课时训练(十八)焦耳定律(限时:40分钟)|基础巩固|一、选择题1.【2018柳州】如图K18-1所示的用电器中，利用电流热效应工作的是（)图K18-12.电炉通电一段时间后，电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却几乎不发热，这主要是因为（)A. 通过导线的电流大于通过电炉丝的电流B.导线的电阻远大于电炉丝的电阻C.通过导线的电流小于通过电炉丝的电流D.导线的电阻远小于电炉丝的电阻3.将规格都是“220 V100 W”的一台电风扇、一台电视机和一把电烙铁分别接入同一家庭电路中，通电时间相同，下列说法正确的是（)A. 三个用电器产生的热量相同B.电风扇产生的热量最多C.电烙铁产生的热量最多D.电视机产生的热量最多4.如图K18-2所示，是“探究电流热效应”的部分实验电路，甲电阻丝的阻值小于乙电阻丝的阻值。比较通电后两根电阻丝各自两端的电压U甲、U乙以及它们在相同时间内分别产生的热量Q甲、Q乙的大小，下面关系中正确的是（)图K18-2A. U甲=U乙，Q甲=Q乙B.U甲U乙，Q甲Q乙C.U甲U乙，Q甲Q乙D.U甲U乙，Q甲Q乙5.【2018宜昌】两个定值电阻R1、R2并联在电路中。如图K18-3甲所示，它们的电流与其两端的电压关系如图乙所示，闭合开关S，则R1、R2产生的热量之比为（)图K18-3A. 21B.12C.41D.146.【2019岳阳】如图K18-4所示，电源电压恒定不变，闭合开关后，滑动变阻器的滑片P由b端移到某点c的过程中，电压表的示数由4 V变为3 V，电流表的示数由0.2 A变为0.3 A，由此可知（)图K18-4A. 电源电压为7 VB.R1的阻值为20 C.电路消耗的最小功率为1.2 WD.滑片P在b端时，10 s内R1产生的热量为12 J二、填空题7.【2019贵阳】22岁的中国青年科学家曹原证实了石墨烯在特定条件下的超导性能，这是一百多年来对物质超导零电阻特性的又一重大发现。若未来实现石墨烯超导输电，根据定律推断输电线路可实现电能零耗损。 8.电流通过导线时，导线发热是能转化为能，这种现象叫。计算机内都装有小风扇，它工作时把热空气驱走，这是为了 。 9.【2019齐齐哈尔】如图K18-5所示是探究电流通过导体产生的热量与电阻关系的实验装置。通电前，两侧U形管中水面相平，深度均为8 cm，则8 cm深水柱产生的压强为Pa。通电后，当电路中电流为0.8 A时，通电时间为50 s，电阻R2产生的热量为J。（水=1.0 103 kg/m3，g取10 N/kg) 图K18-510.把一个电阻为44 的电炉接入电压为220 V的电路中，通电10 min产生的热量为J。连接家庭电路时，要注意检查线路连接处接触情况。若接触不良，电流通过时产生的热量会更多，容易引起火灾。因为相比接触良好时连接处的电阻（选填“更大”或“更小”)。 11.家庭浴室中常用的暖灯型浴霸由四只标有“200 V750 W”的同规格发热灯组成，当四只灯泡同时正常工作100 s时，产生的总热量是J，此过程能使浴室内10 kg空气的温度从10 上升到25 ，空气的比热容为1.0103 J/（kg)，则浴霸加热浴室内空气的能量转化率是%。 三、实验探究题12.【2019黄石】（1)为探究影响电阻大小的因素，甲同学利用同一种合金材料的a、b、c三条电阻丝进行实验，a、b长度相同，b、c粗细相同，如图K18-6甲所示。连接电路，分别接通a、b、c，电流表的三次示数如图乙所示，根据示数可以得出以下结论:图K18-6比较a、b两次电表示数，可以得出电阻大小跟导体有关。 比较b、c两次电表示数，可以得出电阻大小跟导体有关。 由实验可以得出:三个电阻丝的阻值Ra、Rb、Rc从大到小关系是。 （2)乙同学利用这套实验器材试图对电热与电阻的关系进行探究:考虑到没有计时工具，他用小木棍蘸取等量蜡烛油分别粘放在a、b、c电阻丝的中点处，然后使a、b、c电阻丝能同时通电发热。