初中物理人教版九年级全册第4节 焦耳定律一课一练

人教版物理九年级全册《18.4 焦耳定律》同步练习

一 、单选题（本大题共10小题，共30分）

1.（3分）如图所示，两个透明容器中密封着等量的空气，、两形管内液面相平，电阻丝的电阻，某同学用如图所示装置进行实验，探究电流通过导体产生的热量跟什么因素有关，下列说法正确的是
 

A. 通过的电流小于通过的电流
B. 两端的电压和两端的电压相等
C. 通电后，管的液面将会比管的液面高
D. 此实验在探究电流通过导体产生的热量与电流是否有关系

2.（3分）下列情况中不属于防止电热危害的是

A. 电脑主板上装有导热板
B. 家庭电路一般安装自动保护装置，当电流过大时，自动切断电源
C. 电动机外壳有许多散热片
D. 用电饭煲煮饭

3.（3分）把一个标有“”的小灯泡和定值电阻串联后接在电压为的电源上如图所示，小灯泡恰能正常工作。该电路工作定值电阻产生的热量是
 

A.  B.  C.  D.

4.（3分）下列家用电器中，主要利用电流热效应工作的是

A. 电饭锅 B. 洗衣机 C. 电风扇 D. 电视机

5.（3分）把两个阻值不同的电阻R1和R2串联，则总电阻（  ）

A. 介于两个电阻之间 B. 比任何一个电阻都要小
C. 比任何一个电阻都要大 D. 可能等于其中的一个电阻

6.（3分）如图所示的家用电器中，利用电流热效应工作的是

A. 笔记本电脑 B. 电冰箱
C. 电熨斗 D. 洗衣机

7.（3分）如图为“探究焦耳定律”的实验装置。两个相同的烧瓶中密封初温相同、质量相等的煤油，通电一段时间后，右侧玻璃管中液面比左侧高。下列说法正确的是
 

A. 通过玻璃管中液面的高度判断电流产生热量的多少，这种方法是控制变量法
B. 该装置用于探究电流通过导体产生的热量多少与电阻大小的关系
C. 通过右侧电阻丝的电流比左侧小
D. 右侧电阻丝的阻值比左侧小

8.（3分）甲、乙两电热丝电阻之比为：，通过的电流之比为：，则相同时间内产生的热量之比为

A. ： B. ： C. ： D. ：

9.（3分）小明发现家里的电工师傅在连接线路的时候，因为导线长度不够，就把两根导线连接起来使用，学习了电学知识的小明制止了师傅的这个做法，这会导致连接处往往比别处更容易发热，加速老化，甚至引起火灾，原因是通电时连接处比别处的（    ）。

A. 电流更大 B. 电阻更大 C. 通电时间更短 D. 发热功率更小

10.（3分）通过电阻的电流为，在相等的时间内产生的热量是，当电阻为，电流是时，在相等的时间内产生的热量为

A.  B.  C.  D.

二 、填空题（本大题共5小题，共20分）

11.（4分）无水箱式电热水器具有体积小、加热快的优点，图甲是它的工作原理图。 
 
温控器：水温传感器测量到出水温度并将信息传给微电脑芯片，微电脑芯片将测量到的水温和预先设定的温度进行比较，然后即时控制温控器内的两个开关的状态，从而让喷头喷出预先设定温度的热水。请在图乙虚线框中补齐温控器内的两个开关。 
水压控制开关：当热水器内没有水或水压过低时，图丙所示的水压控制开关能确保电热水器停止工作。图中顶杆必须具有很好的______性才能防止漏电。 
家庭电路中该电热水器在正常电压下工作，当喷头喷出水的流量为时，的冷水经过加热后温度最高可达，已知通过电热水器的电流为，则该电热水器的加热效率多少？如果此时还要进一步提高水温，应该怎样调节冷水的流量的大小？

