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文檔簡(jiǎn)介
18.4焦耳定律
解題要點(diǎn)梳理:
電功與電熱
公式Q=|2Rt普遍適用于電熱的求解;公式W=Ult普遍適用于電功的求解。
純電阻電路中:W^Q幗Pt=U呼㈢2Rt
非純電阻電路中:W>Q,消耗的電能:W=Pt=Ult,產(chǎn)生的熱量:Q=l2Rt?
基礎(chǔ)鞏固
1.(2022?內(nèi)蒙古,烏拉特前旗第三中學(xué)九年級(jí)期末)下列電學(xué)知識(shí)敘述正確的是()
A.由歐姆定律變形公式可知,導(dǎo)體兩端的電壓為零時(shí),因?yàn)闆](méi)有電流通過(guò),所以導(dǎo)體電阻為零
B.電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟導(dǎo)體的電流成正比,跟導(dǎo)體的電阻成正比,跟通電時(shí)間成正比
C.電功率是描述電流做功多少的物理量
D.導(dǎo)體電阻的大小,可以用它兩端的電壓與通過(guò)它的電流的比值來(lái)表示
【答案】D
【詳解】A.電阻是導(dǎo)體本身所具有的性質(zhì),與通過(guò)它的電流、它兩端的電壓無(wú)關(guān),導(dǎo)體兩端的電壓為
零時(shí),電流為零,但導(dǎo)體電阻不為零,故A錯(cuò)誤;B.由焦耳定律知,電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體
中電流的二次方成正比,跟導(dǎo)體的電阻成正比,跟通電時(shí)間成正比,故B錯(cuò)誤;C.電功率是描述電流
做功快慢的物理量,故C錯(cuò)誤;D.在物理學(xué)中,導(dǎo)體的電阻等于兩端的電壓與通過(guò)的電流的比值,故
D正確。故選D。
2.(2022?江蘇?無(wú)錫市河埒中學(xué)二模)如圖是"探究電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的熱量跟什么因素有關(guān)"的實(shí)驗(yàn)
裝置。"及、%的阻值均為10Q,兩個(gè)容器中密封著等量的空氣,U形管中液面高度的變化反映密閉
空氣溫度的變化。下列說(shuō)法正確的是()
A.該實(shí)驗(yàn)裝置U型管液面高度變化是液體熱脹冷縮的緣故
B.通電一段時(shí)間后,左側(cè)U形管中液面的高度差比右側(cè)的小
C.圖中實(shí)驗(yàn)是為了探究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系
D.若將圖中Rj也放入右側(cè)密閉容器里,可探究電流產(chǎn)生的熱量與電阻的關(guān)系
【答案】D
【詳解】A.該實(shí)驗(yàn)裝置U型管液面高度變化是空氣熱脹冷縮的緣故,故A錯(cuò)誤;B.由°=廣用可知,
左邊容器中電阻的電流大于右邊容器中電阻的電流,容器中的電阻產(chǎn)生的熱量多,溫度升得較快;因
此通電一段時(shí)間后,左側(cè)U形管中液面的高度差更大,故B錯(cuò)誤;C.裝置中一個(gè)10。的電阻與兩個(gè)
10Q的電阻并聯(lián)后再串聯(lián),根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)可知,右端兩個(gè)電阻的總電流和左端的電阻電流
相等,即//,=/*,兩個(gè):L0C的電阻并聯(lián),根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)知乙=乙+/2,兩電阻阻值相等,則
支路中電流相等,/尸/2,所以右邊容器中的通過(guò)電阻的電流是左側(cè)通過(guò)電流的一半;兩容器中電阻絲的
阻值相等,但通過(guò)它們的電流不同,這是探究電流產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系,故C錯(cuò)誤;D.若將右側(cè)
的兩個(gè)電阻并聯(lián)都放入容器中,把右側(cè)的電阻看作一個(gè)整體,由并聯(lián)電路的電阻關(guān)系可知,其電阻為
10Qxl=5Q,此時(shí)左側(cè)電阻和右側(cè)電阻是串聯(lián)的,則電流和通電時(shí)間都是相同的,可以探究電流產(chǎn)生
的熱量與電阻的關(guān)系,故D正確。
3.(2022?全國(guó)?九年級(jí)課時(shí)練習(xí))如圖所示的用電器中,利用電流熱效應(yīng)的是()
【答案】B
【詳解】電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,這種現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。抽油煙機(jī)和洗衣機(jī)工作時(shí)主
要是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,電視機(jī)工作時(shí)主要將電能轉(zhuǎn)化為光能和聲能,只有電餅鐺是把電能轉(zhuǎn)化為
內(nèi)能,是利用電流的熱效應(yīng),故ACD不符合題意,B符合題意。故選B.
