物理人教版第4节 焦耳定律课堂检测

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1. 在探究电流通过导体产生的热量跟什么因素有关的实验中，某同学将两只阻值不同的电阻丝R1、R2分别密封在两个完全相同的烧瓶中，并设计了如图所示的装置．已知R1＜R2 ， 装入烧瓶的煤油质量相等，下列有关此探究活动的各种表述，正确的是
A. 在相同的通电时间内，电阻丝R1产生的热量较多
B. 此装置可探究电流通过导体产生热量与电阻大小是否有关
C. R1、R2并联是为了控制电流大小一定
D. 电流通过导体产生的热量的多少是通过电阻大小来体现的
【答案】B
【解析】
A、由焦耳定律可知，在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多，故电阻丝R2产生的热量较多，故A错误；
B、两电阻串联，则两电阻中的电流相等，通电时间相同，电阻不同，所以探究的是热量与电阻大小的关系；故B正确；
C、R1、R2串联是为了控制电流大小一定，故C错误；
D、当电阻丝通电后，电流产生热量使煤油温度升高，温度计示数上升，因此可根据温度计示数的大小可知电阻产生热量的多少，故D错误．
故选B．
2. 用电热丝烧水，当电压为U时，t秒内可将水烧开．如果电压降为原来的一半，则同样烧开这些水所需的时间应为 （ ）
A. t／4B. t／2C. 2tD. 4t
【答案】D
【解析】
根据题意烧开相同一壶水时，水吸热相等，即电热丝产生的热量相等，
∴根据可得：
解得：
故选D．
点睛：注意理解当电压降一半时，根据可知，功率为降至原功率的四分之一，不要以为电功降一半，功率也降一半．
3. 我们知道，电炉通电后，电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却不怎么发热，其原因是（ ）
A. 导线的电阻小B. 电炉丝的电阻小
C. 通过导线的电流大D. 通过电炉丝的电流大
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】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．电炉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，而电炉丝的电阻比导线的电阻大，据焦耳定律分析判断．电炉在使用时，电炉丝和导线串联，I电炉丝=I导线，通电时间t相同，
∵Q=I2Rt，R电炉丝＞R导线，
∴电流产生的热量：
Q电炉丝＞Q导线，
从而出现电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却不怎么发热的现象；
由上述分析可知选项B、C、D都不正确．
故选A．
4. 在电源插座上插入一个大功率的电炒锅一段时间后，往往在插座处发热，产生该现象的原因是：
A. 通过插座处的电流比其它地方大
B. 插座处的金属导热性能好
C. 通过插座处的电量比其它地方多
D. 插座处的电阻比较大
【答案】D
【解析】
在电源插座上插入一个大功率的电炒锅一段时间后，往往在插座处发热，产生该现象的原因是插座处的电阻比较大．D选项是正确的．
5. 电炉丝通电后热得发红，而跟电炉丝连接着的铜导线却不怎么热，原因是
A. 铜导线比电炉丝传热快，所以不怎么热
B. 铜导线有绝缘层，所以不怎么热
C. 铜导线的电阻小，消耗电能小，炉丝的电阻大，消耗电能多，所以热得发红
D. 通过电炉丝的电流比通过电线的电流小
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】电炉丝跟铜导线串联，通过它们的电流大小和通电时间相等，由于电炉丝的电阻大，根据焦耳定律知，电炉丝产生的热量多，通电后热得发红，而铜导线电阻少，故不怎么热。由上述可知选项A、B、D都不正确，C正确。
故选C。
6. 如图所示是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验，下列分析正确的是
A. 甲、乙两次实验都应用了理想实验法
B. 甲实验通电一段时间后，左侧容器内空气吸收的热量更多
