16.4科学探究：电流的热效应-福建省2023-2024九年级物理上学期期末专题复习

这是一份16.4科学探究：电流的热效应-福建省2023-2024九年级物理上学期期末专题复习，共16页。试卷主要包含了单选题，填空题，实验题，简答题，计算题等内容，欢迎下载使用。
一、单选题
1．（2022上·福建莆田·九年级统考期末）以下各种用电器中，主要利用电流热效应工作的是（ ）
A．电视机B．电冰箱C．电风扇D．电热水壶
2．（2022上·福建泉州·九年级统考期末）通过大量实验研究电流的热效应，为能量守恒定律的建立奠定了坚实基础，是以下哪位科学家（ ）
A．瓦特B．焦耳C．安培D．欧姆
3．（2022上·福建泉州·九年级统考期末）如图的用电器中，主要是利用电流热效应工作的是（ ）
A． 电风扇B． 笔记本电脑
C． LED台灯D．电饭锅
二、填空题
4．（2022上·福建三明·九年级统考期末）1841年，英国物理学家 发现了电流通过导体所产生的热量与导体的电流、电阻和通电时间的关系。家用电暖器工作时，电暖器很热，而与之串联的导线却不怎么热，其主要原因是导线的 比电暖器的小得多。
5．（2022上·福建泉州·九年级统考期末）如图甲，电源电压恒为8V，灯泡L1和L2的额定电压均为6V，L1和L2的I﹣U关系如图乙所示，当开关S闭合时，灯泡L1的实际功率为 W，通电1min整个电路消耗的电能为 J。

6．（2022上·福建泉州·九年级统考期末）闪电蕴含着巨大的能量，将来有可能成为一种新型清洁能源，若某次闪电的电压约为108V，电流约为2×104A，持续放电时间10﹣3s，则这次闪电释放的能量约为 J，若按1度电0.5元计算，这次闪电所含能量的价值约为 元（保留一位小数）。
7．（2022上·福建厦门·九年级统考期末）小夏在户外拓展训练中，将一张口香糖的包装锡纸撕成中间窄两端宽的条形，两端分别接在一节干电池的正负极上，锡纸就可以燃烧取火，如图。锡纸通电后燃烧是因为电流的 效应。锡纸从中间先燃烧起来，原因是锡纸中间部分 。
三、实验题
8．（2022上·福建漳州·九年级统考期末）在探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关的实验中，完全相同的密闭容器，里面密封着等量的空气，通过观察U形管中液面高度的变化来显示容器内空气温度的变化，闭合开关前，U形管内液面相平。
（1）甲装置可探究电流通过导体时产生热量的多少跟 有关；
（2）乙装置实验中，观察U形管内液面，可得到左边容器中导体产生的热量 。由此可知，其它条件相同时， 越大，导体产生的热量越多；
（3）让乙装置冷却到初始状态，把右侧并联的两根电阻丝R2、R3都放入容器中，接通电源一段时间后，发现乙装置中 侧U形管内液面的高度差较大。
9．（2022上·福建宁德·九年级统考期末）为了探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系”，在两个相同的烧瓶A、B中装入质量、初温均相等的食用油。瓶中的RA与RB是规格不同的电热丝（RA>RB），连接如图所示的实验电路。

（1）为了控制通电时间和电流相等，RA与RB应 在电路中。通电一段时间，A瓶中温度计示数更高，说明电流通过导体RA产生的 更多，以下采用与这种实验研究方法相同的实例是 （填选项）；
A．在探究杠杆的平衡条件时，要进行三组以上的多次实验
B．用木桩陷入沙坑的深度反映重锤重力势能的大小
通过以上实验得出：在电流、通电时间相同的情况下， ，产生的热量越多；
（2）小红想改装实验装置用来比较水和食用油的比热容大小，她将烧瓶B中的食用油换成质量相等的水，则两瓶中电热丝的阻值应 （选填“相等”或“不相等”）。
