鲁教版 (五四制)九年级上册第五节 焦耳定律完美版课件ppt

课时14.5  焦耳定律（练习）（解析版）

2021年九年级物理上册精品课堂设计（鲁教版五四制）

一、夯实基础

1.如图是学校的自动饮水机的简化电路图，电热丝电阻分别为R0、R，其加热功率为4.4kW，保温功率40W，下列说法不正确的是（　　）。

A．开关S断开时，电阻R0与R串联；

B．当温度较低时，温控开关S闭合状态进入加热状态；

C．当水沸腾后，温控开关S断开进入保温状态；

D．电阻R在保温状态下的功率大于R0保温状态下的功率

【答案】D。

【解析】ABC、开关S断开时，电阻R0与R串联，A正确；

温控开关S闭合，R0短路，电路为R的简单电路，S断开时，两电阻串联，由电阻的串联规律，电路的电阻较大，根据P，温控开关S闭合时，为加热状态，B正确；

S断开时，电路的电阻较大，根据P，为保温状态，C正确；

D、已知其加热功率为4.4kW，故R11Ω；

保温功率40W，故有：R+R01210Ω。

R0＝1199Ω，

故R＜R0；

保温时，根据串联电路各处的电流相等，由P＝I2R，电阻R在保温状态下的功率小于R0保温状态下的功率，D错误；故选：D。

2.如图是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验，下列正确的是（　　）。

A．甲实验中两个电阻串联只是为了保证流过两个电阻电流相等；

B．甲实验通电一段时间后，左右两侧容器内空气吸收的热量之比为1：2；

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，左右两侧容器内空气吸收的热量之比为1：4

【答案】B。

【解析】A、甲实验两电阻丝阻值不同，两电阻串联后，则通过电阻丝的电流和通电时间相同，可以探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，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Q＝I2Rt可知，右侧电阻是左侧电阻的2倍，产生的热量也是左侧的2倍，故左右两侧容器内空气吸收的热量之比为1：2，故B正确；

C、乙实验，右侧电阻丝与另一电阻丝并联，故左右空气盒中电阻丝的电阻和通电时间相同，但通过电阻的电流不同，所以研究电流产生的热量与电流的关系，故C错误；

D、乙实验，右侧电阻丝与另一电阻丝并联，故左右空气盒中电阻丝的电阻和通电时间相同，左侧的电流是右侧电流的2倍，由焦耳定律Q＝I2Rt可知，左侧电阻产生热量是右侧电阻产生热量的4倍，即左右两侧容器内空气吸收的热量之比为4：1，故D错误；故选：B。

3.如图所示为iPad的充电器，参数标有5V2.1A，表示充电电压是5V，最大输出电流2.1A，电板充满电所储存的电能是113400J．充电时的能量转换是电能转化为    能。若“iPad”充电时以最大输出电流充电，要将空电板充满电需要　 　h，小明觉得充电时间太长了，他想为什么苹果公司在设计时不把最大输出电流提高呢？请你解释其中的原因　                                             　。

【答案】化学；3；由于电流的热效应，充电电流越大，单位时间内电池产生的热量越多，容易损坏电板。

【解析】（1）充电时，消耗电能使电池内部发生化学变化，则电能转化为化学能；

（2）根据W＝UIt可得，将空电板充满电需要的时间：

t10800s＝3h；

（3）由于电流的热效应，充电电流越大，单位时间内电池产生的热量越多，容易损坏电板，所以充电时不能提高最大输出电流。

故答案为：化学；3；由于电流的热效应，充电电流越大，单位时间内电池产生的热量越多，容易损坏电板。

4.为了探究电流通过电阻时产生的热量与哪些因素有关，某小组同学分别将阻值不同的电阻丝放入完全相同的两个杯子中，然后在两个相同的U形管中装入水后，将U形管接入杯中后密封（密封的空气质量相同且此时U形管内水面相平）。若通电一段时间后，电阻丝产生的热量使密闭空气膨胀，U形管中水面高度将发生变化，此变化反映了密闭空气温度的变化。实验时他们将两电阻串联接到电源两端，然后又将两电阻分别接到相同电源两端，通电相同的时间后实验现象如图（a）、（b）所示

①分析比较图（a）甲、乙两U形管中水面高度的变化情况，可归纳得出的结论是：当通过电阻的电流、通电时间相同时，电阻的阻值大，　   　。

②分析比较图（b）甲、乙两U形管中水面高度的变化情况，可归纳得出的结论是：　   　。

【答案】（1）产生的热量越多；（2）当电压、通电时间相同时，电阻的阻值越小，产生的热量越多。

【解析】（1）由图可知：甲乙是串联在电路；甲中水面的高度差小于乙中的水面的高度差，说明乙中的电阻产生的热量多，乙的电阻大于甲的电阻，故结论为：当通过电阻的电流、通电时间相同时，电阻的阻值大，产生的热量越多；

