课时训练(十七) 焦耳定律
(限时:50分钟)
一、填空题
1.[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.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U1U2，电流通过两段电阻产生的热量Q1Q2。
(均选填“>”“<”或“=”)
图K17-1
3.[辽阳]如图K17-2所示实验装置，可用来探究通电时间相同时，电流通过导体产生的热量与的关系。
将装置接在电压为3 V的电源上，通电2 min，电流通过电阻R2产生的热量为J。
图K17-2
4.[重庆]如图K17-3所示，电源电压恒为6 V，R1=30 Ω，只闭合开关S1时，电流表示数为A;同时闭合开关S1、S2，电流表示数为0.5 A，则通电1 min电阻R2产生的热量为J。
图K17-3
5.如图K17-4所示的电路中，闭合开关S，电压表V1和V2的示数之比为1∶3，在相同的时间内电流通过R1、R2产生的热量之比为。
图K17-4
6.如图K17-5所示是两定值电阻R A和R B中的电流与其两端电压的关系，若将两电阻并联在电压为2 V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Q A∶Q B= 。
图K17-5
7.[成都]如图K17-6所示的电热水壶上标有“220 V1800 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
8.[威海]标有“220 V2000 W”的即热式电热水龙头，其加热电阻丝的阻值是Ω;在额定电压下工作21 s，若不计热量损失，能够使kg的水从15 ℃上升到35 ℃。
[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)]
9.[枣庄]如图K17-7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K17-7
二、选择题
10.[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
11.[深圳]图K17-8为“探究焦耳定律”的实验装置。
两个相同的烧瓶中密封初温相同、质量相等的煤油，通电一段时间后，右侧玻璃管中液面比左侧高。
下列说法正确的是( )
图K17-8
A.通过玻璃管中液面的高度判断电流产生热量的多少，这种方法是控制变量法
B.右侧电阻丝的阻值比左侧小
C.通过右侧电阻丝的电流比左侧小
D.该装置用于探究电流通过导体产生的热量多少与电阻大小的关系
12.如图K17-9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K17-9
A.a
B.b
C.c
D.三个相同
13.[自贡]计算电流通过电风扇产生的热量，下列公式选用正确的是 ( )
t
A.UIt
B.U2
U
C.I2Rt
D.前面三个都可以
14.通过一根电阻丝的电流为2 A，通电1 min产生了2.64×104 J的热量，则它的电阻是( )
A.66 Ω
B.6600 Ω
C.110 Ω
D.220 Ω
15.如图K17-10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( )
A B
C D
图K17-10
16.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
17.如图K17-11所示，电阻R1、R2的大小关系是R2=2R1，当开关S断开和闭合时，在相同的时间内，电流通过R1产生的热量之比为( )
图K17-11
A.1∶3
B.1∶9
C.3∶1
D.9∶1
三、计算题
18.[江西]如图K17-12所示是某型号的爆米花机的电路图，该爆米花机具有制作和保温功能。
只闭合开关S1时，R1加热，电动机搅拌，开始制作爆米花;只闭合开关S2时，R2保温，防止爆米花变凉;爆米花机的铭牌如下表所示。
[c玉米=1.2×103J/(kg·℃)]
(1)将100 g、20 ℃的玉米加热到300 ℃成为爆米花时，求玉米粒需要吸收的热量。
(2)电阻R1发热，把100 g、20 ℃的玉米粒加热成为爆米花，需要用时5 min，求R1的加热效率。
(3)求保温电阻R2的阻值。
图K17-12
额定电压220 V
加热功率200 W
保温功率22 W
电动机功率40 W
四、实验探究题
19.[河北]用如图K17-13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K17-13
(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: 。
参考答案1耳内
2.< <
3.电阻24
4.0.2108
5.1∶2
6.0.62∶1
7.小3.6×104
8.24.20.5
[解析] 加热电阻丝的阻值R=U2
U =(220V)
2
2000W
=24.2 Ω。
在额定电压下工作21 s消耗的电能W=Pt=2000 W×21 s=4.2×104J;
若不计热量损失，则Q吸=W=4.2×104 J，由Q吸=cmΔt可得，加热水的质量m水=
U
吸
U
水
ΔU
=
4.2×104J
4.2×103J/(kg·℃)×(35℃−15℃)
=0.5 kg。
9.22003.96×105
10.A11.D12.C13.C14.C15.D 16.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=U2
U1t1=U2
U2
t2=U2
U
并
t3;
代入数据，得R1∶R2=t1∶t2=6 min∶12 min=1∶2，t1∶t3=R1∶R并，R并=U1U2
U1+U2=2
3
R1，则t3=
U
并
U1
·t1=2
3
×6 min=4 min。
17.B
18.解:(1)由题意可知，玉米粒吸收的热量为
Q=c玉米m(t-t0)=1.2×103J/(kg·℃)×0.1 kg×(300 ℃-20 ℃)=3.36×104 J。
(2)由题意可知，加热5 min消耗的电能为W=P加t'=200 W×5×60 s=6×104 J，
加热的效率为η=U
U =3.36×104J
6×104J
=56%。
(3)由电路图可知，保温时电路中只有电阻R2，所以电阻R2的阻值为R2=U2
U
保=(220V)
2
22W
=2200 Ω。
19.(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。