10．（2022上·福建三明·九年级统考期末）如图是探究“电流通过导体时产生热量多少与哪些因素有关”的实验，甲、乙装置的两个透明容器中密封着等量的空气。

（1）甲、乙实验通电前，需使两个U形管内的液面 ；
（2）乙装置可探究电流产生热量与 的关系。其中电阻R3的作用主要是使通过R1和R2的 不相等。将此装置接到电源两端，通电一段时间，在 （选填“左”或“右”）侧容器中产生的热量较多。若通电一段时间，其中一个U形管中的液面高度几乎不变，发生此现象的原因可能是 。
11．（2022上·福建泉州·九年级统考期末）在“探究影响电流热效应的因素”的实验中，用如图所示装置进行实验，甲、乙是两个完全相同的烧瓶，瓶内装有质量相等的煤油，瓶内连接的电阻丝的阻值分别为5Ω和10Ω，A、B是相同的温度计，还有满足实验要求的电源、滑动变阻器、电流表、开关和导线。
（1）实验选用煤油而不用水，主要是考虑到煤油的 比水的小，实验现象更明显。本实验是通过观察比较 来反映电流产生的热量的多少；
（2）闭合开关，移动变阻器的滑片，通电后观察到B温度计的示数比A温度计的示数升高得快。由此可得出的结论是 ；
（3）小明准备将甲、乙两烧瓶中的电阻丝并联，用于探究电流产生的热量与电流的关系。这种设想 （选填“可行”或“不可行”）。
12．（2022上·福建泉州·九年级统考期末）如图所示电路中，甲、乙、丙三烧瓶中分别装有等质量的水或煤油，瓶内电阻丝电阻的大小关系为R甲>R乙=R丙，瓶中均插有同型号的温度计。
（1）闭合S2，断开S1、S3，可用于探究串联电路中电流产生的热量与 的关系。若甲瓶温度升高较快，说明串联电路中 越大，电流产生的热量越多；
（2）要比较不同液体的比热容，必须同时闭合开关 ；此时， 瓶中的电阻被短路（选填“甲”、“乙”或“丙”）；
（3）该同学在本次实验中用到的研究方法是 。
13．（2022上·福建龙岩·九年级统考期末）在“探究电流产生的热量与电阻的关系”的实验中，提供了如图的实验器材，其中R1>R2。
（1）电路中电阻丝的连接方式是为了控制 和通电时间相同；电阻丝放出热量的多少，是通过 来进行判断的；
（2）闭合开关，经过一定的时间，用电阻丝R1加热的煤油温度升高了Δt1，用电阻丝R2加热的煤油温度升高了Δt2，那么Δt1 Δt2（选填“大于”、“小于”或“等于”）；
（3）实验中加热煤油而不用水的主要原因是 。
四、简答题
14．（2022上·福建泉州·九年级统考期末）小华家最近在装修新房子。安装电线时，小华爸爸为了节约成本，想选择比规定的规格细的铜芯导线。小华知道后，告诉爸爸这样选择会对电路造成危害。请你用所学的物理知识，解释小华爸爸若选择细的铜芯导线可能对电路造成的危害及其原因。
15．（2022上·福建泉州·九年级校联考期末）如图为物理兴趣小组把一根电阻丝截成长短不同的ab和cd两段，制成甲、乙两个电热锯，当有电流通过电阻丝ab或cd时，电阻丝就能切割塑料泡沫。当它们接在电源电压相同的电路中时，哪一个切割塑料泡沫更容易？为什么？
五、计算题
16．（2023上·福建宁德·九年级校考期末）如图甲所示为一家用电暖器，有“低温”、“中温”、“高温”三挡，铭牌如表所示（“高温”挡功率空出），S是自我保护开关，电暖器跌倒时，S自动断开，切断电源，保证安全，闭合S1、断开S2时为低温挡。
（1）低温挡正常工作时的电阻是多少？
（2）高温挡正常工作时的总电流是多少？
（3）若某房间空气质量为60kg，空气温度为10℃，设定空气的比热容为1.1×103J/(kg·℃)且保持不变，用该电暖器的高温挡正常工作20min，放出热量的50%被房间内的空气吸收，那么可使此房间内的空气温度升高到多少℃？