4.(2022?陜西咸陽(yáng)?九年級(jí)期末)電爐工作時(shí),電爐絲熱得發(fā)紅,而導(dǎo)線幾乎不發(fā)熱,這是因?yàn)殡姞t絲
通過(guò)導(dǎo)線接到電路里,通過(guò)電爐絲和導(dǎo)線的電流大小,由于電爐絲的電阻比導(dǎo)線的電阻
(選填"大"或"小”),導(dǎo)致電爐絲產(chǎn)生的熱量比導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量______(選填"多"或"少。
【答案】相等大多
【詳解】電爐絲和導(dǎo)線串聯(lián),通過(guò)的電流相同,電爐絲的電阻比導(dǎo)線的電阻大,根據(jù)。=/用可知,在
相同時(shí)間內(nèi),電爐絲產(chǎn)生的熱量多,故電爐絲熱得發(fā)紅,而導(dǎo)線幾乎不發(fā)熱。
5.(2022?全國(guó)?九年級(jí)期中)入冬以來(lái),越來(lái)越多的家庭開(kāi)始使用電熱取暖器。如圖甲所示,這款電熱
取暖器有高溫?fù)鹾偷蜏負(fù)鮾蓚€(gè)擋位,額定電壓為220V,高溫?fù)醯墓β蕿?200W,簡(jiǎn)化電路如圖乙所示,
Q的阻值為48.4。。
(1)該電熱取暖器是利用電流的效應(yīng)工作的;當(dāng)Si和S2同時(shí)閉合時(shí),電熱取曖器處于擋;
(2)電熱取暖器處于低溫?fù)鯐r(shí)通過(guò)電阻R/的電流為,電熱取曖器處于低溫?fù)鯐r(shí)的功率為;
(除不盡保留一位小數(shù))
(3)在額定電壓下,使用高溫?fù)踹B續(xù)工作3h,電熱取暖器產(chǎn)生的熱量為。
【答案】熱高溫4.5A1000W2.376xlO7J
【詳解】(1)電流通過(guò)電阻絲時(shí),會(huì)產(chǎn)生熱量,將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故電熱取暖器是利用電流的熱效
應(yīng)工作的。當(dāng)S1和S?同時(shí)閉合時(shí),兩個(gè)也熱絲并聯(lián)接入電路中,根據(jù)并聯(lián)電路的電阻關(guān)系可知,此時(shí)
P=—
電路中的總電阻是最小的,根據(jù)R,可知,在電壓一定時(shí),電路消耗的功率最大,電熱取暖器處
于高溫?fù)酢?/p>
/=£=220V^45A
(2)Si閉合、S2斷開(kāi)時(shí),只有燈接入電路,此時(shí)為低溫?fù)?。通過(guò)電阻絲燈的電流'R'48.4。
U2(220V)2
々氏=—=-----=1000W
低溫?fù)醯墓β蔙48.40
(3)電熱取暖器產(chǎn)生的熱量Q=W=P“"=2200WX3X3600S=2.376X107J
6.(2022?全國(guó)?九年級(jí)單元測(cè)試)如圖所示,物理實(shí)驗(yàn)小組探究"電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱的多少與什么因素
有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)裝置。兩個(gè)透明容器中封閉著等量的空氣,且都有一段電阻絲。將透明容器與U形管相連,
接入電路。
(1)實(shí)驗(yàn)中通過(guò)觀察的變化反映電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少。
(2)圖甲是探究在通電時(shí)間相同和相同的情況下,導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與大小是否與有關(guān)的
裝置。
(3)電流表的示數(shù)由圖乙所示,在這種情況下,右側(cè)容器中定值電阻在10s內(nèi)產(chǎn)生的熱量是Jo
