18.4 焦耳定律（专题训练）【七大题型】（解析版）

184 焦耳定律（专题训练）【七大题型】 【题型1 电流的热效应】.........................................................................................................................................1 【题型2 探究影响电流通过导体时产生热量的因素】..........................................................................................4 【题型3 焦耳定律】...............................................................................................................................................11 【题型4 焦耳定律的计算及其应用】................................................................................................................... 15 【题型5 焦耳定律在实际中的应用】................................................................................................................... 23 【题型6 电热的利用与防止】...............................................................................................................................24 【题型7 电功与电热的综合计算】.......................................................................................................................26 【题型1 电流的热效应】 1．（2023•高港区模拟）利用电流热效应研制的新型智能加热织物，为北京冬奥会运动员 提供了保暖服装．揭示电流热效应规律的科学家是（ ） ．焦耳 B．安培 ．瓦特 D．伏特 【答】 【分析】焦耳通过实验研究出了电流热效应的规律。据此判断。 【解答】解：．焦耳是通过实验研究出电流热效应规律的科学家，故符合题意； B．安培发现了判断磁极与电流方向关系的安培定则，故B 不符合题意； ．瓦特对蒸汽机的改进及蒸汽机的广泛应用，直接推动了热力学理论的研究和发展，故 不符合题意； D．伏特因发明电堆而出名，故D 不符合题意。 故选：。 2．（2023•扶绥县二模）下列家用电器中，利用电流热效应工作的是（ ） ．电风扇 B．电饭锅 ．吸尘器 D．电视机 【答】B 【分析】电流的热效应就是把电能转化为内能。 【解答】解： 电风扇、吸尘器主要是把电能转化为机械能；电视机主要是把电能转化为声能和光能； 只有电饭锅是把电能转化为内能，是利用电流的热效应。 故选：B。 3．（2023•南关区校级二模）北京冬奥会期间，我国科研人员为运动员提供了带电源的智 能控温加热手套，如图所示。下列与加热手套工作原理相同的用电器是（ ） ．话筒 B．电热水壶 ．电风扇 D．洗衣机 【答】B 【分析】（1）话筒是利用电磁感应原理将声信号转化为电信号的。 （2）电热水壶是利用电流的热效应来工作的。 （3）电风扇和洗衣机中的电动机是利用通电导体在磁场中受到力的作用来工作的。 【解答】解：智能控温加热手套是利用电流的热效应来工作的，电热水壶与加热手套的 原理相同，故B 符合题意，D 不符合题意。 故选：B。 4．（2023•淮阳区三模）（多选）为延长食物保质期，可对食物进行真空包装。真空包装 机（如图甲）先抽出塑料袋内的气体，再利用电热丝加热塑料袋口对袋子进行密封。图 乙是模拟该真空包装机功能的简易电路图。下列说法中正确的是（ ） ．该电路中，要使抽气机工作，需闭合开关S1和S2 B．