17．（2023上·福建莆田·九年级统考期末）如图所示，这是有加热和保温两挡的电热器工作电路图，电源电压U＝220V。发热体由R1和R2两个电热丝（阻值均不变）构成，其保温功率为220W；开关S1、S2闭合时，通过电热丝R2的电流为5A。求：
（1）处于保温挡时通过电热器的电流；
（2）开关S1、S2闭合时，电热丝R2在5min内产生的热量；
（3）电热器处于加热挡时正常工作0.5h消耗的电能。
18．（2022上·福建厦门·九年级统考期末）如图是家用电吹风的工作原理简图。电吹风工作时，可以分别吹出热风和冷风。已知此电吹风的热风档额定功率为1100W，通过电动机的电流为1A。某段时间电吹风在热风档正常工作，求：
（1）电路的总电流。
（2）电热丝的电阻。
（3）电动机线圈的电阻为2Ω，通电100s产生的热量。
19．（2022上·福建泉州·九年级统考期末）如图甲是一种电热紫砂壶，这种壶能自动调节炖汤的“火力”，炖出的汤不仅味道香醇，还可节约能源。图乙是它的简化电路图，接通电源后防干烧开关S1闭合（无水加热超过设定温度时自动断开），当汤的温度达到沸点时，开关S2自动断开，维持小火炖煮。图乙中L为“6V，10mA”的指示灯，R0为限流电阻，R1＝165Ω和R2＝55Ω均为加热电阻且阻值不随温度改变。求：
（1）指示灯L正常工作时，限流电阻R0阻值。
（2）正常工作时，电热紫砂壶在维持“小火”炖煮时，通过加热电阻R2的电流。
（3）正常工作时，求电热紫砂壶“大火”加热10min加热电阻产生的热量。
20．（2022上·福建泉州·九年级统考期末）如图甲为某款新型电饭煲，额定电压为220V，它采用了智能化控制不同时间段的烹饪温度，即“聪明火”技术，以得到食物最佳的营养和口感，图乙为其电路原理图，R1和R2为电阻不变的电热丝，S1是自动控制开关，将电饭煲接入220V电路中，在电饭煲工作的30min内，它消耗的电功率随时间的变化如图丙所示。求：
（1）5~10min，电饭煲的功率；
（2）15~30min，电饭煲产生的总热量；
（3）电热丝R1和R2的阻值分别为多少？
额定电压
220V
额定功率
低温挡
550W
中温挡
1100W
高温挡
质量
5kg
四个轮接触地面总面积
10cm2
参考答案：
1．D
【详解】A．电视机主要要电能转化为光能,不是利用电流热效应工作的，故A不符合题意；
B．电冰箱主要是把电能转化为机械能，利用了磁场对通电导体的作用工作的，故B不符合题意；
C．电风扇主要是把电能转化为机械能，利用了磁场对通电导体的作用工作的，故C不符合题意；
D．电热水壶是利用了电流的热效应，来给水加热的，故D符合题意。
故选D。
2．B
【详解】焦耳通过实验研究了电流通过导体产生热量和电流、电阻及通电时间的关系，总结出了焦耳定律，为能量守恒定律的建立奠定坚实实验基础。
故选B。
3．D
【详解】A．电风扇工作时主要把电能转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故A不符合题意；
B．笔记本电脑工作时主要把电能转化为光能和声能，不是利用电流热效应工作的，故B不符合题意；
C．LED台灯工作时主要把电能转化为光能，不是利用电流热效应工作的，故C不符合题意；
D．电饭锅工作时把电能转化为内能，是利用电流热效应工作的，故D符合题意。
故选D。
4． 焦耳 电阻（功率）
【详解】[1] 1841年，英国物理学家焦耳发现了电流通过导体所产生的热量与导体的电流、电阻和通电时间的关系，为了纪念他，能量的单位就是以焦耳来命名的。