乙同学是想利用来反映电阻丝发热量的大小。 乙同学选择的电路图如图丙所示，采取的是三个电阻丝（选填“串联”或“并联”)的连接方式，请你将未完成的电路连线补充完整。 接通电路，观察到三个电阻丝上的小木棍掉落的先后顺序是 。 结合实验现象和甲同学实验得到的电阻大小关系，乙同学推测出:通电时间相同的情况下，电阻大的电阻丝产生的电热（选填“多”或“少”)，发现该结论与已学的焦耳定律不符。请你帮助他进行解释:在相同的通电时间内，当时，电阻大的电热就多;当时，电阻大的电热就少。 四、综合应用题13.如图K18-7所示是一种电热壶，其铭牌标志如下表所示。现将一满壶20 的水在额定电压下烧开需要5 min，已知外界气压为1个标准大气压，水的比热容c水=4.2103 J/（kg)。求:（1) 水吸收的热量。（2)电热壶的效率。（3) 小明发现在用电高峰时烧开一满壶20 的水需要6 min 3 s，那么此时实际电功率约是多少。（结果保留一位小数)图K18-7型号WSJ60额定电压220 V额定功率800 W水壶容积500 mL14.【2018滨州】图K18-8甲是一家用电暖器，有“低温”“中温”“高温”三挡，铭牌见下表（“高温”挡功率空出)。图乙为其简化的电路原理图，S是自我保护开关，电暖器跌倒，S自动断开，切断电源，保证安全。闭合S1时为“低温”挡，请完成下列问题:（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)若某房间内空气质量为60 kg，空气的温度为10 ，设定空气的比热容为1.1103 J/（kg)且保持不变，用该电暖器的“高温”挡正常工作20 min，放出热量的50%被房间内的空气吸收，那么可使此房间的空气温度升高多少摄氏度？额定电压220 V额定功率低温挡550 W中温挡1100 W高温挡频率50 Hz图K18-8|能力提升|一、选择题1.一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380 V，线圈电阻为2 ，线圈中电流为10 A。这台电动机正常工作1 s消耗的电能为W，产生的热量为Q，则（)A. W=3800 J，Q=200 JB.W=3800 J，Q=3800 J C.W=72200 J，Q=200 JD.W=72200 J，Q=3800 J 2.用粗细均匀的电热丝加热烧水，通电10 min可烧开一壶水，若将电热丝对折起来接在原来的电路中，则烧开同样一壶水的时间是（不计热量损失)（)A. 2.5 minB.5 minC.20 minD.40 min3.一台“220 V1000 W”的电炉，想把它改装后接到110 V的电源上，但功率保持不变，以下哪个措施是正确的（)A. 将电炉丝截掉一半后接入电路B.将电炉丝截掉三分之一接入电路C.将电炉丝分成等长的两段，然后并联接入电路D.将电炉丝截掉四分之一后接入电路4.【2019常州】如图K18-9甲所示的电路中，电源电压恒定，灯泡L的电阻随温度变化而变化，R0为定值电阻，滑动变阻器Rx的规格为“20 2.5 A”。闭合开关S，电压表V1的示数为U1，电压表V2的示数为U2，移动滑动变阻器的滑片P从A端至B端，U2与U1的关系如图乙所示。当滑片P滑到B端时，灯L恰好正常发光。下列结果中正确的是（)图K18-9A. 电路中最大电流为1 AB.定值电阻R0的阻值为16 C.灯L正常发光时的电阻为4 D.灯L的额定功率为24 W5.【2019荆州】共享电动车不仅环保节能而且为人们的出行带来了很大方便。已知某品牌共享电动车的电动机线圈内阻一定，转轴卡住不能转动时，线圈两端电压为48 V，通过的电流为12 A。当电动车在水平地面上以18 km/h的速度匀速直线行驶时，线圈两端电压仍然为48 V，通过的电流为2 A，则下列说法正确的是（)A. 