1、焦耳定律（测试时间：30 分钟，满分:60 分）一、选择题（每题 3 分，共 30 分）1利用电流热效应工作的用电器是（ ）A电风扇 B电脑 C电冰箱 D电水壶【答案】D【解析】当电流通过电阻，由电能转化为内能，产生热量的现象，是电流的热效应；根据奥斯特实验，通电导体周围有磁场，这是电流的磁场效应。电风扇工作时，主要是电能转化为机械能，故选项 A 不符合题意；电脑工作时，电能并不是转化为内能，故选项 B 不符合题意；电冰箱工作时，主要是电能转化为机械能，是电流的磁效应，故选项 C 不符合题意；电水壶工作时，由电能转化为内能，利用电流热效应来工作的，故选项 D 符合题意。2你认为下列说法中正确的
2、是 （ ）A. 电流产生的热量都是有用的 B. 近视眼的患者需配戴凸透镜来矫正C. 旗杆顶端的动滑轮是为了方便升旗 D. 乐音有可能成为噪声【答案】D【解析】A. 电流产生的热量有些有用，有些没有用；B.近视眼的患者需配戴凹透镜来矫正；C.旗杆顶端的定滑轮是为了方便升旗；D. 乐音有可能成为噪声，是正确的。32014 年 1 月，中科院物理研究所铁基高温超导研究成果，荣获国家自然科学一等奖。假如人们已研制出常温下的超导体，则可用它制作（ ）A远距离大功率输电的导线 B电饭煲的发热电阻丝C白炽灯泡的灯丝 D家用保险丝【答案】A【解析】超导体是指当温度降到足够低时，导体的电阻会变为零，当电流通过时
3、不会放热，无法将电能转化为内能，而选项 B、C、D 都是利用电流的热效应工作的，故不符合题意；但可避免了内能的损耗，故适合做输电线路，所以选项 A 是正确的。4甲、乙两个电热器的电阻之比为 54，通过的电流之比为 21，通电时间之比为12，则电流通过甲、乙两个电热器产生的热量之比为（ ）A52 B54 C25 D101【答案】B【解析】根据焦耳定律 Q=I2Rt， 2541t221RIQ5电热毯内的电阻丝断了，如果将电阻丝的两个断头接上后继续使用，电热毯的接头处很容易被烧焦，这样做很不安全，接头处的电阻常称为“接触电阻” 下列关于“接触电阻”的判断正确的是（ ）A接触电阻较大，它与电阻丝的其他
4、部分串联B接触电阻较大，它与电阻丝的其他部分并联C接触电阻较小，它与电阻丝的其他部分串联D接触电阻较小，它与电阻丝的其他部分并联【答案】A【解析】接头处容易被烧焦，说明接头处的电功率变大，接触电阻与其它部分的连接方式是串联，通过电阻的电流大小几乎没有变化，则接触电阻应当较大，所以选择 A。 6如图是“探究电流通过导体产生的热量与导体电阻间关系”的实验装置，其中，用温度计示数的变化来反映电阻丝产生热量的多少，在下列问题的研究中，也用到这一物理学方法的是（ ）A在研究串联的两个电阻对电流总的阻碍作用时，可用一个电阻来代替这两个电阻B在研究平面镜成像时，通过用等大的蜡烛与虚像重合来确定虚像的位置和大
5、小C在研究影响动能大小的因素时，通过木块被撞后运动的远近说明钢球动能的大小D在研究电压的作用时，通过水压是水流形成的原因类比电压是电流形成的原因【答案】C【解析】 “探究电流通过导体产生的热量与导体电阻间关系”的实验装置，其中，用温度计示数的变化来反映电阻丝产生热量的多少，这种方法是转换法. A在研究串联的两个电阻对电流总的阻碍作用时，可用一个电阻来代替这两个电阻，是等效法；B在研究平面镜成像时，通过用等大的蜡烛与虚像重合来确定虚像的位置和大小，是等效替代法；C在研究影响动能大小的因素时，通过木块被撞后运动的远近说明钢球动能的大小，是转换法；D在研究电压的作用时，通过水压是水流形成的原因类比电
6、压是电流形成的原因是类比法.故选 C.7将规格都是“220V 100W”的一台电风扇、一台电视机和一把电烙铁分别接入家庭电路中，通电时间相同，下列说法正确的是（ ）A电风扇产生的热量最多 B电视机产生的热量最多C电烙铁产生的热量最多 D三个用电器产生的热量一样多【答案】C【解析】家庭电路的电压是 220V，把三个用电器分别接入家庭电路中，三个用电器都正常工作，实际功率相同（等于额定功率）、通电时间相同，根据 W=Pt 可知消耗的电能相同。用电器消耗的电能不一定全部转化为内能，所以产生的热量不一定相同。电视机工作时将一部分电能转化为光能，少量电能转化为内能，电风扇工作时电动机将电能大部分转化机械