[2]家用电暖器工作时，电暖器很热，而与之串联的导线却不怎么热，串联电流相同，导线的电阻小，家用电暖气电阻大，相同的时间内放出热量不同，故电阻不同，导致放出的热量不同。
5． 1 240
【详解】[1][2]由图甲知两个灯泡串联，由乙图知，当电路中的电流I=I1=I2=0.5A时，U1=2V，U2=6V，电源电压
此时灯泡L1的实际功率
通电1min整个电路消耗的电能
6． 2×109 277.8
【详解】[1]闪电的电压约为108V，电流约为2×104A，持续放电时间10﹣3s，则这次闪电释放的能量约为
[2] 这次闪电释放的能量为
若按1度电0.5元计算，这次闪电所含能量的价值约为
7． 热 电阻大
【详解】[1]锡纸通电后燃烧是因为电流通过锡纸产生热量，是电流的热效应，温度达到着火点，锡纸燃烧。
[2]锡纸撕成中间窄两端宽，则中间部分横截面积小，电阻大，当电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多，故中间部分先燃烧起来。
8． 电阻大小 较多 电流 左
【详解】（1）[1]甲装置中两电阻串联，通过两电阻丝的电流和通电时间相同，两电阻丝阻值不同，故可探究电流通过导体时产生热量的多少跟电阻大小有关。
（2）[2][3]乙装置实验中，R2与R3并联后再与R1串联，而容器内两电阻值相同，根据串联和并联电路电流的规律，通过R2的电流小于通过R1的电流，因左侧U形管内液面高度差较大，根据转换法，可知左边容器中电阻丝产生的热量较大，由此可知，其它条件相同时，电流越大，导体产生的热量越多。
（3）[4]让乙装置冷却到初始状态，把右侧并联的两根电阻丝R2、R3都放入容器中，因并联电阻R23小于5Ω，而R1=5Ω，根据Q=I2Rt，通过容器内电阻的电流和通电时间都相同，接通电源一段时间后，R1产生的热量多，故发现乙装置中左侧U形管内液面的高度差较大。
9． 串联 热量 B 电阻越大 相等
【详解】（1）[1]串联电路中电流处处相等，且用电器相互影响，同时工作，同时停止，所以为了控制通电时间和电流相等，RA与RB应串联在电路中。
[2][3]通电一段时间，A瓶中温度计示数更高，说明电流通过导体RA产生的热量越多，这叫做转换法；在探究杠杆的平衡条件时，要进行三组以上的多次实验，是为了寻求普遍规律，没有用到转换法；用木桩陷入沙坑的深度反映重锤重力势能的大小体现了转换法思想，故选B。
[4]通电时间和电流相等的情况下，电阻大的RA所在的烧瓶内水温上升更多，说明产生热量更多，说明在电流、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多。
（2）[5]比较水和食用油的比热容大小，应该使用相同的加热器，所以两瓶中电热丝的阻值应该相同。
10． 相平 电流 电流 左 装置漏气
【详解】（1）[1]根据转换法，通过U形管内的液面高度差显示电阻丝产生热量多少，故甲、乙实验通电前，需使两个U形管内的液面相平。
（2）[2][3]乙装置中，右侧两电阻并联后再与左侧电阻串联，容器内两电阻大小相等，根据并联和串联电路电流的规律，通过左侧容器内电阻的电流大于右侧，而通电时间相同，故可以探究电流产生的热量与电流的关系；其中电阻R3的作用主要是使通过R1和R2的电流不相等。
[4]将此装置接到电源两端，通电一段时间，根据2可知，左侧容器内电阻产生热量多。
[5]若通电一段时间，其中一个U形管中的液面高度几乎不变，可能是装置漏气了。
11． 比热容 温度计的示数变化量 电流和通电时间相同时，导体电阻越大，产生的热量越多 不可行
【详解】（1）[1][2]煤油的比热容比水小，质量相等且吸收相同热量时，煤油上升的温度比水更快。本实验是通过观察比较温度计的示数变化量来反映电流产生的热量的多少。