电动机线圈电阻为24 B.电动机的机械功率为96 WC.电动机的效率是66.7%D.电动车前进时受到的阻力为16 N6.如图K18-10所示的电路中，电源电压保持不变，当开关S1、S2都闭合时，电压表V1、V2的示数之比为53;当开关S1闭合、S2断开时，电压表V1、V2的示数之比为32。在后一种情况下的全部通电时间内，电阻R1与R3产生的热量之比为（)图K18-10A. 23B.13C.31D.217.【2019青岛改编】如图K18-11所示是一个电加热器的工作原理图，其中R1和R2是阻值不变的发热电阻;表中是它的部分参数。当电加热器正常工作时，下列说法正确的是（)图K18-11额定电压220 V额定加热功率990 W额定保温功率110 WA. 只闭合开关S，加热器的功率为 990 WB.开关S闭合，S1 由断开到闭合，电路中的电流变大，R2的功率变大C.加热器在保温状态下工作10 min，产生3.3104 J的热量D.电阻R1与R2的阻值之比为 18二、填空题8.【2019绥化】如图K18-12所示是探究电流通过导体时产生的热量与关系的实验装置。通电一段时间后，左侧容器和右侧容器中的电阻丝产生的热量之比为。 图K18-129.【2019宜宾】如图K18-13甲所示电路中，已知定值电阻R1 =20 ，开关闭合后，两个完全相同的电流表A1、A2指针均指在同一位置，如图乙所示，则此时通过R1的电流为A，在10 s内R2产生的热量为J。 图K18-1310.【2019贵港】家用电吹风的简化电路如图K18-14所示，主要技术参数如下表。则该电吹风正常工作吹热风时，电热丝的阻值是 ， 正常工作吹热风5 min电热丝产生的热量是J。 图K18-14热风温度5075 额定功率热风时:1000 W冷风时:120 W额定电压220 V质量0.5 kg11.【2019毕节】电热水壶上标有“220 V800 W”字样，小明发现烧水过程中电热水壶的发热体部分很快变热，但连接的电线却不怎么热，是因为导线的电阻比发热体的电阻;在额定电压下，电热水壶烧水210 s，这段时间内电热水壶发热体产生的热量为 J，若发热体产生的热量全部被水吸收，能将 kg的水从20 加热至100 。【c水=4.2103 J/（kg)】 三、实验探究题12.【2018河北】用如图K18-15甲所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”。相同烧瓶内装满了煤油。图K18-15（1)烧瓶中装入的煤油是（选填“导体”或“绝缘体”)。 （2)请根据实物图甲，在图乙所示的虚线框内画出对应的电路图。（3)为达到实验目的，选用的两电阻丝R1与R2的阻值应，通过R1的电流通过R2的电流。 （4)通电一段时间后，乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大，说明 。 （5)小红用如图丙所示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”。经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流I的关系图像。根据焦耳定律可知，图丁中能正确反映h-I关系的是。 【拓展】 （6)用Q=I2Rt可以计算电流通过任何用电器产生的热量，能用Q=UIt计算电流通过任何用电器产生的热量吗？回答: 。 请用实例说明原因: 。 四、综合应用题13.【2019包头】如图K18-16所示是某温控装置的简化电路图，工作电路由电压为220 V的电源和阻值R=88 的电热丝组成，控制电路由电源、电磁铁（线圈电阻R0=20 )、开关S、滑动变阻器R2（取值范围080 )和热敏电阻R1组成，R1阻值随温度变化的关系如下表所示。当控制电路中电流I50 mA时，衔铁被吸合切断工作电路;当控制电路中电流I40 mA时，衔铁被释放接通工作电路。