7、能，少部分转化为内能，电烙铁工作时将电能全部转化为内能所以产生热量最多的是电烙铁故选 C8历史上最先精确地确定电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系的物理学家是（ ）A安培 B伏特 C奥斯特 D焦耳【答案】D【解析】焦耳精确地测定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系，总结出了著名的焦耳定律。奥斯特发现了电流的磁效应。9下列说法中正确的是（ ）A额定功率越大的用电器，正常工作时消耗的电能就越多 B家中同时使用的用电器越少，家庭电路中总电流就越大C家庭电路中的电能表上的示数显示了家庭电路的总功率D电炉子工作时，电炉丝热得发红，而连接电炉子的导线并不太热，是因为电炉丝中电阻比导线中电阻大
8、得多【答案】D【解析】根据公式 WPt可知，用电器消耗的电能除了与电功率有关外，还和通电时间有关，A 错；家庭电路的电压为 220V 不变，根据公式 PIU可得，用电器的总功率越大，总电流就越大，B 错；电能表上的示数显示的是用户在一段时间内消耗的电能，C 错；把把导线也看成用电器，电炉丝与其串联，电流相等，但电炉丝的电阻远远大于导线的电阻，根据 2QIRt可知电炉丝产生的热量远大于导线产生的热量，D 对。10电风扇是我们生活中的常用电器，工作时它自身的温度会升高，下列有关它的说法正确的是（ ）A、工作时，它将机械能转化为电能。 B、工作时，它的机械能是由电能转化C、工作时，它的线圈电阻不发热
9、 D、工作时，它能降低温度【答案】B【解析】电风扇属于电动机，它是将电能转化为机械能的装置，故 A 不对，B 正确；工作时，电流要通过它的线圈，而线圈是有一定电阻的，故线圈会发热；电风扇靠加快液体的蒸发使人感到凉快的，它不能降低周围的温度，故 C、D 均不对。二填空题：（每空 1 分，共 20 分）11当 1A 的电流通过阻值为 50 的电阻丝，产生的热量为 250J，则电阻丝通电的时间为 s【答案】5【解析】将焦耳定律的公式变形，得到 s5012t2）（放 AJRIQ。12如图所示,将 R1和 R2串联后接在 6V 的电源上, R1的阻值为 10，R 2的阻值为 20，闭合开关， R 1和
10、R2两端电压之比为 ，通电 1min，电阻 R1产生的热量为 J。【答案】1:2；24 【解析】在串联电路中，电阻两端的电压之比等于电阻阻值之比，所以U1U 2=R1R 2=1020=12；电路电流为 I=U/(R1+R2)=6V/30=0.2A；通电 1min，电阻 R1产生的热量为 Q=I2R1t=（0.2A） 21060s=24J。13两个电阻 A 和 B，在一定温度下，电流与其两端电压的关系如图所示，A 电阻为 ，将他们并联后接在电压为 2.5V 的电源上，通过它们的总电流是 A，这时 A 电阻在1s 内所产生的热量是 J【答案】5；0.75；1.25【解析】由图象可知：对于电阻 A，
11、当两端电压 UA=1.5V 时，对应电流 IA=0.3A，则RA=UA/IA=1.5V/0.3A=5；当将 A 和 B 并联后接在电压为 U=2.5V 的电源上时，由图可知：通过电阻 A 的电流是 IA=0.5A，通过电阻 B 的电流是 IB=0.25A，则通过干路电流是I=IA+IB=0.5A+0.25A=0.75A；电阻 A 在 t=1s 内产生的热量QA=WA=UIAt=2.5V0.5A1s=1.25J14有两个电阻：R 1=3，R 2=4，若将它们串联在电路中，则在相同时间内消耗的电能之比 W1:W2=_；若将它们并联在电路中，则在相同时间内产生的热量之比Q1:Q2=_。【答案】3:4