真空包装机加热塑料袋口对袋子密封时，利用电流的热效应产生大量热量 ．密封时温度过低导致塑料无法熔化，则应将滑动变阻器的滑片向左移动 D．抽气机将塑料袋内的空气抽出后袋子变瘪，这是由于受到了大气压强的作用 【答】BD 【分析】（1）根据电路中各个开关的作用判断电路的连接状态。 （2）真空包装机加热塑料袋是利用电流的热效应。 （3）根据滑动变阻器的特点和欧姆定律进行分析。 （4）抽气机将塑料袋内的空气抽出后袋子变瘪，是由于大气压的作用。 【解答】解：、该电路中，要使抽气机工作，需闭合开关S 和S2，故错误； B、真空包装机加热塑料袋口对袋子密封时，利用电流的热效应产生大量热量，故B 正 确； 、密封时温度过低导致塑料无法熔化，则应将滑动变阻器的滑片向右移动，使电路中的 电阻变小，电流变大，故错误； D、抽气机将塑料袋内的空气抽出后袋子变瘪，这是由于受到了大气压强的作用，故D 正确。 故选：BD。 5．（2023•文圣区三模）如图是验钞、点钞一体机。验钞机利用 紫外线 （填“红外 线”或“紫外线”）使荧光物质发光；机器上的LED 指示灯是由 半导体 材料制成 的；使用过程中机器温度升高，这是电流的 热 效应。 【答】紫外线；半导体；热。 【分析】（1）紫外线的作用和用途：根据紫外线有杀菌作用制成消毒灯；根据紫外线 能使荧光物质发光制成验钞机； （2）导电性能介于导体与绝缘体之间的叫半导体，常见半导体有锗、硅、砷化镓等； （3）当电流通过电阻时，电流做功而消耗电能，产生了热量，这种现象叫做电流的热 效应。 【解答】解：验钞机利用紫外线使荧光物质发光；机器上的LED 指示灯是由半导体材 料制成的；使用过程中机器温度升高，这是电流的热效应。 故答为：紫外线；半导体；热。 6．（2023•沛县校级二模）生活中有许多物理知识的应用，例如家庭厨房内。电饭锅是利 用电流的 热 效应制成的；煮水饺时，原来沉在锅底的水饺，由于内部气体的膨胀 而逐渐上浮到水面，这是通过增大 浮力 （浮力/重力）而使其上浮的；吃饭时，使 用的筷子实质上是一种 费力 杠杆。 【答】热；浮力；费力。 【分析】（1）电热器是利用电路的热效应工作，将电能转化为内能； （2）影响浮力大小的因素有液体的密度和排开液体的体积；水沸腾时，水的沸点不变； （3）使用筷子时，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，它的好处是省距离。 【解答】解：（1）电饭锅就是利用电流的热效应工作的，工作时将消耗的电能转化成 内能。 （2）煮水饺时，原来沉在锅底的水饺，由于内部气体的膨胀使体积增大，排开水的体 积增大，受到的浮力增大，当浮力大于重力时上浮，因此是通过增大浮力而逐渐上浮到 水面的； （3）筷子是杠杆，使用筷子时动力臂小于阻力臂，省距离、但费力，是费力杠杆。 故答为：热；浮力；费力。 【题型2 探究影响电流通过导体时产生热量的因素】 7．（2023•峨眉山市模拟）如图为“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（ ） ．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．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 ．通过右侧电阻丝的电流比左侧小 D．右侧电阻丝的阻值比左侧小 【答】B 【分析】（1）根据转换法分析； （2）根据控制变量法分析； （3）在串联电路中，各处的电流是相同的； （4）U 形管中的液面越高，表明产生的热量越多，结合焦耳定律进行解答。 【解答】解： 、通过玻璃管中液面的高度判断电流产生热量的多少，这属于转换法，故错误； B、由图知，两电阻丝串联，根据串联电路的电流特点可知，各处的电流是相同的；通 过电阻丝的电流和通电时间均相同，由于左右两侧电阻丝的阻值不同，所以探究的是电 流通过导体产生的热量多少与电阻大小的关系，故B 正确，错误； D、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，说明电流通过右侧电阻丝产生的热量多；电流和通电时间均相同，根 据焦耳定律Q＝2Rt 可知，右侧电阻丝的阻值大，故D 错误。 故选：B。 8．（2023•商河县校级开学）关于以下各图实验，说法不正确的（ ） ． 探究串联电路电流特点时，最好选用两个规 格不同的小灯泡 B． 