12.（4分）小明为了探究电流产生的热量与电流大小的关系，利用阻值相等的电阻丝、、，设计了如图甲所示电路，将电阻丝和 ______ 填“”或“”分别放在如图乙所示的两个相同装置中，实验通过形管中 ______ 反映电阻丝产生热量的多少。通过实验分析可知，当电阻和通电时间相同时，通过电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越 ______ 。
 

13.（4分）小张家买了一台电烤炉，他查看说明书后得知：电烤炉有“低温”和“高温”两个挡位，如图所示为电烤炉的简化电路图，电路中、均为电热丝，，。忽略温度对电热丝电阻的影响。开关、都闭合时，电烤炉处于 ______ 档，此挡位下通电，电流通过电阻产生的热量为 ______ 。
 

14.（4分）图示电路中，电源电压不变，电阻，，闭合开关，电流表的示数为，则通电电阻产生的热量为 ______ 。
 

15.（4分）用电热水器铭牌如图甲所示把质量为水由加热到，水吸收的热量是______J.电热水器是利用电流的______工作的。若电热转化效率为，加热水的过程中，图乙所示的电能表的转盘转过______转。 
 

三 、简答题（本大题共2小题，共12分）

16.（6分）初春时节，新冠疫情来袭，小征的爸爸是一名志愿者，每天结束忙碌的工作后，为了小区的群众安全，义务到小区门卫岗亭值夜班，岗亭里没有暖气，为了给爸爸取暖，小征把家里的电取暖器送到岗亭使用。接通电源工作一段时间后，小征发现电阻丝热的发红，而连接电阻丝的导线却不怎么热。请你根据学过的物理知识，帮助小征解释产生此现象的原因。
 

17.（6分）如图是一个手持电熨斗，它操作方便．通电后用它夹住潮湿衣服的袖口、领口来回拉伸，就可以实现烫熨．请你用学过的知识回答问题：  
电熨斗的发热原理是什么？  
衣服上方的“白气“是计么物态变化形成的？  
它是通过什么方式改变衣服内能的？
 

四 、实验题（本大题共1小题，共6分）

18.（6分）探究电流通过导体产生的热量的实验，用图甲或乙都可以。为了缩短实验时间，甲图容器里用的是煤油而不是水，原因是煤油比水的 ______ 小，升温快；乙图容器里用的是气体而不是液体，原因是气体比液体受热体积变化 ______ 。若图乙通电相同时间，。气球、、、体积由大到小的顺序是 ______ 。 
 

五 、计算题（本大题共2小题，共24分）

19.（12分）一台电热水器的铭牌上标有“”字样，电热水器中装有的水，将这些水从加热到电热器正常工作了，。求： 
这些水从加热到需要吸收的热量； 
该电热器的效率保留百分号前一位小数。

20.（12分）如图为小颖同学设计的电热水器的原理图，该电热水器具有加热、保温功能。图中电磁继电器线圈电阻不计、热敏电阻、保护电阻、电压恒为的电源、导线等组成控制电路。当电磁铁线圈中的电流时，继电器上方触点和触点接通；当电磁铁线圈中的电流时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点和触点、接通。热敏电阻中允许通过的最大电流，其电阻随温度变化的规律如图，热敏电阻和加热电路中的三只电阻、、均置于储水箱中。已知、、、。 
 
衔铁被吸下时，加热电路的总电阻是多大？ 
保温状态下，若加热电路的发热功率等于热水器散热功率的，求分钟内热水器散失的热量。 
为使控制电路正常工作，保护电阻的阻值至少为多大？若为该值，衔铁刚好被吸下时储水箱中水温是多少？

答案和解析

1.【答案】C;