12、 4:3【解析】两个电阻串联时，电流和通电时间相同，由纯电阻电路中，W =UIt=I 2Rt，可知它们消耗的电能之比 W1:W2=R1：R 2=3:4；两个电阻并联时，电压和通电时间相同，由纯电阻电路中，Q =I 2Rt=U 2/Rt，可知它们在相同时间内产生的热量之比 Q1:Q2=R2：R 1=4:315一台线圈电阻为 0.3 电动机，接在 12V 的电源上时，通过电动机的电流为 0.5A，在2min 内电流产生的热量是 J，转化成的机械能是 J。【答案】9，711【解析】由题意知：电动机线圈电阻 R=0.3，电源电压 U=12V，通过的电流 I=0.5A，则在 t=2min=120s 内产
13、生的热量为 Q=I2Rt=（0.5A） 20.3120s=9J，消耗的电能W=UIt=12V0.5A120s=720J，电动机在工作时电能转化为机械能和内能，故转化成的机械能是 W 机 =WQ=720J9J=711J。16如图是两定值电阻 RA和 RB中的电流与其两端电压的关系，若将两电阻并联在电压为2V 的电路中，干路上电流为 A，通电相同时间，R A、R B产生的热量之比 QA： QB= 【答案】0.6；2：1 【解析】如图所示：当电压为 2V 时，通过量定值电阻 RA和 RB的电流分别为 0.4A 和0.2A，所以干路电流为： 0.4.20.6ABI；相同时间内 RA、R B产生的热量之
14、比： :0.4:2:1ABAABUItIQA：17两电阻 R1=6，R 2=9，当它们串联接在电源电压为 3V 的电路两端，通过它们的电流I= A，加在 R1、R 2两端的电压之比 U1：U 2= ；当 R1、R 2并联接在原电路中，通过 R1、R 2的电流之比 I1：I 2= ，通过 R1、R 2的发热之比 Q1：Q 2= 【答案】0.2；23；32；32【解析】两电阻串联时通过它们的电流相等，根据 I= AVU2.096321 即通过它们的电流为 0.2A；根据欧姆定律和串联电路的电压特点，两电阻两端的电压之比等于电阻之比即 U1U 2= R1R 2=69=23；两电阻并联时两端的电压相等
15、，根据欧姆定律求出通过它们的电流之比 I1I 2=69R121=32，根据 Q=W=U2t 求出在相同的时间内电流通过 R1、R2 所产生的热量之比 Q1：Q 2= 12tRU32；18一台电炉通电后，电炉丝热得发红，与电炉丝连接的导线却不怎么热，这台电炉的额定电压为 220V，额定功率为 1100W，与电炉丝连接的导线的电阻为 0.1，电炉正常工作10min，通过导线的电流为 A，导线上产生的热量是 J。【答案】5；1500。【解析】这台电炉的额定电压为 U=220V，额定功率为 P=1100W，与电炉丝连接的导线的电阻为 r=0.1，电炉正常工作时间 t=10min=600s，通过导线的电
16、流为I=P/U=1100W/220V=5A，导线上产生的热量 Q=I2rt=（5A） 20.1600s=1500J。19如图所示，电源电压恒为 12V，闭合开关 S，当滑动变阻器的阻值为 10 时，电压表的示数为 10V，此时电动机正常工作，则滑动变阻器消耗的功率是 W；若电动机内部线圈的电阻为 2，则通电 5min 电流通过电动机内部线圈产生的热量是 J【答案】0.4；24.【解析】由电路图可知，电压表测电动机两端电压，串联电路两端电压等于各部分电路两端电压之和，滑动变阻器两端电压 R1U2V= 0 ，则 201.RUVIA ，则滑动变阻器消耗的功率 PIA4W=；由焦耳定律得：电动机内部线