（2）由图可知，两电阻并联，电压相等，甲中水面的高度差大于乙中的水面的高度差，说明甲中的电阻产生的热量多，甲的电阻小于乙的电阻，通过甲的电流大于通过乙的电流，故结论为：当电压、通电时间相同时，电阻的阻值越小，产生的热量越多。

故答案为：（1）产生的热量越多；（2）当电压、通电时间相同时，电阻的阻值越小，产生的热量越多。

5.豆浆机是现代家庭的常用电器，铭牌如表。

如图甲是苏泊尔某款豆浆机工作原理的电路图（豆浆机有磨煮和保温两个档位，R1和R2为电热丝，M为电动机，S1为手动开关，S2、S3为自动开关）。该豆浆机有磨煮和保温两个功能，其中磨煮工作流程如图乙所示，功率随时间的变化如图丙所示。若某次磨煮豆浆时，将适量的黄豆和水（体积共1升，初温30℃）装入豆浆机，完成磨煮后，测得豆浆的温度为90℃，整个磨煮过程共耗电0.15度。（忽略在磨煮过程中豆浆的体积和质量变化）求：

（1）当开关S1闭合，开关S2断开，开关S3　闭合　（“断开”或“闭合”）时，豆浆机处于加热状态。

（2）此豆浆机的加热功率是多少？

（3）该豆浆机的加热效率为多少？[c豆浆＝4.0×103J/（kg•℃），ρ豆浆＝1.0×103kg/m3]

（4）当豆浆机处于保温状态时，豆浆每秒向外界散热100J，为保持豆浆的温度恒定，则电热丝R1的阻值为多大？

【解析】（1）根据图甲可知，当开关S1闭合，开关S2断开，开关S3断开时，R1、R2串联； 当开关S1闭合，开关S2断开，开关S3闭合时，电路为R2的基本电路，由P可知，当开关S1闭合，开关S2断开，开关S3闭合时，豆浆机为加热状态；

（2）根据图乙可知，豆浆机完成磨煮时的加热时间和研磨时间分别为：t加热＝3×2min＝6min，t研磨＝2×（7min﹣2min）＝10min，

根据表格数据可知，研磨时豆浆机的功率：P研磨＝300W＝0.3kW

则研磨时消耗的电能：W研磨＝P研磨t研磨＝0.3kWh＝0.05kW•h

加热时消耗的电能：W加热＝W﹣W研磨＝0.15kW•h﹣0.05kW•h＝0.1kW•h，

加热时的功率：P加热1kW＝1000W；

（3）由ρ可得，豆浆的质量：m＝ρ豆浆V＝1.0×103kg/m3×1×10﹣3m3＝1kg，

豆浆吸收的热量：Q吸＝c豆浆m△t＝4.0×103J/（kg•℃）×1kg×（90℃﹣30℃）＝2.4×105J，

豆浆机的效率：η100%100%＝44.4%；

（4）由于豆浆每秒向外界散热100J，则由Wt可知，豆浆机处于保温状态时，R1的阻值：R1t1s＝484Ω。

答：（1）闭合；（2）此豆浆机的加热功率是1000W；（3）该豆浆机的加热效率为44.4%；（4）电热丝R1的阻值为484Ω。

6.某型号电烤箱的加热和保温两个挡位的简化电路如图所示，已知该电烤箱的保温挡位的电功率为440W，加热挡位的电功率为1100W，R1、R2为电阻不变的电热丝。请你解答下列问题：

（1）R1的阻值；

（2）若电热丝R2烧断，请通过计算说明能否用2根“220V 330W”的电热丝代替R2，让电烤箱恢复正常工作。

【解析】（1）由公式P可知，电压一定时，电阻越大，电路消耗的功率越小；

由电路图可知，当R1、R2并联接入电路时，电路的总电阻最小，电路的电功率最大，此时电烤箱处于加热状态；

当只有R1接入电路时，电路的总电阻最大（大于并联时的总电阻），电路消耗的总功率最小，此时电烤箱处于保温状态，已知保温挡位的电功率为440W，即R1的电功率为440W；