【解析】解：、由题知，电阻丝的电阻，装置中右侧两电阻并联后再与串联，并联电路干路电流等于各支路电流之和，所以，故错误； 
根据可知两端的电压大于两端的电压，故错误； 
、电阻丝的电阻，而通过电阻的电流大于的电流，通电时间相同，由可知，容器中电阻产生的热量多，则管的液面将会比管的液面高，故正确； 
、容器中两电阻的阻值不同，通过两电阻的电流不同，根据控制变量法可知此实验不能探究电流通过导体产生的热量与电流是否有关，故错误。 
故选：。 
在串联电路中电流处处相等；在并联电路中干路电流等于支路电流之和；根据比较和两端的电压； 
利用焦耳定律分析判断； 
电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关，根据控制变量法分析可知。 
此题主要考查的是学生对“电流通过导体产生的热量与电流的关系”实验的理解和掌握，注意控制变量法和转换法的运用，同时考查了学生对焦耳定律的理解和应用。
 

2.【答案】D;

【解析】解：电脑主板上装有导热板是为把各电器元件产生的热量及时散失掉，故不符合题意； 
B.家庭电路一般安装自动保护装置，当电流过大时，自动切断电路，是防止由于电热而引起火灾，故不符合题意； 
C.电动机外壳有许多散热片，是通过增大散热面积来防止电热的危害的，故不符合题意； 
D.用电饭煲煮饭，是应用电热的例子，故符合题意。 
故选：。 
电流通过导体时，导体本身要发热，叫做电流的热效应，产生的电热有时是有害的，必须及时排出。 
此题主要考查对电热的应用及预防措施的了解，用电器工作时如果温度过高，会造成危害，要考虑如何散热。
 

3.【答案】A;

【解析】解：灯泡正常发光时的电压，功率， 
因串联电路中各处的电流相等， 
所以，由可得，灯泡正常发光时电路中的电流：， 
因串联电路中总电压等于各分电压之和， 
所以，两端的电压：， 
该电路工作定值电阻产生的热量：。 
故选：。 
灯泡正常发光时的电压和额定电压相等，根据串联电路的电流特点和求出电路中的电流，根据串联电路的电压特点求出两端的电压，根据求出该电路工作定值电阻产生的热量。 
此题主要考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率公式、电功公式的应用，要注意灯泡正常发光时的电压和额定电压相等。
 

4.【答案】A;

【解析】解：  
洗衣机、电风扇主要是把电能转化为机械能，电视机在工作时，主要将电能转化为光能和声能，故不合题意；  
只有电饭锅是把电能转化为内能，是利用电流的热效应，符合题意．  
故选A． 
电流的热效应就是把电能转化为内能．可从能量转化的角度分析哪一用电器是利用了电流的热效应．  
这道题主要考查学生对：电流的热效应，以及电能和其它形式能的相互转化．是一道基础题．
 

5.【答案】C;

【解析】解：由串联电阻规律可知，串联电阻的总电阻比任何一个分电阻的阻值都大． 
故选 C．
 

6.【答案】C;

【解析】解：  
A、电脑主要是把电能转化为光能和声能等，不是利用电流热效应工作的，故A不合题意；  
B、电冰箱工作时主要是压缩机消耗电能，主要将电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故B不合题意；  
C、电熨斗工作时主要将电能转化为内能，是利用电流热效应工作的，故C符合题意；  
D、洗衣机工作时主要是电动机消耗电能，主要将电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故D不合题意。  
故选：。 
电流通过导体要发热的现象叫做电流的热效应，电饭煲、电饭锅、电炉、电烙铁等都是利用电流的热效应制成的加热设备，工作时消耗电能转化为内能。 
该题考查了电流的热效应的应用及其能量转化，利用热效应工作的电器特点是把电能主要转化成内能。
 

7.【答案】B;