（1)工作电路正常工作时，R在1 min内产生的热量是多少？（2)当温度为60 ，滑动变阻器R2=50 时，衔铁恰好被吸合，则控制电路的电源电压是多少？（3)若控制电路电源电压不变，此装置可控制的温度最大范围是多少？（4)若控制电路电源电压不变，要想让该装置所控制的最高温度降低一些，请分析说明如何改变R2的阻值。图K18-16温度/90806660504640363534R1/10204050708010012013015014.如图K18-17甲所示，电源电压保持不变，R2为020 的滑动变阻器，电流表A1的量程为00.6 A，电流表A2的量程为03 A，电压表V1的量程为015 V，电压表V2的量程为03 V，不考虑温度对灯丝电阻的影响，定值电阻R1的I-U关系图像如图乙所示。（1)当开关S1、S2都闭合时，电流表 A2示数为1.25 A，电压表V1示数为6 V，小灯泡L恰好正常发光，求定值电阻R1的阻值和小灯泡的额定功率。（2)当S1、S2都断开时，为保证各表的安全使用，求滑动变阻器允许连入电路的阻值范围。（3)当S1、S2都断开时，在各表均能正常工作的情况下，小灯泡L消耗的最大功率与最小功率之比是多少？该电路通电80 s至少能产生多少热量？ 图K18-17【参考答案】基础巩固1.B2.D【解析】电炉丝与导线串联,通过它们的电流I和通电时间t相等,由于Q=I2Rt,R电炉丝R导线,即电阻越大,相同时间内产生的热量越多。3.C4.C5.A6.C【解析】因电源电压不变,则有U=4 V+0.2 AR1,U=3 V+0.3 AR1,联立解得R1=10 ,U=6 V。当滑片滑到b端时,电路中的电流最小,消耗的总功率最小为P=UI小=6 V0.2 A=1.2 W；滑片在b端时,10 s内R1产生的热量Q=I小2R1t=（0.2 A）210 10 s=4 J。综上可知C正确。7.焦耳8.电内电流的热效应散热（或防止电热带来的危害,给计算机降温） 9.80032010.6.6105更大【解析】电炉通电10 min产生的热量Q=W=U2Rt=（220V）2441060 s=6.6105 J；连接处接触不良时,会使该处的电阻增大,由焦耳定律的公式Q=I2Rt知,在电流、通电时间相同的情况下,电阻越大,产生的热量越多,温度越高,所以,电流经过线路连接处时产生的热量增多,容易引起火灾。11.310550【解析】四只灯泡同时正常工作时的总功率P=P额4=750 W4=3000 W,它们同时正常工作100 s时,发热灯加热产生的总热量Q=W=Pt=3000 W100 s=3105 J。浴室内空气吸收的热量Q吸=cmt=1.0103 J/（kg）10 kg（25 -10 ）=1.5105 J,浴霸加热浴室内空气的能量转化率=Q吸Q100%=1.5105 J3105 J100%=50%。12.（1）横截面积（或粗细）长度RaRbRc（2）小木棍掉落的时间并联如图所示c、b、a少电流相同（或串联）电压相同（或并联）【解析】（2）用小木棍蘸取等量蜡烛油分别粘放在a、b、c电阻丝的中点处,然后使a、b、c电阻丝能同时通电发热,吸热多的蜡烛油先熔化,则小木棍先掉落,因此可利用小木棍掉落的时间来反映电阻丝发热量的大小。由图丙可知,三个电阻丝并联接入电路。已知三个电阻丝阻值从大到小关系是RaRbRc,由Q=W=U2Rt可得,三个电阻丝产生的热量关系为QcQbQa,所以观察到小木棍掉落的先后顺序是c、b、a。由乙同学的实验可得出：通电时间相同的情况下,电阻大的电阻丝产生的电热反而少了,在相同的通电时间内,当通过电阻的电流相同时,电阻大的电热就多；在相同的通电时间内,当电阻的电压相同时,电阻大的电热就少。13.解：（1）由铭牌知V水=500 mL=50010-6 m3,m水=水V水=1.0103 kg/m350010-6 m3=0.5 kg,Q吸=c水m水t=4.2103 J/（kg）0.5 kg（100 -20 ）=1.68105 J。