路。小亮利用上述实验器材“探究电流通过电阻产生的热量跟什么因素有关。”(1)          小亮探究的是当　　　　和通电时间一定时,电流产生的热量跟　　　　的关系; (2)实验中,电流产生的热量无法直接测量,而是通过观察　　　　　　　　来比较,在以下三个实例中,没采用此方法的是　　　　(请选填序号)。 ①借助电动机提升重物的高度判断电流做功多少;②借助水压学习电压;③借助验电器两金属箔片张开的角度判断物体带电多少。2.(2022广东广州期末)如图所示,是探究电流通过导体时产生热量的实验装置,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。甲乙(1)实验中通过观察　　　　　　　　的变化来比较导体产生热量的多少。 (2)用甲装置进行实验时,通过控制A、B的通电时间和电路中的　　　　相等,来研究导体产生的热量与电阻的关系。 (3)在乙装置中,C、D透明容器中产生热量较多的是　　　　容器。如果流过C容器中电阻丝的电流为2 A,通电时间30 s,该容器中电阻丝产生的电热是　　　　J。 3.(2022河北定州期末)小明用如图所示的装置探究电流产生的热量与电阻的关系。已知R甲>R乙,烧瓶及配属装置的材料、规格相同。(1)甲、乙两烧瓶中应装入质量　　　　的煤油(选填“相等”或“不相等”)。实验过程中通过比较　　　　　　　　来反映电流产生热量的多少。 (2)将两电阻丝串联是为了控制通过电阻丝的　　　　和通电时间相等,闭合开关,通电一段时间后,观察发现　　　　瓶中煤油吸收的热量更多。 [拓展]小华提议:利用该装置改做“探究水和煤油吸热升温的快慢”的实验。为此,他们对装置及实验条件进行变换,一是甲、乙两烧瓶中安装的电阻丝的阻值　　　　(选填“相等”或“不相等”);二是将其中一个烧瓶中的煤油换成　　　　和初温相等的水。闭合开关,通电一段时间后,小华发现甲瓶中温度计示数升高10 ℃,乙瓶中温度计示数升高5 ℃,则　　　　(选填“甲”或“乙”)瓶中液体的比热容较大。 类型二　电阻和通电时间一定时,探究导体产生的热量跟电流的关系4.(2021广东深圳龙华期末)如图是探究电流通过导体时产生的热量跟什么因素有关的实验装置。甲、乙是完全相同的密闭容器,里面密封着等量的空气,闭合开关前,A、B两U形管内液面相平。(1)实验中通过观察U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化,这里采用的物理研究方法是　　　　; (2)该装置是探究在通电时间相同和　　　　相同的情况下,导体产生的热量与　　　　大小是否有关; (3)让实验装置冷却到初始状态,把右边并联的两根电阻丝都放入乙容器内,接通电源比较两容器内电阻丝产生的热量的多少。此时该装置是探究电流产生的热量跟　　　　的关系,一段时间后　　　　(选填“甲”或“乙”)容器中电阻丝产生的热量较多。 5.(2022辽宁沈阳皇姑期末)如图所示,在研究电流产生的热量与哪些因素有关的实验中,同学们猜想可能与电流大小、电阻大小以及通电时间长短有关。(1)甲密闭容器内电阻丝阻值为5 Ω,丙密闭容器外部,有一个阻值为5 Ω的电阻与丙容器内的电阻丝并联,目的是使通过甲、丙两密闭容器内电阻丝的　　　　不同,丙容器内电阻丝的阻值应为　　　　Ω,才能符合比较甲、丙来探究电流产生的热量与电流大小的关系。 (2)在第(1)问实验中测得,甲密闭容器内通过电阻丝的电流大小为1 A,则通过丙密闭容器中的电阻丝电流大小为　　　　A;U形管中液面高度差反映密闭容器内空气温度的变化,甲U形管中液面高度差大于丙U形管中液面高度差,由此可得出的结论是:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)通电一段时间后,U形管中液面高度变化最大的是　　　　。 