（2）[3]两电阻丝串联的目的是控制通过电阻丝的电流与通电时间相同，这可以研究电流产生的热量与导体电阻大小的关系。通电一段时间后，比较两烧瓶中温度计的示数，若B温度计的示数比A温度计的示数升高得快，由于，故可得出的结论是：在电流和通电时间相同时，电阻越大，导体产生的热量越多。
（3）[4]探究电热与电流的关系时，由公式可得，电阻和通电时间相同，而两个烧瓶中电阻丝的阻值是不相等的，故小明的的设想不可行。
12． 电阻 电阻 S1、S2、S3 甲 控制变量法和转换法
【详解】（1）[1]闭合S2，断开S1、S3时，甲、丙烧瓶中电阻丝串联，则流过两电阻丝的电流相等，但电阻不同，可用于探究串联电路中电流产生的热量与电阻大小的关系。
[2]两电阻丝串联，通过电阻丝的电流与通电时间相同，若甲瓶中的温度计示数升高的快，由于R甲>R丙，则说明电阻越大，导体产生的热量越多。
（2）[3][4]要比较不同液体的比热容，需使质量不同的液体吸收相同的热量，通过比较温度变化来比较比热容的大小。烧瓶中水和煤油的质量相等，水和煤油提吸收的热量通过烧瓶中的电阻丝来提供，为使电阻丝在相同的时间内提供的热量相等，根据电路可知，需同时闭合S1、S2、S3时，甲被短路，乙、丙烧瓶中的电阻丝并联（同时乙瓶和丙瓶内装不同液体），并联电路各支路两端电压相等，且R乙=R丙，由可得液体吸收的热量相同。
（3）[5]研究电流产生热量的多少通过观察温度计的示数变化来进行研究，所以该同学在转换法；探究串联电路中电流产生的热量与电阻的关系，需控制电流和通电时间相同，改变电阻；要比较不同液体的比热容，需控制不同液体吸收的热量和质量相同，所以本次实验中还用到的控制变量法。
13． 电流 温度计的示数变化 大于 煤油的比热容小于水的比热容
【详解】（1）[1]闭合开关，两电阻串联接入电路，串联电路各处电流相等，所以电路中电阻丝的连接方式是为了控制电流相等。
[2]电阻丝放出热量的多少不能直接观察，是通过温度计的示数变化来进行判断的，这种实验方法叫转换法。
（2）[3]闭合开关，因电流和通电时间相同，R1>R2，根据Q=I2Rt可知，经过一定时间，R1产生的热量多，根据可知Δt1大于Δt2。
（3）[4]为了在较短的时间内达到明显的实验效果，选用煤油而不用水做实验，主要是由于煤油的比热容小于水的比热容，质量相同吸收相同的热量，温度变化更明显。
14．见解析
【详解】在导线长度一定时，细的铜芯导线电阻比粗的铜芯导线的电阻更大，根据Q=I2Rt可知，在通过的电流相同时，电阻大的细的铜芯导线在相同时间内产生的热量会更多，更容易引起导线绝缘皮快速老化，甚至直接起火，带来危险。
15．见解析
【详解】甲电热锯，因为ab、cd为同一根电阻丝，即材料和横截面积相同，ab电阻丝长度短，电阻小，由可知，当电源电压相同时，ab电阻丝发热多、温度高，所以ab电阻丝更容易切割塑料泡沫。
16．（1）88Ω；（2）7.5A；（3）15℃
【详解】解：（1）闭合S、S1、断开S2时，电路为R1的简单电路，为低温挡，由铭牌可知，低温挡电热器正常工作时的功率为550W，低温挡正常工作时的电阻
（2）分析电路图可知，开关S、S2闭合时，电路为R2的简单电路，为中温挡，开关S1、S2同时闭合时，两个电阻并联，电路的总电阻最小，由可知电路的总功率最大，为高温挡，则高温挡功率为
P高=P1+P2=550W+1100W=1650W
则高温挡正常工作时电路中的电流为
（3）用电器高温挡工作20min放出的热量为
Q放=W=P高温t=1650W×20×60s=1.98×106J
空气吸收的热量为