由公式P得R1的阻值：R1110Ω；

（2）当R1、R2并联时，电烤箱处于加热状态，且R1的电功率不变，仍然为440W，

因总功率等于各电阻消耗功率之和，则R2的功率：P2＝P加热﹣P1＝1100W﹣440W＝660W；

当并联两根“220V 330W”的电热丝正常工作时，这两根电热丝的总功率为330W×2＝660W，故用2根“220V 330W”的电热丝代替R2，可让电烤箱恢正常工作。

答：（1）R1的阻值110Ω；（2）若电热丝R2烧断，用2根“220V 330W”的电热丝代替R2，可让电烤箱恢正常工作。

7.如图的多功能养生壶具有精细烹饪、营养量化等功能，深受市场认可和欢迎。其铭牌如下表所示：

在标准大气压下，使用高温挡将初温是20℃的一壶水烧开，已知水的比热容c＝4.2×103J/（kg•℃），求：

（1）水吸收的热量；

（2）若养生壶高温挡加热效率为80%，烧开一壶水需要多少秒的时间。

【解析】（1）由ρ可得，水的质量：m＝ρV＝1×103kg/m3×1100×10﹣6m3＝1.1kg，

在标准大气压下，使用高温挡将初温是20℃的一壶水烧开，

则水吸收的热量：

Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×1.1kg×（100℃﹣20℃）＝3.696×105J；

（2）由η可得，养生壶消耗的电能：W4.62×105J，

由W＝Pt可得，用高温挡烧开一壶水需要的时间：t420s。

答：（1）水吸收的热量为3.696×105J；（2）若养生壶高温挡加热效率为80%，烧开一壶水需要420秒的时间。

二、提升练习

1．（2021·北京中考真题）下列四种用电器中。利用电流热效应工作的是（  ）。

A．电冰箱 B．电视机 C．电脑 D．电热水壶

【答案】D。

【解析】A．电冰箱是将电能转化为电动机的机械能，通过做功发生物态变化工作的，不是利用电流的热效应来工作的，故A不符合题意；

B．电视机将电能转化为声音与图像，不是利用电流的热效应来工作的，故B不符合题意；

C．电将电能转化为声音与图像，不是利用电流的热效应来工作的，故C不符合题意；

D．电水壶工作时将电能转化为内能，利用电流的热效应工作的; 故D符合题意。故选D。

2．（2021·山东临沂市）下图是做电学实验时所用电路的一部分，根据图中两表的示数，一定可以测出灯泡（  ）。

A．正常发光时的电阻 B．实际电功率

C．消耗的电能 D．产生的热量

【答案】B。

【解析】A．电压表测小灯泡两端实际电压，电流表测流过小灯泡的实际电流。但小灯泡的电阻受温度影响，正常工作时的电阻不能由该电路测出，故A不符合题意；

B．小灯泡的实际功率，由该电路可以测出小灯泡的实际功率，故B符合题意；

C．小灯泡消耗的电能，要测出小灯泡消耗的电能，必须要测量小灯泡的通电的时间，该电路不能测出小灯泡消耗的电能，故C不符合题意；

D．要测小灯泡产生的热量，需要测量通电时间，该电路不能测出小灯泡产生的热量，故D不符合题意。故选B。

3．（2021·湖北宜昌市）甲、乙两电热丝电阻之比为2:3，通过的电流之比为3:1，则相同时间内产生的热量之比为（  ）。

A．2:1 B．6:1 C．1:2 D．1:6

【答案】B。

【解析】相同时间内产生的热量之比为

故选B。

4．（2021·湖南常德市）某型号电饭煲有加热和保温功能，图甲所示为其内部电路原理图，图乙是该电饭煲工作时电功率与时间的关系图像，关于电饭煲工作时下列说法中正确的是（  ）。

A．开关S接触点2时，电饭煲处于加热状态；

B．开关S接触点1时，电饭煲处于保温状态；

C．电饭煲处于加热状态时的功率是800W；

D．保温状态下电饭煲1min消耗200J的电能

【答案】C。

【解析】AB．总电压保持不变，根据可知，电路中的总电阻越大，发热功率越小，因此开关S接触点1时，电路中接入的电阻最小，电饭煲处于加热状态；开关S接触点2时，电路中接入的电阻最大，电饭煲处于保温状态，故AB错误；

C．如图乙所示，在0~10min内，饭煲处于加热状态，功率为800W，故C正确；

D．如图乙所示，在10~20min内，饭煲处于保温状态，功率为200W，消耗的电能为W=Pt=200W×10×60s=1.2×105J

故D错误。故选C。

5．（2021·黑龙江绥化市）一个电热水壶，其铭牌标注了额定电压为220V，额定功率为1800W。该电热水壶正常工作时，将1.5L水加热，使温度从20℃升高到80℃，所用时间为250s，则该电热水壶的加热效率是（  ）。