【解析】解： 
、通过玻璃管中液面的高度判断电流产生热量的多少，这属于转换法，故错误； 
、由图知，两电阻丝串联，根据串联电路的电流特点可知，各处的电流是相同的；通过电阻丝的电流和通电时间均相同，由于左右两侧电阻丝的阻值不同，所以探究的是电流通过导体产生的热量多少与电阻大小的关系，故正确，错误； 
、两个相同的烧瓶中密封初温相同、质量相等的煤油，通电一段时间后，右侧玻璃管中液面比左侧高，说明电流通过右侧电阻丝产生的热量多；电流和通电时间均相同，根据焦耳定律可知，右侧电阻丝的阻值大，故错误。 
故选：。 
根据转换法分析； 
根据控制变量法分析； 
在串联电路中，各处的电流是相同的； 
形管中的液面越高，表明产生的热量越多，结合焦耳定律进行解答。 
该题考查了控制变量法和转换法在焦耳定律实验中的应用，注意两导体串联时电流相等，导体产生热量的多少是通过形管液面的变化来反映的。
 

8.【答案】B;

【解析】解：由题意可知，：：，：：， 
由可得，在相同时间内产生的热量之比：，故正确。 
故选：。 
知道两导体的电阻之比和通过的电流之比，根据焦耳定律求出相同时间内产生的热量之比。 
此题主要考查了焦耳定律计算公式的应用，是一道常见题目。
 

9.【答案】B;

【解析】略
 

10.【答案】C;

【解析】解：原来电阻通电时间为时产生的热量： 
， 
电阻为，电流是时，在相等的时间内产生的热量： 
 
故选C． 
知道通过电阻的电流为，根据焦耳定律得出在时间内产生的热量；当电阻为，电流是时，根据焦耳定律求在相等的时间内产生的热量． 
该题考查了学生对焦耳定律的掌握和运用，属于基础题目．
 

11.【答案】绝缘;

【解析】解：经分析可知，两电热丝可以独立工作，且各有一个开关控制，故温控器内的两个开关如下图方式连接： 
 
为防止漏电，水压控制开关的顶杆必须具有很好的绝缘性； 
设加热时间，则加热水的体积： 
， 
由可得，加热水的质量： 
， 
水吸收的热量： 
 
 
， 
消耗的电能： 
， 
则加热效率： 
， 
每分钟消耗的电能一定，即水吸收的热量一定，要提高水温，应减小加热水的质量，即减小进入热水器的冷水的流量。 
答：如上图所示； 
绝缘； 
该电热水器的加热效率为；进一步提高水温的可行措施：调小进入热水器的冷水的流量。 
由甲图可知，温控器控制两个电热丝的通断，微电脑芯片通过比较测量到的水温和预先设定的温度确定两电热丝的工作，当水温较低时两个电热丝均工作，水温较高时让其中的一个电热丝工作即可，水温高时两电热丝均不工作，据此可知两开关并联； 
由图丙可知，顶杆与弹性金属薄片和开关接触，为防止漏电应具有很好的绝缘性； 
设加热时间为，根据水的流量可知加热水的体积，根据求加热水的质量，利用求出水吸收的热量，利用求出消耗的电能，再根据求出加热效率；水吸收的热量一定，要提高水温，应减小加热水的质量，据此进行解答。 
该题考查了开关电路图的设计、顶杆性质的判断和电功与热量的综合计算，明白无水箱式电热水器的工作原理和特点是解答该题的关键。
 

12.【答案】;

【解析】解：图中右侧两电阻并联后再与左侧电阻串联，三个电阻大小相等，根据并联和串联电路电流的规律，通过左侧电阻的电流大于通过右侧电阻的电流，而通电时间相同，故可以研究电流产生的热量与电流的关系； 
实验中可以通过分别观察两个形管中液面高度差变化来比较电流通过电阻丝所产生热量的多少； 
通过实验分析可知，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。 
故答案为：、液面高度变化；多。 
电流通过导体产生的热量与通过的电流、导体的电阻和通电时间有关，研究与其中一个因素的关系时，要控制另外两个因素不变，结合串联、并联电路电流的规律分析； 
实验中可以通过分别观察两个形管中液面高度差变化来比较电流通过电阻丝所产生热量的多少； 
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。 
本题探究“导体产生的热量与什么因素有关”，考查控制变量法、转换法、串联和并联电路的规律及焦耳定律的运用。
 

13.【答案】;