（2）电热壶在额定电压下工作5 min消耗电能W电=Pt时=800 W560 s=2.4105 J,=Q吸W电100%=1.68105 J2.4 105 J100%=70%。（3）由题意可知,都是烧开一满壶20 的水,则水吸收的热量相同,则电热壶在用高峰时也应消耗W电=2.4105 J的电能,t时=6 min 3 s=363 s,故P实=W电t时=2.4105 J363s661.2 W。14.解：（1）由题图可知,闭合S、S1时,电路为R1的简单电路,处于低温挡,电暖器功率为550 W,家庭电路电压为220 V,则R1=U2P1=（220V）2550W=88 。（2）分析电路图可知,开关S2闭合时为中温挡,开关S1、S2同时闭合时,电路中电阻最小,功率最大,电暖器处于高温挡,此时R1和R2并联连入电路,总功率为P=P1+P2=550 W+1100 W=1650 W,则电路中的电流为I=PU=1650W220V=7.5 A。（3）t=20 min=1200 s,电暖器高温挡工作20 min放出的热量是Q放=W=Pt=1650 W1200 s=1.98106 J,则空气吸收的热量为Q吸=Q放=1.98106 J50%=9.9105 J,升高的温度t温=Q吸cm=9.9105 J1.1103 J/（kg）60kg=15 。能力提升1.A【解析】电动机消耗的电能W=UIt=380 V10 A1 s=3800 J；产生的热量Q=I2Rt=（10 A）22 1 s=200 J。2.A3.C4.D【解析】由图甲可知,灯泡、电阻R0、滑动变阻器串联连接,电压表V1测量R0两端电压,电压表V2测量灯泡和定值电阻R0两端总电压。当滑动变阻器的滑片位于A端时两电压表示数均小于滑片位于B端时的示数,则图乙上点（12,16）对应的是滑片在A端时两电压表示数,点（24,36）对应的是滑片在B端时两电压表示数。当滑片滑到B端时,电压表V2示数为36 V,则电源电压为36 V,此时灯泡正常发光,灯泡两端的额定电压为36 V-24 V=12 V；当滑片位于A端时,电路的总电阻最大,电路中的电流最小,滑动变阻器两端的电压为U滑=U总-U2=36 V-16 V=20 V,则此时的电流为I=U滑Rx大=20V20=1 A,则电路中最小电流为1 A,故A错误。定值电阻R0阻值为R0=U1I=12V1A=12 ,故B错误。当滑片位于B端时,灯泡正常发光,此时的电流为IB=U1BR0=24V12=2 A,则灯泡正常发光时的电阻RL=ULIL=36V-24V2A=12V2A=6 ,故C错误。灯L的额定功率P额=UL2RL=（12V）26=24 W,故D正确。5.D【解析】因电动机转轴卡住不能转动时为纯电阻用电器,则由I=UR可得,电动机线圈的电阻R=UI=48V12A=4 ,故A错误。当在水平地面上以v=18 km/h=5 m/s的速度匀速直线行驶时,电动车为非纯电阻用电器,此时电动机消耗的电功率PM=UI=48 V2 A=96 W,电动机线圈电阻消耗的热功率PR=I2R=（2 A）24 =16 W,则电动机的机械功率P机械=PM-PR=96 W-16 W=80 W,故B错误。电动机的效率=W机械WM100%=P机械tPMt100%=P机械PM100%=80W96W100%83.3%,故C错误。因电动车在水平地面上匀速直线行驶时处于平衡状态,受到的阻力和牵引力是一对平衡力,所以由P=Wt=Fst=Fv可得,受到的阻力f=F=P机械v=80W5m/s=16 N,故D正确。6.D【解析】开关S1、S2都闭合时,R3被短路,R1与R2串联,电压表V1测的是电源电压,电压表V2测的是R2两端的电压,因为电压表V1、V2示数之比为53,根据串联分压原理可知：R1R2=23；当开关S1闭合,S2断开时,三个电阻串联,此时电压表V1测的仍是电源电压,电压表V2测的是R2和R3两端的总电压,因为两表示数之比为32,所以（R2+R3）R1=21,联立可解得：R1R3=21。