A．75% B．84% C．88% D．95%

【答案】B。

【解析】水的质量

将1.5L水加热，使温度从20℃升高到80℃，吸收的热量

电热水壶所用时间为250s消耗的电能

该电热水壶的加热效率是

故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。

6．（2021·江苏连云港市）某电热器接入220V的电路中正常工作时，其电热丝的阻值为110Ω，则通过该电热丝的电流为_______A，10s内该电热丝会产生________J的热量。

【答案】2；4.4×103。

【解析】[1]通过该电热丝的电流为

[2]10s内该电热丝产生的热量Q=I2Rt=(2A)2×110Ω×10s=4.4×103J。

7．（2021·重庆中考真题）将一个电热水器单独接在清零的计量插座上工作2h，屏幕显示如图所示，已知电费单价为0.5元/kW·h，电热水器的功率为______W；若该时间内消耗的电能全部给40kg的水加热（水未沸腾），则水温升高______℃[c水=4.2×103J/（kg·℃）]

【答案】700；30。

【解析】[1]由题意可知，消耗的电能

电热水器的功率

电热水器的功率为700W。

[2]若该时间内消耗的电能全部给40kg的水加热，水吸收的热量

Q=W=1.4kW∙h=5.04×106J

水温升高

则水温升高30℃。

8．（2021·广西贵港市）在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验中，实验电路如图1所示，其中R1>R2。

实验一：探究电流产生的热量与电阻大小的关系；

（1）请按照图1中的电路图将图2实物图连接完整；_______

（2）实验电路按照图1中的电路图连接是为了控制通电时间相同和控制_______；电阻丝放出热量的多少，通过_______来进行判断。

（3）为了便于比较两根电阻丝通过电流后产生热量的多少，a、b两瓶中要装入_______相等、初温相同的同种液体。为了在较短时间内达到明显的实验效果，实验时选用煤油而不选水，是因为煤油的比热容_______水的比热容（选填“大于”、“等于”或“小于”）；

实验二：探究电流产生的热量与电流大小的关系

（4）闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电路中的电流变成实验一中电流的2倍，且通电时间相同。实验发现：用电阻丝R1加热的煤油，在实验一中温度升高Δt1，在实验二中温度升高Δt1′，则Δt1′_____2Δt1（选填“大于”、“等于”或“小于”），该实验说明电流产生的热量与电流大小______正比例关系（选填“成”或“不成”）。实验中，用电阻丝R2加热煤油重复以上实验步骤，也可以得出相同的结论。

（5）如果在两烧瓶中分别装入质量相等的不同液体，并接入两根阻值_______的电阻丝（选填“相同”或“不同”），就可用这个装置来探究两种不同液体的吸热性质。假设a烧瓶中液体的质量为m，瓶中电阻丝的阻值为R，测出通过它的电流为I，通电一段时间t后，温度计的示数变化量为Δt，若不计热量损失，则a液体的比热容为________（用所给出的物理量写出比热容的表达式）。

【答案】如图；电流相等；温度计的示数变化；质量；小于；大于；不成；相同；。

【解析】（1）[1]变阻器一上一下串联接入电路中，如图所示：

（2）[2]图1中，两个电阻丝串联，通过它们的电流相等，通电时间相等。

[3]根据转换法知，电阻丝放出热量的多少，是通过温度计的示数变化来进行判断的。

（3）[4]为了便于比较两种电阻丝通过电流后产生热量的多少，甲乙两瓶中要装入质量相同、初温相同的同种液体。

[5]因煤油比水具有较小的比热容，故用煤油比用水更容易看出温度的变化。

（4）[6][7]闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电路中的电流变成实验一中电流的2倍，且通电时间相同，根据Q=I2Rt可知，电阻丝产生的热量是原来的4倍；所以用电阻丝R1加热的煤油，温度升高Δt1′大于2Δt1，该实验说明电流产生的热量与电流不是正比例关系。

（5）[8]在两烧瓶中分别装入质量相等的不同液体，并接入两根阻值相等的电阻丝，可以探究两种不同液体的吸热性质。

[9]电阻丝产生的热量Q=I2Rt，不计热量损失，液体吸收的热量Q吸=Q=cmΔt

则c=。

9．（2021·黑龙江绥化市）如图所示为“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”实验的部分装置，两个相同的透明容器中封闭着等量的空气。