C. 乙实验是为了研究电流产生的热量与电阻的关系
D. 乙实验通电一段时间后，右侧U形管中液面的高度差比左侧的小
【答案】D
【解析】
A、甲、乙两次实验中用到的研究物理问题的方法是控制变量法和转换法，故A错误．
B、甲实验两电阻丝串联，则通过电阻丝的电流和通电时间相同，右侧电阻阻值大，由焦耳定律可知，电阻大产生热量多，即右侧容器内空气吸收的热量多，故B错误；
C、乙实验，两空气盒中电阻丝的电阻和通电时间相同，但右侧电阻丝与另一电阻丝并联，两侧空气盒通过电阻的电流不同，可以研究电流产生的热量与电流的关系，故C错误；
D、乙实验，左右空气盒中电阻丝的电阻和通电时间相同，但右侧电阻丝与另一电阻丝并联，电流小，左侧电流大，由焦耳定律可知，左侧电阻产生热量多；则左侧容器内空气吸收的热量多，气体压强大，所以左侧U形管中液面的高度差比右侧的大，故D正确；
故选D．
7. 如图所示，甲乙两个瓶中的电阻丝R1、R2分别为5 Ω、10 Ω，两瓶内装有初温相同的等量的煤油，将R1、R2串联并通电一段时间，读出甲乙两支温度计的读数．这是探究
A. 电热与电流的关系B. 电热与电阻的关系
C. 电热与通电时间的关系D. 电热与电压的关系
【答案】B
【解析】
电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关．控制电流和通电时间相同，两个电阻串联时，两个电阻的电流相等，通电时间相等，故探究电流产生热量多少跟电阻的关系．
故选B．
8. 如图所示，在四个相同水槽中盛有质量相等和温度相同纯水，现将阻值为R1、R2的电阻丝（R1A.
B.
C.
D.
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】由串并联电路特点可知，串联电路电阻越串越大，并联电路电阻越并越小；由电路图及已知R1＜R2可知，图D中电路总电阻最小，四个电路电压相等，通电时间相等，Q=t可知，D产生的热量最多，水吸收的热量越多，水的温度最高，故选D。
【点评】电路产生的热量越多，水吸收的热量越多，水的温度越高，由串并联电路的特点判断各电路的阻值大小、熟练应用电功公式是正确解题的关键．
9. 两根相同的电阻丝，将它们串联或并联接入电压相同的电源上，电路中产生相等的热量所需的时间分别为t串和t并 ， 则t串：t并等于（ ）
A. 1：4 B. 4：1 C. 1：2 D. 2：1
【答案】B
【解析】
设每根电阻丝的电阻为R，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
使用两电阻串联时，电路中的总电阻，
因为并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和，
使用两电阻并联时，电路中总电阻，
根据可得，，
将它们串联或并联后接入电压相同的电路中，即电压相等，
要获得相同的热量，则两种方式的加热时间之比：
故选B．
点睛：重点是电功率的比较及计算，注意灵活运用公式，可以看出电功率与电阻反比，然后根据串、并联电阻的总电阻可快速得出产生相等热量时的时间比．
10. 电熨斗通电一段时间后，熨斗面很烫，而连接电熨斗的导线却不怎么热，这是因为
A. 导线的电阻远小于熨斗的电阻，导线消耗的电能很少
B. 导线的散热比熨斗快
C. 通过导线的电流远小于通过熨斗的电流
D. 导线外有绝缘皮隔热
【答案】A
【解析】
电熨斗使用时，熨斗和导线是串联关系，电流相同、通电时间相同，
熨斗电阻较大，而导线的电阻很小，根据，在电流相等时，电阻大产生的热量多，从而出现通电一段时间后电熨斗变得很烫、而连接电熨斗的导线却不怎么热的现象；
分析可知，选项BCD错、A正确．
故选A．
二、多选题
11. 下面的说法中正确的是（ ）
A. 1000W电炉累计正常工作50h，耗电50度
B. 标有“36V 60W”字样的灯泡，只有接在36V的电压下，灯泡才能正常发光
C. 两盏25W的电灯正常工作10h，耗电0.5kW•h
D. 标有“220V 40W”字样的电烙铁，正常工作25h，耗电1kW
【答案】ABC
【解析】
A．电炉消耗的电能，故A正确；
B．灯泡的额定电压为36V，说明灯泡在36V的电压下能达到额定功率，即正常发光，故B正确；