(4)某實(shí)驗(yàn)小組發(fā)現(xiàn)通電一段時(shí)間后,其中一個(gè)U形管中的液面高度幾乎不變,發(fā)生此現(xiàn)象的原因可
能是o
【答案】U形管液面高度差電流電阻400裝置的氣密性不好
【詳解】(1)電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少不能直接觀察,但容器內(nèi)空氣溫度的變化可以通過(guò)U形管
液面高度差的變化來(lái)反映,這種研究方法叫轉(zhuǎn)換法。(2)圖甲兩電阻串聯(lián)接入電路,串聯(lián)電路各處電
流相等,可知通過(guò)兩電阻的電流相等,通電時(shí)間相同,電阻大小不同,所以探究的是導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量
與電阻大小是否有關(guān)。(3)由圖可知,電流表選擇的是3A量程,對(duì)應(yīng)的分度值是0.1A,電流表示
數(shù)為2A;右側(cè)容器中定值電阻在10s內(nèi)產(chǎn)生的熱量是Q=/2放=(2A)2xl0Cxl0s=400J(4)通電一段時(shí)
間后,其中一個(gè)U形管中的液面高度幾乎不變,說(shuō)明與此相連的容器可能漏氣,導(dǎo)致熱量向外散失。
7.(2022?湖北襄陽(yáng)?中考真題)在如圖所示電路中,電源電壓不變,/?/=10Q,/?2=5QO
(1)當(dāng)只閉合開(kāi)關(guān)S2,斷開(kāi)%、S3時(shí),電流表的示數(shù)為0.4A,求電源電壓;
(2)當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)Si、S3,斷開(kāi)S2時(shí);求通電10s內(nèi)電阻R,產(chǎn)生的熱量。
【答案】⑴6V;(2)36J
【詳解】解:(1)已知=R?=5。,當(dāng)只閉合開(kāi)關(guān)S2,斷開(kāi)Si、S3時(shí),R/和&串聯(lián),則
2?總=6+旦=10。+5。=15。,當(dāng)電流表的示數(shù)為0.4A,電源電壓為U=/R總=0.4Axl5C=6V;
(2)當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)Si、S3,斷開(kāi)S2時(shí),8和心并聯(lián),因?yàn)閁=6V,R/=10C,那么通過(guò)Q的電流
4=J"=H肅6A,通電10s內(nèi)電阻R/產(chǎn)生的熱量Q=/:隼=(06A)2X10CX10S=36J。
/I?JLU
答:(1)電源電壓為6V:(2)通電10s內(nèi)電阻R/產(chǎn)生的熱量為36J。
8.(2022?全國(guó)?九年級(jí)課時(shí)練習(xí))甲圖是一種由酒精氣體傳感器制成的呼氣酒精測(cè)試儀,其原理如乙圖
所示:定值電阻R?=40Q,電源電壓U=12V,其中以為酒精傳感器,其阻值隨酒精濃度增大而減小,部
分對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示,求:
酒精濃度mg/mL00.20.40.60.8
R//C8060402010
(1)檢測(cè)者未喝酒時(shí),通過(guò)Q的電流。
(2)某次檢測(cè)中,電壓表示數(shù)為4V,凡在0.5s內(nèi)產(chǎn)生的熱量。
(3)電壓表示數(shù)為4V時(shí),是否屬于酒駕?(酒駕標(biāo)準(zhǔn)為:0.2mg/k酒精氣體濃度40.8mg/mL)
【答案】(1)0.1A;(2)0.8J;(3)是
【詳解】解:(1)由圖像可知,當(dāng)被檢測(cè)者未喝酒時(shí),即酒精氣體的濃度為0時(shí);4的電阻為80Q,
U_12V_0/A
通過(guò)Q的電流飛+&800+40Q
(2)由電路圖可知,傳感器以和定值電阻&串聯(lián),電壓表測(cè)傳感器Q兩端的電壓;當(dāng)電壓表示數(shù)為
