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课时训练(十七) 焦耳定律
(限时：30分钟)
一、填空题
1. [2018·黔南]1840年，英国物理学家 最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和时间的关系；从能量转化的角度看，电热器的电热丝工作时是将电能转化为 能。
2. 电视机、洗衣机、电饭锅、电冰箱这些家用电器中属于电热器的有 ，其工作原理是 ，工作时能量的转化过程是 。
3. 如图K17-1所示是林红同学探究焦耳定律的实验装置，已知R1<R2，闭合开关后，两段电阻丝两端的电压U1 U2，电流通过两段电阻产生的热量Q1 Q2。(均选填“>”“<”或“=”)
图K17-1
4. [2019·长沙]如图K17-2所示，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，小海用此电路来探究电流通过导体时产生的热量跟什么因素有关。由图可知，在电流大小和通电时间相等的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越 ，若通过电阻的电流为0. 5 A，通电10 s，阻值为10 Ω的电阻产生的热量是 J。
图K17-2
5. [2019·绥化]图K17-3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，左侧容器和右侧容器中的电阻丝产生的热量之比为 。
图K17-3
6. [2019·哈尔滨]在探究“影响电流热效应的因素”的实验中，要探究电流热效应与电流关系，应控制的变量是
。如图K17-4所示，R1=5 Ω，R2=10 Ω，电源电压3 V，则通电 10 s 电流通过R1、R2产生的热量之比为 。
图K17-4
7. [2019·南充]如图K17-5所示，灯L标有“4 V 2 W”的字样，R=20 Ω，闭合开关S时，灯L正常发光(灯丝的电阻不受温度影响)，电流表示数为 A，通电1 min电路中产生的热量为 J。
图K17-5
8. [2018·成都]如图K17-6所示的电热水壶上标有“220 V 1800 W”，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，烧开一壶水用时3 min 20 s，这段时间内电热水壶发热体产生的热量为 J。
图K17-6
9. [2019·湘潭]图K17-7是某电水壶的铭牌，该电水壶正常工作1 min产生 J的热量，如果这些热量的84%被冷水吸收，能使2. 0 L的水温度升高 ℃。
图K17-7
10. [2018·枣庄]如图K17-8所示是某种电热器的电路图，电源电压220 V，R1、R2的阻值分别为11 Ω、22 Ω，通过旋转扇形开关S，接触不同触点，实现高、中、低三个挡位的转换，电热器在低温挡工作时的电功率是
W，在高温挡工作1 min产生的热量是 J。
图K17-8
二、选择题
11. [2019·乐山]如图K17-9所示为“探究焦耳定律”的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。将容器中的电阻丝R1、R2串联在电路中，且R1<R2。下列说法正确的是 ( )
图K17-9
A. 该实验装置用于探究电压和通电时间一定时，电热与电阻的关系
B. 闭合开关后，通过R1的电流大于R2的电流
C. 闭合开关后，甲管中液面上升比乙慢
D. 闭合开关后，要使电流增大，应将滑动变阻器滑片P向左移动
12. 如图K17-10所示，林红同学将三个相同的空烧瓶口分别用完全相同的气球密封，用三段阻值不同的电阻丝(R1<R2<R3)分别给三个烧瓶中的空气加热，通电一段时间后体积变化最大的气球是 ( )
图K17-10
A. a B. b
C. c D. 三个相同
13. 计算电流通过电风扇产生的热量，下列公式选用正确的是 ( )
A. UIt B. U2Rt
C. I2Rt D. 前面三个都可以
14. [2018·钦州]电炉工作时，根据焦耳定律可知，相同时间内电炉丝产生的热量比导线多，所以电炉丝热得发红而连接电炉丝的导线不太热，其原因是 ( )
A. 电炉丝的电阻较大
B. 电炉丝与导线是并联的
C. 电炉丝的横截面积大
D. 通过电炉丝的电流较大
15. [2019·自贡]把一个标有“10 V 3 W”的小灯泡和定值电阻R串联后接在电压为12 V的电源上(如图K17-11所示)，小灯泡恰能正常发光。该电路工作10 s，定值电阻产生的热量是 ( )
图K17-11
A. 60 J B. 36 J
C. 30 J D. 6 J
16. 如图K17-12所示，阻值为R的电阻丝，用四种方法分别接在电压为U或2U的电源上。闭合开关后，在相同时间内虚线框里的电阻丝产生的总热量最多的是 ( )
图K17-12
17. 某电热器有两根电阻丝，在同一电源上，要烧开同一壶水，只用第一根电阻丝时，需要6 min。只用第二根电阻丝时需要12 min。若把两根电阻丝并联起来仍接在原电源上，烧开这一壶水，则需要 ( )
A. 18 min B. 9 min
C. 4 min D. 2. 4 min
三、计算题
18. [2019·天水]如图K17-13甲所示是家用电暖器，利用电热给煤油加热取暖。图乙为其简化的电路原理图，已知电阻R1 >R2，铭牌见下表所示。在电暖器跌倒时，跌倒开关S自动断开，切断电源，保证安全。电暖器有“高温挡”“中温挡”和“低温挡”三个挡位，解答下列问题：[已知c煤油=2. 1×103 J/(kg·℃)，ρ煤油=0. 8×103 kg/m3]