C．两盏灯消耗的电能，故C正确；
D．电烙铁的功率为40W，则通电25h消耗的电能，而非1KW，KW为功率的单位，故D错误．
故选ABC．
点睛：重点是电功公式的应用，计算中注意单位要统一，得出单位要么是焦耳，要么是千瓦时，不可混用，否则得出的单位不是常用单位．
12. 一个电炉的电阻丝和一台电动机线圈的电阻相同，工作时通过它们的电流也相同，电动机正常运转，则在相同的时间内：
A. 电炉和电动机产生的热量相等
B. 电炉产生的热量大于电动机产生的热量
C. 电炉和电动机消耗的电能相等
D. 电动机消耗的电能大于电炉消耗的电能
【答案】AD
【解析】
试题分析：电炉电路和电动机电路焦耳定律都适用．根据焦耳定律Q=I2 Rt，得，电炉和电动机的电阻相同，电流相同，则在相同的时间内电炉和电动机产生的电热相等，故A正确，B错误；电动机消耗的电能一部分转化为内能，另一部分转化为机械能，电炉消耗的电能全部转化为内能，而相等时间内它们产生的热量相等，则在相同的时间内，电动机消耗的电能大于电炉消耗的电能，电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率，故
C错误，D正确，故选AD．
考点：焦耳定律在实际中的应用
三、填空题
13. 如图所示，直流电动机通过电流做功提升重物．已知电源电压80V，电压表示数60V，线圈电阻1.5Ω，电动机正常工作时，通过线圈的电流2A，在10s内电动机将重物提升了40m，此过程中消耗电能________ J,电流通过线圈产生的热量________ J．
【答案】 (1). 1200 (2). 60
【解析】
试题分析：电动机消耗电能计算公式为W=UIt=60V×2A×10s=1200J；电动机线圈产生的热量公式为Q=I2Rt=（2A）2×1.5Ω×10s=60J．
考点：电动机的计算
14. 焦耳定律的内容是：电流通过导体产生的热量跟 ________ 成正比，跟 ________成正比，跟通电时间成正比．
【答案】 (1). 电流的平方 (2). 导体的电阻
【解析】
焦耳通过大量实验证明，电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比；这个规律叫焦耳定律．
15. 电暖气通电后，电热丝热的发红而发出大量的热，而跟电暖气连接的导线却不怎么发热，这是为什么呢？小明给出如下的解答过程：根据公式________可知，在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，产生的热量越多．
【答案】Q=I2Rt
【解析】
电炉使用时，电炉丝与导线串联，电流、通电时间相同，电炉丝的电阻较大，而导线的电阻很小，根据可知，电流通过电炉丝产生的热量多，从而出现电炉丝热得发红，但跟电炉丝连接的导线都不怎么热的现象．
16. 一个阻值恒为10Ω的电热丝接入某电路中，通过它的电流为1A，通电10s它产生的热量为________ J．
【答案】100
【解析】
试题分析：
考点：焦耳定律
17. 如图所示是研究“电流产生热量与什么因素有关”的实验装置．甲、乙烧瓶中装有质量相等初温相同的煤油，金属丝的电阻分别为R1、R2，且R2＜R1．通电一段时间后，发现甲烧瓶中温度计的示数大些．此现象说明： 电流产生热量与 _____有关．
【答案】电阻
【解析】
试题分析：电流产生热量与电流的平方成正比，与电阻成正比，与通电时间成正比．甲、乙烧瓶中装有质量相等初温相等的煤油，金属丝的电阻分别为R1、R2，且R1＜R2．通电一段时间后，发现乙烧杯中温度计的示数大些．由图可知电路中的电流是相等的，通电时间也是相等的，电流产生的热量跟电阻成正比，所以此现象说明：电流产生热量与电阻有关．
考点：此题考查的是电热．
点评：在此题注意了解电流产生热量与电流的平方成正比，与电阻成正比，与通电时间成正比．运用控制变量法研究问题．
四、计算题
18. 如图所示是某型号电压力锅工作电路简图，如表是其部分参数，接通电路后，开关S自动与触点a、b接通，1档加热器开始加热．当锅内混合物质温度达到102℃时，开关S自动与a、b断开，与触点c接通，2挡加热器工作，保持锅内温度和压强不变，进入保压状态．现将质量为2.0kg，初温为36℃的混合物质放入压力锅中，接通电路使其正常工作20min，假设加热器产生的热量全部被混合物质吸收，混合物质的比热c=4.0×103J/（kg•℃）．