Q吸=Q放η=1.98×106J×50%=9.9×105J
升高的温度为
答：（1）低温挡正常工作时的电阻是88Ω；
（2）高温挡正常工作时的总电流是7.5A；
（3）此房间内的空气温度升高到15℃。
17．（1）1A；（2）3.3×105J；（3）2.376×106J
【详解】解：（1）根据并联电路的电阻特点可知，只闭合开关S1时，电路的电阻最大，根据可知，电路消耗的电功率最小，因此电热器处于保温挡，根据P=UI可得，通过电热器的电流为
（2）开关S1、S2闭合时，两电阻并联，通过电热丝R2的电流为I2=5A，电热丝R2在5min内产生的热量为
（3）根据并联电路的电阻特点可知，开关S1、S2闭合时，电路的电阻最小，根据可知，电路消耗的电功率最大，因此电热器处于加热挡，此时通过电热丝R2的电流为I2=5A，电热丝R1的电流为I1=1A，电路的总电流为
电热器处于高温挡时电热器的电功率为
电热器处于加热挡正常工作t1=0.5h消耗的电能为
答：（1）处于保温挡时通过电热器的电流为1A；
（2）开关S1、S2闭合时，电热丝R2在5min内产生的热量为3.3×105J；
（3）电热器处于加热挡时正常工作0.5h消耗的电能为2.376×106J。
18．（1）5A；（2）55Ω；（3）200J
【详解】解：（1）由图可知电吹风在热风档正常工作时，电动机和电热丝并联，由可知，电路中的总电流为
（2）根据并联电路的电流特点可知，通过电热丝的电流为
由可知，电热丝的电阻为
（3）电动机线圈的电阻为2Ω，通过100s产生的热量为
答：（1）电路的总电流5A。
（2）电热丝的电阻为55Ω。
（3）电动机线圈的电阻为2Ω，通电100s产生的热量为200J。
19．（1）2.14×104Ω；（2）1A；（3）5.28×105J
【详解】解：（1）由电路图可知，指示灯L和R0串联，指示灯L正常工作时，通过灯泡所在支路的电流
I＝10mA＝0.01A
根据串联电路的电压特点可知限流电阻R0两端的电压
U0＝U﹣UL＝220V﹣6V＝214V
限流电阻R0阻值
（2）接通电源后防干烧开关S1闭合（无水加热超过设定温度时自动断开），当汤的温度达到沸点时，开关S2自动断开，此时R1、R2串联，维持小火炖煮。通过加热电阻R2的电流
（3）开关S1、S2都闭合时，R1被短路，只有加热电阻R2工作，此时电热紫砂壶“大火”处于加热状态，则电热紫砂壶“大火”加热10min加热电阻产生的热量
答：（1）指示灯L正常工作时，限流电阻R0阻值为2.14×104Ω；
（2）正常工作时，电热紫砂壶在维持“小火”炖煮时，通过加热电阻R2的电流为1A；
（3）正常工作时，求电热紫砂壶“大火”加热10min加热电阻产生的热量为5.28×105J。
20．（1）660W；（2）4.62×105J；（3）110Ω和220Ω
【详解】解：（1）由图丙可知，5~10min，电饭煲的功率为
P=660W
（2）由丙图可知15~30min，电饭煲以660W的功率工作5min，以440W的功率工作10min，根据焦耳定律的计算公式可得，电饭煲产生的总热量为
（3）当开关S和S1均闭合时，电阻R1与R2并联，电路的总电阻最小，电饭煲的功率较大，由图丙可知，此时电路的总功率
P=660W
只闭合开关S、断开S1时，电路为R1的简单电路，电饭煲功率较小，由图丙可知，此时电路的总功率为
P′=440W
根据电功率的计算公式可得，电阻R1的阻值为
电阻R2的电功率为
电阻R2的阻值为
答：（1）5~10min，电饭煲的功率为660W；
（2）15~30min，电饭煲产生的总热量为4.62×105J；
（3）电热丝R1和R2的阻值分别为110Ω和220Ω。