4V,由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律知,定值電阻及兩端的電壓S=U-a=12V-4V=8V,此時(shí)電路的電流為
1=~zr=0-2A,后在0.5s內(nèi)產(chǎn)生的熱量3=產(chǎn)R,t=(0.2A)2x40Qx0.5s=0.8J;
K、4US.2
(3)電壓表示數(shù)為4V時(shí),由/=g得,酒精傳感器的電阻居=導(dǎo)=怒=20。,由表格數(shù)據(jù)可知,
AI0.2A
被檢測(cè)者的酒精氣體濃度為0.6mg/mL,在0.2mg/L4酒精氣體濃度40.8mg/mL之間,所以屬于酒駕。
答:(1)檢測(cè)者未喝酒時(shí),通過(guò)Q的電流為0.1A;(2)某次檢測(cè)中,電壓表示數(shù)為4V,&在0.5s
內(nèi)產(chǎn)生的熱量為0.8J;(3)電壓表示數(shù)為4V時(shí);是屬于酒駕。
能力提升
9.(2022?貴州銅仁?中考真題)如圖所示,電源電壓12V保持不變,小燈泡標(biāo)有"4V1.6W”字樣(燈絲
電阻不受溫度影響),滑動(dòng)變阻器標(biāo)有"50。1A"字樣,電流表量程為0~0.6A,電壓表量程為0~15V;
閉合開(kāi)關(guān),保證各元件不損壞,下列選項(xiàng)正確的是()
A.移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片,小燈泡可能正常發(fā)光
B.電路中消耗的最大功率為4.8W
C.滑動(dòng)變阻器兩端電壓變化范圍為9~10V
D.當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片P置于b端時(shí),滑動(dòng)變阻器通電lmin產(chǎn)生的熱量為140J
【答案】AB
【詳解】A.小燈泡的額定電壓為4V,電源電壓為12V,滑動(dòng)變阻器與小燈泡串聯(lián),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器可
4=^=L6W=04A
以改變小燈泡兩端的電壓,小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流4V,當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí),滑
降="=aTV=20Q<50Q
動(dòng)變阻器接入電路中的阻值.64A,當(dāng)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片,讓其接入電
路中的電阻為20。時(shí),小燈泡正常發(fā)光,故A正確;B.當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí)電路中電流最大,則電路中
消耗的功率最大,為%=/°源:=°4A*12V=4.8W,故B正確;c當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí),則滑動(dòng)變阻器
&=a=^_=1℃
兩端電壓最小為8V。燈泡電阻為404A,當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值最大時(shí),其兩
U總U滑m=U滑m
端電壓最大,根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)可得8層碗,解得“捌=10丫,則滑動(dòng)變阻器兩端電壓最大
為10V;變化范圍為8~10V,故C錯(cuò)誤;D.當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片P置于〃端時(shí),滑動(dòng)變阻器阻值為