【解析】解：当闭合，断开，、串联；当、闭合时，被短路，电路为的简单电路； 
因串联电路中的总电阻大于任一分电阻，所以由可知，电路为的简单电路时，电路中的电阻最小，电功率最大，电烤炉为高温挡；、串联时，电路中的电阻最大，电功率最小，电烤炉为低温挡； 
当、闭合时，电烤炉处于高温挡时，电路为的简单电路，此挡位下通电，电流通过电阻产生的热量为： 
。 
故答案为：高温；。 
由可知，当电源电压一定时，电路电阻越大，功率越小，根据电路图分析电路结构，结合串并联电路电阻规律和可知各挡位时电路的连接，根据算出通电，电流通过电阻产生的热量。 
此题主要考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率和电功公式的灵活运用，正确的判断电烤炉处于不同挡位时电路的连接方式是关键。
 

14.【答案】72;

【解析】解：设电源电压为，根据并联电路的电压、电流关系可知：，解得。则通电电阻产生的热量。 
故答案为：。 
并联电路中，干路电流等于支路电流之和。 
在纯电阻电路中，电阻产生的热量可用焦耳定律或其变形式进行计算。 
本题我们还可以根据并联电路的分流特点，用比例法求得通过的电流，然后再用焦耳定律求得其产生的热量。
 

15.【答案】4.2×106 ; 热效应 ; 5000 ;

【解析】解：水吸收的热量： 
； 
电热水器工作时把电能转化为内能，是利用电流热效应工作的； 
由可得，消耗的电能： 
， 
因“”知道每消耗电能表的转盘转圈， 
所以，电能表的转盘转过的圈数： 
。 
故答案为：；热效应；。 
知道水的质量和比热容以及初温、末温，根据求出水吸收的热量； 
电流流过导体时导体发热，这种现象是电流的热效应； 
根据求出消耗的电能，“”知道每消耗电能表的转盘转圈，据此求出电能表的转盘转过的圈数。 
该题考查了吸热公式和效率公式的应用以及电热水器的原理等，明白电能表参数的含义是关键。
 

16.【答案】答：因为电阻丝和导线是串联，通过的电流相等。但电阻丝的电阻比导线的电阻大得多，根据Q=I2Rt，在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多，所以电阻丝热的发红，而连接电阻丝的导线却不怎么热。;

【解析】 
由焦耳定律知道，电流通过导体产生的热量跟电流的平方、导体电阻大小和通电时间成正比。电阻丝和连接的导线串联在电路中通过的电流相等、通电时间是相同的，而电阻丝的电阻比导线的电阻大，据焦耳定律分析判断。 
此题主要考查对焦耳定律及应用、串联电路电流关系的了解和掌握，知道电炉丝和相连接的铜导线为串联是本题的关键。
 

17.【答案】答：  
电熨斗主要是利用电流的热效应工作的；  
烫熨衣服时，衣服上方的“白气”是衣服上的水汽化出的水蒸气，遇冷液化形成的小水滴；  
在用电熨斗烫熨衣服时，衣服从电熨斗上吸收热量，温度升高，是通过热传递改变衣服的内能的．;

【解析】 
当电流通过电阻时，电流做功而消耗电能，产生了热量，这种现象叫做电流的热效应；  
“白气”是指的小液滴，它是水蒸气遇冷发生液化的结果；  
改变物体内能的方式有两种：做功和热传递．  
本题通过烫熨衣服考查了电流的热效应、液化现象和改变内能的方式，体现了物理来源于生活，又服务于社会的理念．
 

18.【答案】比热容  明显  CDBA;