答案全解全析1.(1)电流　电阻　(2)温度计升高的示数　②解析　(1)图中两电阻串联,串联电路各处的电流相等,通电时间也相同,两电阻大小不同,故小亮探究的是当电流和通电时间一定时,电流产生的热量跟电阻的关系。(2)实验中,电流产生的热量无法直接测量,是利用温度计示数的变化来表示,这种物理学研究方法叫做转换法。①借助电动机提升重物的高度判断电流做功多少,采用了转换法;②借助水压学习电压,采用了类比法;③借助验电器两金属箔片张开的角度判断物体带电多少,采用了转换法。2.(1)U形管内液面高度差　(2)电流(3)C　600解析　(1)电流通过导体产生热量的多少不能直接观察,可以通过U形管内液面高度差的变化来比较导体产生热量的多少;(2)由装置甲可知,两阻值不同的电阻串联在电路中,而串联电路中电流处处相等,所以用甲装置进行实验时,通过控制A、B的通电时间和电路中的电流相等,来研究导体产生的热量与电阻的关系;(3)根据串联电路的电流特点可知,右端两个电阻中的总电流和左端的电阻中的电流相等,即I右=I左,两个5 Ω的电阻并联,根据并联电路的电流特点知I右=I内+I外,所以,I左>I内,烧瓶内的电阻丝阻值都是5 Ω,阻值相等,通电时间相等,通过电阻丝的电流不同,通过电阻丝的电流越大,电阻丝产生的热量越多,故产生热量较多的是C容器;C容器中电阻丝产生的电热Q=I2Rt=(2 A)2×5 Ω×30 s=600 J。3.(1)相等　温度计示数的变化　(2)电流　甲　[拓展]相等　质量　乙解析　(1)根据控制变量法的要求知,甲、乙两烧瓶中应装入质量相同的煤油,实验过程中通过比较温度计示数的变化来反映电流产生热量的多少,这用到了转换法;(2)两电阻串联,通电时间和电流相等,由Q=I2Rt得,电阻大的在相同时间产生的热量多,由于R甲>R乙,所以甲烧瓶中煤油吸收的热量更多;[拓展]利用该装置改做“探究水和煤油吸热升温的快慢”的实验,实际上是探究水和煤油比热容的大小,根据Q=cmΔt,需要保持水和煤油吸收的热量、质量相同。要保持吸收热量相等,就要保证电阻丝的阻值相等,所以需要在甲、乙两烧瓶中安装的电阻丝的阻值相等,除此以外还应将其中一烧瓶中的煤油换成质量和初温相等的水;闭合开关,通电一段时间后,小华发现甲瓶中温度计示数升高10 ℃,乙瓶中温度计示数升高5 ℃,根据Q=cmΔt可知吸收热量相同,质量相等时,升高的温度越少,比热容越大,所以乙瓶中液体的比热容较大。4.(1)转换法　(2)电阻　电流　(3)电阻　甲解析　(1)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形管液面高度差的变化来反映,采用的是转换法;(2)由图可知,甲、乙两个容器内的电阻大小相同,乙中5 Ω的电阻与另一5 Ω的电阻并联后再与甲中5 Ω的电阻串联,根据串并联电路电流的特点可知,通过甲容器内电阻的电流大于通过乙容器内电阻的电流;通电时间和电阻相同,电流不同,所以探究的是导体产生的热量与电流大小是否有关;(3)根据并联电路的电阻规律可得,乙容器中两个5 Ω电阻并联后的总电阻为2.5 Ω,小于5 Ω,即R甲>R乙;两容器内总电阻不相等,通电时间相等,电流相等,故探究的是电流产生的热量跟电阻的关系;通电一段时间后,由于电流相同(即I甲=I乙)、通电时间相同、R甲>R乙,根据Q=I2Rt可知,甲容器内的电阻丝产生的热量多。5.(1)电流　5　(2)0.5　在电阻和通电时间一定时,通过导体的电流越大,导体产生的热量越多　(3)乙解析　(1)装置中右侧容器中两个电阻并联后再与左侧容器中一个5 Ω的电阻串联,根据串联电路的电流特点可知,右端两个电阻中的总电流和左端的电阻中电流相等,即I右+I1=I左,即通过左右两密闭容器内电阻丝的电流不同;探究电流通过导体产生的热量与电流的关系时,要控制右侧容器中的电阻和左侧容器中5 Ω的电阻阻值相等,则右侧容器内电阻丝的阻值应为5 Ω;(2)根据并联电路的电压特点和两电阻阻值相等,可知支路中电流相等,I右=I1,根据I右+I1=2I右=I左,可知I右=I左=×1 A=0.5 A;左侧U形管中液面高度差大于右侧U形管中液面高度差,说明左侧电阻丝产生的热量多,则可得出结论:在电阻和通电时间一定时,通过导体的电流越大,导体产生的热量越多;(3)电流产生的热量与电流大小、电阻大小、通电时间的长短有关;甲、丙中的电阻和通电时间相同,甲中的电流大,产生的热量多;甲、乙中的电流和通电时间相同,乙的电阻大,产生的热量多,所以乙产生的热量是最多的,则乙的U形管中液面高度变化最大。