根据Q=I2Rt可知,当电流、通电时间相同时,产生的热量Q与R成正比,所以在后一种情况下,电阻R1与R3产生的热量之比为Q1Q3=R1R3=21。7.B8.电流419.1.2 7210.552.6410511.小1.681050.512.（1）绝缘体（2）如图所示 （3）相等小于（4）在电阻和通电时间相同的条件下,通过导体的电流越大,导体产生的热量越多（5）A（6）不能因为用Q=UIt计算出来的是电路产生的总功,而总功除了用电器产生的热量,另外一部分可能转化为其他能量,例如电风扇电路产生的总功一部分转化为电热,一部分转化为机械能13.解：（1）工作电路正常工作时,R在1 min内产生的热量Q=U2Rt时=（220V）288 60 s=3.3104 J。（2）由表知t=60 时,R1=50 ,衔铁刚好被吸合,则控制电路中电流I=50 mA=0.05 A,控制电路的电源电压U=I（R0+R1+R2）=0.05 A（20 +50 +50 ）=6 V。（3）若控制电路电源电压不变,当I=0.05 A,且R2最大为80 时,R1阻值最小,可控温度最高。此时R总=UI=6V0.05 A=120 ,R1=R总-R2-R0=120 -80 -20 =20 ,查表得最高温度t高=80 。当I=0.04 A,且R2最小为0时,R1阻值最大,可控温度最低。此时R总=UI=6V0.04 A=150 ,R1=R总-R0-R2=150 -20 -0 =130 ,查表得最低温度t低=35 。此装置可控制的温度最大范围是3580 。（4）控制电路电源电压不变,衔铁被吸合的电流条件不变,则对应的电路总电阻不变,最高温度降低,则需要相应条件下R1的阻值增大,因此应减小R2的最大阻值。14.解：（1）当开关S1、S2都闭合时,滑动变阻器R2被短路,定值电阻R1和灯L并联,电流表A1测量R1的电流,电流表A2测量干路电流。电压表V1测量电源电压。电压表V1示数为6 V,小灯泡恰好正常发光,则灯L的额定电压为6 V,R1两端电压也为6 V,由图乙可得通过R1的电流为0.5 A,则R1的阻值R1=UI1=6V0.5A=12 。因为干路电流为I=1.25 A,由并联电路电流特点知通过灯L的电流,即灯L的额定电流为IL=I-I1=1.25 A-0.5 A=0.75 A,则灯L的额定功率PL=UIL=6 V0.75 A=4.5 W,灯L的电阻RL=UIL=6V0.75A=8 。（2） 当开关S1、S2都断开时,灯L和滑动变阻器R2串联,电压表V2测量R2两端的电压,为了保证电压表V2的安全,滑动变阻器R2两端的电压最大为3 V,此时灯L两端的电压为UL=U-U2大=6 V-3 V=3 V,此时电路中的电流I小=ULRL=3V8=0.375 A,滑动变阻器接入电路的最大阻值R2大=U2大I小=3V0.375A=8 。为保证电流表A1的安全,电流不能超过0.6 A,电路中总电阻最小为R串=6V0.6A=10 ,滑动变阻器的最小电阻R2小=R串-RL=10 -8 =2 ,则滑动变阻器允许连入电路的阻值范围是28 。（3）由已知,当开关S1、S2都断开时,在各表均正常工作情况下,小灯泡L消耗的最大功率是在电流最大时,此时电路中电流I大=0.6 A,小灯泡消耗的最小功率是在滑动变阻器接入电路电阻最大时,此时电路中电流I小=0.375 A,灯L消耗的最大功率与最小功率之比P大P小=I大2RLI小2RL=I大2I小2=（0.6 A）2（0.375 A）2=6425,电路发热最少时,即电路电阻最大,电流最小时,电路电阻为R总=R2大+RL=8 +8 =16 ,此时通电80 s电路产生的热量Q=I小2R总t=（0.375 A）216 80 s=180 J