【解析】解： 
因为煤油的比热容较小，在质量和吸热相同的情况下，温度变化明显，实验效果更明显； 
同等的气体和液体，在受热相同时，气体的体积变化较明显，易于观察体积的变化； 
乙装置中、并联，电源电压不变，时间相同时，根据可知，电阻越小产生的热量越多，因此。 
甲装置中、串联，通过、的电流相同，时间相同时，根据可知，电阻越大产生的热量越多，因此。 
由于串联起分压作用，因此串联电路中、两端电压都小于电源电压，故由可知，，； 
因此、、、四个气球胀大的程度从大到小的排列顺序是。 
故答案为：比热容；明显；。 
水和煤油相比，煤油的比热容较小，质量相同的两种物质，吸收相同的热量，煤油的温度变化较大； 
空气受热膨胀时体积较明显； 
根据和进行分析，产生的热量越大，气球膨胀越大。 
此题通过实验探究电流通过导体产生的热量的影响关系、比热容的应用，难度不大。
 

19.【答案】解： 
（1）这些水从20℃加热到30℃需要吸收的热量： 
Q吸=cm（t-） 
=4.2×103J/（kg•℃）×50kg×（30℃-20℃） 
=2.1×106J； 
（2）由Q=W=Pt可得，电热水器正常工作15min所产生的热量： 
Q放=W=Pt=3000W×15×60s=2.7×106J； 
此热水器的加热效率： 
η=×100%=×100%≈77.8%。 
答：（1）这些水从20℃加热到30℃需要吸收的热量为2.1×106J； 
（2）此热水器的加热效率为77.8%。;

【解析】 
知道水的质量和初温、末温以及比热容，根据求出水吸收的热量； 
电热水器正常工作时的实际功率和额定功率相等，根据求出电热水器正常工作所产生的热量； 
水吸收的热量和消耗电能产生热量的比值即为热水器的加热效率。 
此题主要考查了电功与热量的综合计算，涉及到吸热公式和电热公式、效率公式的应用，是一道较为简单的计算题。
 

20.【答案】解：（1）由电路图知：衔铁被吸下时，R1、R2并联， 
由并联电路的特点知：=+ 
电路总电阻R===22Ω； 
（2）由电路图知，保温状态下：R2、R3串联， 
10min加热电路产生的热量Q=t=×600s=1.32×105J， 
10分钟内热水器散失的热量Q′===1.65×105J； 
（3）由图乙可知，热敏电阻的最小值是R=200Ω， 
当R最小，控制电路中的电流不超过最大值时，保护电阻R0阻值最小， 
由I0=得：保护电阻R0的最小值R0=-R=-200Ω=200Ω， 
由题意知，衔铁刚好被吸下时，电路电流I=10mA=0.01A， 
此时电流总电阻R总===600Ω， 
此时热敏电阻R=R总-R0=600Ω-200Ω=400Ω， 
由图2可知，此时水温为60℃。 
答：（1）衔铁被吸下时，加热电路的总电阻是22Ω； 
（2）10分钟内热水器散失的热量是1.65×105J； 
（3）保护电阻R0的阻值至少为200Ω， 
衔铁刚好被吸下时储水箱中水温是60℃。;

【解析】 
由电路图知：衔铁被吸下，继电器下方触点和触点、接通时，加热电路中电阻最小，由可知电路功率最大，处于加热状态；当继电器上方触点和触点接通时，加热电路电阻较大，由可知电路功率较小，电路处于保温状态； 
衔铁被吸下时，电阻与并联，由并联电路特点可以求出加热电路的总电阻； 
先由功率公式求出加热电路在保温状态下内电路产生的热量，然后根据题意求出热水器散失的热量； 
由热敏电阻的图象找出热敏电阻的最小阻值，此时电路电流最大，根据电路的最大电流求出控制电路保护电阻的最小阻值，这是控制电路正常工作的最小阻值；求出衔铁刚好被吸下时热敏电阻的阻值，然后由图象找出该阻值对应的温度，这就是储水箱中水的温度。 
该题考查了求加热电路处于加热状态时的电阻、分钟热水器散失的热量、保护电阻的最小阻值、水的温度等问题，考查的内容较多；分析清楚电路结构是本题正确解题的前提与关键；要正确解题，需要熟练掌握并联电路的特点、电功公式、欧姆定律等知识。