(1)煤油温度升高20 ℃时，吸收了多少焦耳的热量？
(2)R1的阻值是多少？ (写出必要的文字说明)
(3)某同学用两个阻值和R1、R2均相同的电热丝串联，制成一个新的电热器，将它接在家庭电路中工作11 min，产生的热量是多少？
额定电压
220 V
煤油体积
25 L
功率选择
1500 W/1100 W/400 W 三挡可调
操作方式
手动
图K17-13
四、实验与探究题
19. [2019·昆明]在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验中，提供了如图K17-14乙所示的实验器材，其中R1>R2。
图K17-14
实验一：探究电流产生的热量与电阻的关系。
(1)请按照图甲所示的电路图将图乙中对应实物图连接完整。
(2)电路中电阻丝的连接方式是为了控制 ；电阻丝放出热量的多少，通过
来进行判断。
(3)闭合开关，经过一定时间，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 (选填“大于”“等于”或“小于”)Δt2。
实验二：探究电流产生的热量与电流的关系。
(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(或R2)加热的煤油，温度升高量Δt1'(或Δt2') (选填“大于”“等于”或“小于”)2Δt1(或2Δt2)。该实验说明电流产生的热量与电流 正比例关系。
(5)你认为做这个实验产生误差的主要原因是 。
【参考答案】
1. 焦耳 内
2. 电饭锅 电流的热效应 电能转化为内能
3. < <
4. 多 25
[解析]右边容器中的U形管液面高度差较大，故右边的电阻产生的热量多，这表明，在相同时间内，电流相同的情况下，电阻越大，电流通过导体时产生的热量越多；电阻产生的热量为Q=I2Rt=(0. 5 A)2×10 Ω×10 s=25 J。
5. 电流 41
6. 电阻和通电时间 1∶2
7. 0. 7 168
[解析] 由图知R与L并联，电流表测干路电流，灯L正常发光，
所以，U=UR=UL=4 V，
由P=UI可得通过灯泡的电流：IL=PLUL=2W4V=0. 5 A，
由欧姆定律可得通过R的电流：IR=URR=4V20Ω=0. 2 A，
由并联电路的电流特点可得电流表示数：I=IL+IR=0. 5 A+0. 2 A=0. 7 A。
通电1 min电路中产生的热量：Q=W=UIt=4 V×0. 7 A×60 s=168 J。
8. 小 3. 6×105
9. 9×104 9
[解析] 由图知，电水壶的额定功率为1500 W，所以正常工作1 min产生的热量：
Q=W=Pt=1500 W×60 s=9×104 J。
由ρ=mV可得水的质量：
m=ρV=1. 0×103 kg/m3×2. 0×10-3 m3=2 kg，
这些热量的84%被冷水吸收，即Q吸=84%Q，
由Q=cmΔt得水升高的温度：
Δt=84%Qcm=84%×9×104 J4. 2×103 J/(kg·℃)×2kg=9 ℃。
10. 2200 3. 96×105
11. C [解析]两电阻串联，通过两电阻的电流和通电时间相等，而电阻不同，故可探究电流产生的热量与电阻的关系，A、B错误；根据Q=I2Rt，电流与通电时间相同，因R1<R2，故右边容器中电阻丝产生的热量多，则甲管中液面上升比乙中慢，C正确；闭合开关后，要使电流增大，由欧姆定律，要减小电路中的电阻，故应将滑动变阻器滑片P向右移动，D错误。
12. C 13. C 14. A 15. D 16. D
17. C [解析] t1=6 min，t2=12 min，
烧开同一壶水，则Q水吸=Q1放=Q2放=Q并放，即
Q水吸=U2R1t1=U2R2t2=U2R并t3；
代入数据，得R1∶R2=t1∶t2=6 min∶12 min=1∶2，t1∶t3=R1∶R并，R并=R1R2R1+R2=23R1，则t3=R并R1·t1=23×6 min=4 min。
18. 解：(1)煤油质量m=ρ煤油V=0. 8×103 kg/m3×25×10-3 m3= 20 kg，
煤油温度升高20 ℃时吸收的热量
Q吸=c煤油mΔt=2. 1×103 J/(kg·℃) ×20 kg×20 ℃=8. 4 ×105 J。
(2)由于R1>R2，由P=U2R可知，当电压一定时，电阻越大，功率越小，所以S、S1闭合，只有R1工作时，电路中电阻最大，功率最小，P低= 400 W。
所以R1的阻值为R1= U2P低=(220 V)2400 W=121 Ω 。
(3)结合(2)的分析可知，当S、S2闭合时，只有R2工作，此时为中温挡，P中=1100 W，则R2的阻值为R2=U2P中=(220 V)21100 W=44 Ω。
新电热器电阻丝的总电阻为R串=R1+R2=121 Ω+44 Ω=165 Ω，
产生的热量为Q=U2R串t=(220 V)2165 Ω×11×60 s=1. 936×105 J。
19. (1)如图所示
(2)电流相等 温度计升高的示数
(3)大于 (4)大于 不成 (5)有热量损失
[解析](3)根据Q=I2Rt可知，在电流和通电时间相等时，电流通过导体产生的热量与电阻成正比，因为R1>R2，所以Q1>Q2；根据Q=cmΔt可知，在煤油的比热容和质量相等时，温度变化量与热量成正比，所以Δt1>Δt2。(5)在实验过程中，电流通过导体产生的热量没有完全被煤油吸收，所以实验产生误差的主要原因是有热量损失。
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