求：
①R1、R2的阻值；
②电压力锅加热多少时间后开始保压？
③电压力锅最后2min内消耗的电能．
【答案】①110Ω、440Ω；②16min；③1.32×104J．
【解析】
解答：(1)由题意可知,开关S与触点a、b接通时,R1与R2并联，电饭锅处于1档加热状态；开关S自动与a、b断开并与触点c接通时,电路为R2的简单电路，电饭锅处于2档加热状态，因电路的总功率等于各用电器功率之和，所以,1档加热时,R1消耗的电功率：P1＝P加热1−P加热2＝550W−110W＝440W，因并联电路中各支路两端的电压相等，所以,由P可得,R1、R2的阻值分别为：R1＝＝110Ω, R2＝＝440Ω(2)当锅内混合物质温度达到102℃时，开始保压，则混合物质温度升高到102℃时所吸收的热量：Q吸＝cm(t−t0)＝4.0×103J/(kg⋅℃)×2kg×(102℃−36℃)＝5.28×105J，因加热器产生的热量全部被混合物质吸收，所以,由W＝Q吸＝Pt可得，从加热到保压的时间：t′＝＝960s＝16min， (3)由于电压力锅正常工作时间为20min，所以电压力锅最后2min处于保压状态，则消耗的电能：W＝P加热2t″＝110W×2×60s＝1.32×104J.
五、解答题
19. 家用电器中，连接大功率用电器的导线都比较粗，如果连接大功率用电器的导线太细，很容易因发热而烧坏绝缘皮甚至引起火灾，这是为什么？ ________
【答案】如果连接大功率用电器的导线太细，则导线电阻将变大，由焦耳定律Q=I2Rt，可知，电线上将显著发热，有时可能烧坏电线绝缘皮，甚至会引起火灾．
【解析】
根据影响电阻大小的因素和影响电流产生电热多少的因素解答．
导线太细，则电阻较大，根据焦耳定律即可知，在通电时间和电流相同时，电阻越大，电流产生的热量越多，所以导线越细时，产生的热量多，容易因发热而烧坏绝缘皮甚至引起火灾．
六、实验探究题
20. 如图所示，两个透明容器中封闭着等量的空气，将两个容器中的电阻丝R1和R2串联接到电源两端，将容器外部的电阻丝R3和R2并联
（1）图甲的装置是探究电流通过导体产生的热量与________的关系，电阻丝R3的作用是使通过电阻丝R1和R2的电流________．
（2）两个透明容器中密闭着等量的空气，电阻产生热量的多少是通过U形管中液面高度的变化来反映的，这种研究方法叫________法．
（3）图乙所示，某小组在实验中观察到左侧U型管中液面很快出现高度差，右侧U型管中液面高度差为零，原因是电阻丝________断路．
【答案】 (1). 电流 (2). 不同 (3). 转换 (4). R2
【解析】
(1)图甲的装置，R1和R2的阻值相同，将右侧容器外部的电阻丝R3和R2并联，再接入原电路，使通过左边容器中电阻的电流与通过右边容器中电阻的电流不同，可以探究电流产生的热量与通过导体的电流大小的关系；
(2)电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但液体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映，这种研究方法叫转换法；
(3)乙图中，电阻丝R2与R3并联后再与电阻丝R1串联，在作图乙的实验时，观察到左侧U型管中液面很快出现高度差，右侧U型管中液面高度差为零，说明电阻丝R1能够产生热量，电阻丝R2没有产生热量，原因是电阻丝R2断路，没有电流通过，所以不产生热量．
点睛：注意体会实验中控制变量法和转换的应用，当一个结果受多个因素的影响时都使用此方法进行实验，实验时让一个因素变化，而其它因素都控制相等或相同即控制变量，而用容易观察的现象或变化来表示不易观测的量的方法是转换法．
21. 在探究“影响电流热效应的因素”实验中：
（1）为了探究电流通过电阻产生的热量与电流的关系，小明设计了甲图装置，在烧瓶内注入煤油，安装一根电阻丝，并插入温度计，该实验通过比较________来判断相同时间内不同电流产生的热量多少；