0=91=(1°.)xlx60s=120J
R濟(jì)“,=50Q,可知,滑動(dòng)變阻器通電lmin產(chǎn)生的熱量為時(shí),,50c,故D錯(cuò)誤。
故選ABo
10.(2022?河北承德?九年級(jí)期末)如圖是一個(gè)電加熱器的工作原理圖,其中&和&是阻值不變的發(fā)熱
電阻;下表是它的部分參數(shù)。當(dāng)電加熱器正常工作時(shí),下列說(shuō)法正確的是()
額定電壓220V
額定加熱功率990W
額定保溫功率now
A.只閉合開(kāi)關(guān)S,加熱器的功率為990W
B.開(kāi)關(guān)S閉合,S|由斷開(kāi)到閉合,電路中電流變大,&的功率變大
C.加熱器在保溫狀態(tài)下工作5min,產(chǎn)生3.3x10」的熱量
D.電阻與與&的阻值之比為1:8
【答案】BC
【詳解】A.只閉合開(kāi)關(guān)S,兩電阻串聯(lián),電阻較大,根據(jù)尸=竺知,在電壓一定時(shí),電功率較小,
R
加熱器處于保溫狀態(tài),則此時(shí)加熱器的功率為MOW,故A錯(cuò)誤;B.開(kāi)關(guān)S閉合,S1斷開(kāi)時(shí),兩電阻
串聯(lián),S|閉合時(shí),電阻凡被短路,只有電阻&工作,電阻減小,根據(jù)/=鄉(xiāng)知,電路的電流增大,&的
A
電阻不變,根據(jù)尸=尸&知&的功率變大,故B正確;C.加熱器在保溫狀態(tài)下工作5min產(chǎn)生的熱量
TJ2[J2
。=卬=/溫t=ll°Wx5x60s=3.3xl()4j故c正確;D.因?yàn)闉闊?k,%溫=高方,且4熱=990W,
展L"OW,所以之熱:囁溫=(:^^=990W:110W,即8£=;,解得凡:&=8:1,故D錯(cuò)誤。
A2AJ4-A2?1
故選BC。
11.(2022?河北承德?九年級(jí)期末)圖甲是小燈泡L和電阻R的/—U圖像。將小燈泡L和電阻R接入
圖乙所示的電路中,只閉合Si時(shí),電流表的示數(shù)為0.5A。電源兩端電壓保持不變,下列說(shuō)法中正確的
是()
甲乙
A.只閉合M時(shí),小燈泡L的電阻為2Q
B.只閉合印時(shí),小燈泡L的功率為2W
C.再閉合之后,電路總功率的增加量為2.8W
D.再閉合S?后,在Imin內(nèi)電阻R產(chǎn)生的熱量為48J
【答案】BD
【詳解】AB.只閉合號(hào)時(shí),電路為燈泡L的簡(jiǎn)單電路,電流表測(cè)電路中的電流,由圖甲可知,此時(shí)燈
IJ774V
泡兩端的電壓UL=4V,由/=。,可得,小燈泡L的電阻&=十===8。,小燈泡L的功率
6=UJL=4VXO.5=2W,故A錯(cuò)誤,B正確;CD.再閉合S?后,燈泡L與電阻R并聯(lián),電流表測(cè)干
路電流,因并聯(lián)電路中各支路獨(dú)立工作、互不影響,所以,通過(guò)小燈泡L的電流不變,因并聯(lián)電路中
各支路兩端的電壓相等,所以,電阻R兩端的電壓〃=%=4V,由圖甲可知,通過(guò)電阻R的電流
〃=0.2A,則電路總功率的增加量APM&MUJLWXO.2A=0.8W,Imin內(nèi)電阻R產(chǎn)生的熱量
0<=%=加=。8亞*60s=48J,故C錯(cuò)誤,D正確。故選BD。
12.(2022?全國(guó)?九年級(jí)課時(shí)練習(xí))一個(gè)家用電火鍋,電路如圖所示,已知R/=88Q,&=44。,那么它
有個(gè)溫度擋:當(dāng)只閉合開(kāi)關(guān)Si時(shí),它處于______溫?fù)?;它的中溫?fù)醯墓β适荳;若它在
高溫?fù)豕ぷ?0s,能放出J熱量;若電火鍋放出4.2xlO5J的熱量,可將質(zhì)量為2kg、初溫為20℃
的水加熱到℃o(
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