1、课时训练课时训练( (十八十八) ) 焦耳定律焦耳定律 (限时:40 分钟) | |基础巩固基础巩固| | 一、选择题一、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 K18-1 2.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 V 100 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
2、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 K18-2 A. U甲=U乙，Q甲=Q乙 B.U甲Q乙 C.U甲RbRc （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
3、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=U 2 R t 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=5
4、00 mL=50010 -6 m3, m水=水V水=1.010 3 kg/m350010-6 m3=0.5 kg, Q吸=c水m水t=4.210 3 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=2.410 5 J, = Q吸 W电100%= 1.68 105 J 2.4 105 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=2.410 5 J 的电能,t 时=6 min 3 s=363 s,故 P实= W电
5、 t时= 2.4 105 J 363s 661.2 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=U 2 P1= （220V） 2 550W =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=P U= 1650W 220V=7.5 A。 （3）t=20 min=1200 s,电暖器
6、高温挡工作 20 min 放出的热量是 Q放=W=Pt=1650 W1200 s=1.9810 6 J, 则空气吸收的热量为 Q吸=Q放=1.9810 6 J50%=9.9105 J, 升高的温度 t温= Q吸 cm= 9.9 105 J 1.1 103 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=I 2Rt=（10 A） 22 1 s=200 J。 2.A 3.C 4.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
7、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 R 大= 20V 20=1 A,则电 路中最小电流为 1 A,故 A
8、错误。 定值电阻 R0阻值为 R0= U1 I =12V 1A =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=U1 R0 = 24V 12=2 A,则灯泡正常发光时的电阻 RL=UL IL= 36V-24V 2A =12V 2A =6 ,故 C 错误。 灯 L 的额定功率 P额=UL 2 RL= （12V） 2 6 =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=U R可得,电动机线圈的 电阻 R=U I= 48V 12A=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
9、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=I 2R=（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 W 100%= P机械t P t 100%= P机械 P 100%=80W 96W100%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=W t= s t =Fv 可得,受到的阻力 f=F= P机械 = 80W 5m/s=16 N,故 D 正确。 6
10、.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=I 2Rt 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。
11、 7.B 8.电流 41 9.1.2 72 10.55 2.6410 5 11.小 1.6810 5 0.5 12.（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=U 2 Rt 时=（220V） 2 88 60 s=3.310 4 J。 （2）由表知 t=
12、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=U I = 6V 0.05 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=U I= 6V 0.04 A=150 , R1=R总-R0-R2
13、=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
14、 A,则 R1的阻值 R1= U I1= 6V 0.5A=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= U IL= 6V 0.75A=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
15、电路中的电流 I小=UL RL = 3V 8=0.375 A,滑动变阻器接入电路的最大 阻值 R2 大= U2 大 I小 = 3V 0.375A=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= 6V 0.6A=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。