（2）小明先测量烧瓶内液体的温度后，闭合开关，通电30s再测量烧瓶内液体的温度，得到温度的升高量填入表中；然后移动滑动变阻器滑片改变电流大小，重复上述操作，获得第二组数据（如表）；

由此得出：同一导体，在通电时间相等时，电流越大，其产生的热量越________；
（3）若要探究电流产生热量与阻值大小的关系，可选择乙图中________（选填“A”或“B”）烧瓶中的电阻与甲图中的烧瓶电阻________（选填“串联”或“并联”）；
（4）小明家的电烤箱高温和低温两挡的调节是通过改变接入电路的电阻丝的长度来实现的，小明依据上述实验结果，得出电烤箱低温挡接入电路的电阻丝比高温挡要短一些的结论，此结论是否正确？答：________（选填“正确”或“错误”）．
【答案】 (1). 温度计示数变化大小 (2). 多 (3). B (4). 串联 (5). 错误
【解析】
解：（1）电流产生的热量不能用眼睛直接观察，通过温度计示数变化来反映，这是转换法．即实验中是通过温度计示数变化来判断电流产生的热量多少；
（2）由表格数据知，电阻相同，通电时间相同，电流越大，温度升高量越大，说明电流产生热量越多；
（3）电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关．探究电流产生热量多少跟电阻的关系，控制电流和通电时间不变，改变电阻的大小．由于串联电路中电流处处相等，通电时间相同，所以选择乙图中的B烧瓶与甲图中的烧瓶电阻串联；
（4）低温档相同时间内产生的热量较少，根据电功率小，根据可知，当电阻越小时，功率越大，电阻越大时，功率越小；
即电阻越小时，电功率大，相同时间内产生热量越多，而小明只考虑了电阻，而没有考虑电流的大小，结果是错误的，即低温档应该电阻大一些，即电阻丝长一些．
点睛：重点是研究焦耳定律的实验，最后一问要注意，电烤箱的高低档，应从电功率考虑，而不能只考虑电阻，只有在电流有通电时间相同时，电阻越小，产生的热量少，而实际的用电器中，电流是随电阻而变化的，所以得出了错误的结论．
七、综合题
22. 空气能热水器以其安全实用、经济环保等特点，受到越来越多消费者的关注和青睐；它利用“逆卡诺”循环原理，以制冷剂为媒介，通过压缩机的做功，实现热能由低温物体向高温物体的“搬运”，从而将空气中的热能转移至冷水中，并能使水获得高于压缩机消耗能量的热能．若水从空气中吸收的热量为Q，压缩机消耗的电能为W，通过热交换使水吸收的热量为Q吸 ， 有Q吸=Q+W．已知某型号的空气能热水器一台电功率为1800W，工作1小时能将150kg的水从15℃加热到55℃时，已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），求：
（1）水吸收的热量． ________
（2）空气能热水器的工作效率．_________
【答案】 (1). 2.52×107J (2). 3.89:1
【解析】
（1）根据计算水吸收的热量为：
（2）热水器消耗电能为：
水吸收的热量为Q吸为输出的热量，效率为输出与输入之比，所以空气能热水器的工作效率为：
所以空气能热水器的工作效率即能效比为3.89:1．
23. 电视机可以用遥控器关机而不用断开电源，这种功能叫做待机功能；这一功能虽给人们带来了方便，但电视机在待机状态下仍然要消耗电能却鲜为人知．例如，小明家的一34吋彩色电视机的待机功率大约是10W．假如他家每天平均看4h电视．看完电视后总是用遥控器关机而不断开电源．试计算:
（1）小明家因这台电视机待机年浪费的电能是多少千瓦时?（一年以365天计算）
（2）如果这些电能全部用来烧水，可以将多少15℃的水加热到40℃?
（3）请你就电视机待机功能的正确使用方法提出建议．
【答案】 (1). 73kW•h (2). 2502.86kg (3). 解:长时间不看电视时应采用关机切断电源的方法，而不采用待机的方法
【解析】
（1）电视机一年的待机时间为：
一年消耗的电能为：
（2）根据题意这些电能全部用来烧水，15℃的水加热到40℃，根据得水的质量为：
（3）电视机待机功能的正确使用方法建议：长时间不看电视时，切断电源，而不要待机，以节约电能．
本试卷的题干、答案和解析均由组卷网（）专业教师团队编校出品。
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