17、圈产生的热量为： 221QIRt05602.AsJ=（ ） 三实验探究题：（5 分）20用如图所示的实验装置探究“电流相同时，通过导体产生的热量与电阻大小的关系”（图中甲、乙是完全相同的密闭容器，实验前，A、B 两“U”形管内液面是相平的） （1）请你用笔画线代替导线，将电路连接完整（2）电流产生的热量不易直接测量，因此，在这个实验中是通过观察“U”形管中液面的 来显示甲、乙容器内空气温度的变化通过对比观察，你认为 （选填“甲”或“乙” ）容器中的电阻产生的热量多由此可知：在电流相同、通电时间相同的情况下， 越大，电流产生的热量越多（3）当密闭容器中的空气温度升高时，空气的内能将会 （选填“变
18、大”或“变小”或“不变” ） （4）根据你得出的结论，简要解释：电炉工作时，电炉丝热得发红，而与电炉丝连接的导线却几乎不发热，这是为什么？【答案】 （1）如下图所示；（2）高度差；乙；电阻；（3）变大；（4）电炉丝与导线是串联的，电流和通电时间相等，而电炉丝的电阻较大，产生的热量较多，所以电炉丝热得发红，而与电炉丝连接的导线却几乎不发热【解析】 （1）由 Q=I2Rt 知，要探究电流产生的热量与电阻的大小关系，应使电流和通电时间相同，将两电阻串联在电路中，如下图所示；（2）实验中通过观察“U”形管中液面的高度差来显示甲、乙容器内空气温度的变化观图知，B 液柱的液面较高，可知乙容器中的电阻产生的
19、热量多由此可知：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，电流产生的热量越多（3）当密闭容器中的空气温度升高时，空气的内能将会变大（4）电炉丝与导线是串联的，电流和通电时间相等，由 Q=I2Rt 知，电阻越大，产生的热量越多，电炉丝电阻远大于导线电阻，相同时间内，电炉丝产生的热量较多，电炉丝热得发红，而与电炉丝连接的导线却几乎不发热四计算题（5 分）21.明亮同学的家中有一台微电脑控制的电热水壶，如图所示该电热水壶可以将水从桶中自动抽到壶中并自动加热至水烧开明亮同学观察该电热水壶的铭牌时发现其额定加热功率模糊不清晰，其它铭牌标记均清晰（如表所示） ；烧水前他关掉家里其它用电器，只接通电热水壶
20、控制开关，小电动机开始额定电压下用 5s 时间将水从桶中提升了 0.8m 加至电热水壶满刻度处自动停止加水，此时显示水温为 20，电热水壶加满水后开始在额定电压下烧水至水温为 100时自动断开电路停止工作明亮同学还观察到，在电热水壶烧水的过程中，家里标有 3000r/kWh 的电能表在 30s 内转盘转了 50 转 （g=10N/kg， 水=1.0103kg/m3，c 水 =4.2103J/（kg） ） 型号 MH200 额定电压 220V额定频率 50Hz额定加热功率小电动机额定功率 5W求：（1）小电动机提升水的工作效率；（2）电热水壶的额定加热功率；（3）如果在用电高峰时明亮同学家中的实
21、际电压是额定电压的 90%，电热水壶在此电压下烧水时的加热效率为 90%，试计算在用电高峰时烧开该壶水所需的时间【答案】 （1）64%；（2）2000W；（3）460.9s【解析】 （1）由 =m/V 可得，水的质量：m=V=110 3kg/m32103 m3=2kg；则水的重力：G=mg=2kg10N/kg=20N；有用功：W 有 =Gh=20N0.8m=16J；电动机消耗的电能 W=P 机 t=5W5s=25J；电动机工作效率 机 = 总有 100%= J2516100%=64%；（2）根据电能表上标的参数“3000r/kWh”的含义可知，当电能表上转盘转 50 转时，用电器消耗的电能 W=3051kWh= 601kWh=6104J所以热水壶的额定加热功率 P 加 =W/t= s34=2000W（3）把 2L 水从 20加热到 100吸收的热量：Q 吸 =cmt=4.210 3J/（kg）2kg（10020）=6.7210 6J；热水壶的额定加热功率 P 加 =2000W，由 P= RU2得：加热电阻为：R= U2= WV0)(2=24.2，容量 2.0L当实际电压是额定电压的 90%，其实际功率为 P 实 = RU实2= .4)90(2V=1620W，由题意可知：Q 吸 =P 实 t，则加热时间 t= 实 吸P= 0491627.WJ=460.9s