（1）实验中通过观察_____________的变化来反映电阻产生热量的多少，下列实验中，也运用了这种实验方法的是_____________（填序号）。

①探究物体的动能跟哪些因素有关

②探究杠杆的平衡条件

（2）连接好电路后闭合开关，通电一段时间，观察到右侧液面高于左侧液面，如图甲所示，表明在电流和通电时间相同的情况下，_____________越大，产生的热量越多。

（3）图中U形管_____________（选填“是”或“不是”）连通器，乙图中R3与R2并联，目的是使通过R1与R2的_____________不同。

（4）某小组在利用乙图装置实验时，发现左右两侧U形管液面上升高度相同，与其他小组的实验现象都不同，经检查气密性良好请你分析实验现象不同的原因：_____________。

【答案】液面的高度差（或液面的高度、或两侧液面的高度差、或两侧液面的高度答案前面有“U形管”字样不扣分）；①；电阻；不是；电流；电阻R3断路。

【解析】（1）[1]如果电流通过导体产生的热量越多，透明容器中空气膨胀程度越大，U形管中液面的高度差越大，所以我们可以通过U形管中液面的高度差来反映电阻产生热量的多少，这种方法称为转换法。

[2]在研究物体的动能跟哪些因素有关的实验中，我们是通过水平面物块被推出的距离来反映动能大小的，也用到了控制变量法，故选①。

（2）[3]通电一段时间，观察到右侧液面高于左侧液面，说明右侧导体产生热量多，因为右侧电阻大，表明在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，电流通过导体产生的热量越多。

（3）[4]图中U形管下端连通，但上端不开口，不是连通器。

[5]乙图中透明容器中电阻相等，是研究电流通过导体产生的热量和电流的关系，所以应该改变电流，乙图中R3与R2并联，目的是使通过R1与R2的电流不同。

（4）[6]左右两侧U形管液面上升高度相同，说明电阻产生了热量一定有电流经过，且产生的热量相同，因为透明容器中的电阻相同，说明电流相同，所以故障可能是电阻R3断路。

10．（2021·内蒙古中考真题）中国的厨艺最讲究“火候”二字，图甲所示的智能蛋糕机就是采用智能化技术控制制作过程不同时间段的温度，制作出口感好、营养价值高的蛋糕。该蛋糕机的部分参数如下表所示。

蛋糕机部分参数表

（1）求该蛋糕机正常工作时中温挡和高温挡的电流之比；

（2）求该蛋糕机正常工作处于中温档时电路的总电阻；

（3）小明课下查得其实际工作的简化电路图如图乙所示，S1为单刀开关，S2为单刀多掷开关，R1、R2为电加热丝。请判断蛋糕机处于高温、中温、低温挡时开关S1、S2所处的状态；并计算该蛋糕机低温挡的额定功率。

【答案】（1）1:2；（2）110Ω；（3）高温挡，S1闭合，S2连接触点2；中温挡，S1闭合，S2连接触点1；低温挡，S1断开，S2连接触点3； 220W。

【解析】（1）由P=UI可得，蛋糕机正常工作时中温挡和高温挡的电流之比

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即该蛋糕机正常工作时中温挡和高温挡的电流之比1:2。

（2）由P=UI=可得蛋糕机正常工作处于中温档时电路的总电阻R中===110Ω

即中温档时电路的总电阻为110Ω。

（3）由P=UI=可知，电压一定，电路中电阻越大，电功率越小。当S1闭合，S2连接触点2时，R1和R2并联，并联总电阻最小，为高温挡；当S1断开，S2连接触点3时，电阻R1和R2串联，串联总电阻最大，处于低温挡；当S1闭合，S2连接触点1时，电路中只有R1，为中温挡。

高温挡的额定功率为880W，则R1和R2并联的总电阻R并===55Ω

中温挡时，电路中只有R1，中温档时电路的总电阻为110Ω，即R1=110Ω，则

+=+=55Ω

解得R2=110Ω

低温挡时，电阻R1和R2串联，R1和R2串联的总电阻R串= R1+R2=110Ω+110Ω=220Ω

则低温挡的额定功率为P低===220W

即该蛋糕机低温挡的额定功率为220W。

答：（1）该蛋糕机正常工作时中温挡和高温挡的电流之比为1:2；（2）该蛋糕机正常工作处于中温档时电路的总电阻为110Ω；（3）高温挡，S1闭合，S2连接触点2；中温挡，S1闭合，S2连接触点1；低温挡，S1断开，S2连接触点3；该蛋糕机低温挡的额定功率为220W。