探究不同物质吸热能力时，除了图中 所示的器材，还需要天平和秒表 ． 探究电流与电阻的关系时，因为要控制其他变量，所以滑 片不能动 D． 探究电流产生热量与电流关系时，煤油升高 的温度反映电流产生热量多少 【答】 【分析】（1）为得出普遍性的规律，最好选用两个规格不同的小灯泡； （2）我们使用相同的酒精灯通过加热时间的长短来比较吸热多少，这种方法叫转换法； 比较物质吸热能力的2 种方法：使相同质量的不同物质升高相同的温度，比较吸收的热 量（即比较加热时间），吸收热量多的吸热能力强；或使相同质量的不同物质吸收相同 的热量（即加热相同的时间），比较温度的变化，温度变化小的吸热能力强； （3）探究电流与电阻的关系时，要控制电阻的电压不变； （4）电阻丝产生的热量不易直接观察，由转换法，可使等质量初温相同的煤油吸收相 同的热量，由温度变化确定产生的热量多少。 【解答】解：、探究串联电路电流特点时，为得出普遍性的规律，最好选用两个规格不 同的小灯泡，故正确； B、探究不同物质吸热能力时，根据比较不物质吸热能力的方法，要控制不同物质质量 相同，故需要天平，根据转换法，用加热时间长短表示吸热多少，故需要秒表，故B 正 确； 、探究电流与电阻的关系时，要控制电阻的电压不变，当换上不同的电阻时，电压表示 数发生变化，此时要移动滑片，控制电压表示数不变，故错误； D、电阻丝产生的热量不易直接观察，由转换法，可使等质量初温相同的煤油吸收相同 的热量，由温度变化确定产生的热量多少，故D 正确。 故选：。 9．（2023•肇东市校级模拟）电炉中的电热丝通电一段时间后变得很烫，而连接电炉的导 线却不怎么热，主要是因为导线与电热丝 电阻 （选填“电流”或“电阻”）不同。 小彬用如图所示的实验装置探究“电流的热效应跟电阻大小的关系”，电源电压为 3V，电阻丝R1＝10Ω，R2＝20Ω，两气球相同。闭合开关后，密闭烧瓶内等量的空气被 加热，他观察到 乙 （选填“甲”或“乙”）气球先鼓起来。 【答】电阻；乙。 【分析】（1）电炉中电热丝和导线串联，通过的电流和通电时间相同，根据焦耳定律 Q＝2Rt 可知，电阻越大电流产生的热量越多，据此分析判断； （2）实验中，根据气体的热胀冷缩性质，利用气球的膨胀来反映电流产生热量的多少， 这是转换法的运用；电流产生的热量与电阻大小、通电时间的长短、电流大小有关。 【解答】解：电炉中电热丝与导线串联，通过它们的电流和通电时间t 相等，已知Q 电热 丝＞Q 导线，根据Q＝2Rt 可知R 电热丝＞R 导线，所以电热丝通电一段时间后变得很烫，而 连接电炉的导线却不怎么热，主要是因为电热丝比导线的电阻大； 由图可知，两电阻丝串联有电路中，这样可保证电流相同、加热时间相同，电阻越大， 产生的热量越多，所以乙中产生的热量多，乙中的气球先鼓起来。 故答为：电阻；乙。 10．（2023•沈阳）如图是探究“电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关”的实验装 置，透明容器和B 中密封着等质量的空气，U 形管中液面相平。 （1）将两容器中的电阻丝R1和R2串联起来接到电源两端，通电一段时间后、观察比较 两个装置中U 形管液面高度差的大小关系，来研究电流通过导体产生的热量与 电流 大小 的关系； （2）实验中如果单独观察R1或R2所在装置，会发现随着通电时间的增加，U 形管中液 面的高度差增大，这表明：在电阻和电流不变时，通电时间越长，电流通过导体产生的 热量越 多 。 【答】（1）电流大小；（2）多。 【分析】（1）电流通过导体产生的热量与通过的电流、导体的电阻和通电时间有关， 研究与其中一个因素的关系时，要控制另外两个因素不变，结合串联、并联电路电流的 规律分析； （2）电流通过导体产生热量的多少不易直接观察，甲、乙两个透明容器中密封着等量 的空气，电阻丝产生热量越多，气体膨胀程度越大，故可通过U 形管液面的高度差来反 映电阻丝产生的热量多少，采用了转换法。 【解答】解：（1）装置中，右侧两电阻并联后再与左侧电阻串联，容器内两电阻大小 相等，根据并联和串联电路电流的规律，通过左侧容器中电阻的电流大于通过右侧容器 中电阻的电流，而通电时间相同，故实验可以研究电流产生的热量与电流大小的关系； （2）实验中如果单独观察R1或R2所在装置，会发现随着通电时间的增加，U 形管中液 面的高度差增大，根据转换法，产生的热量越多，这表明：在电阻和电流不变时，通电 时间越长，电流通过导体产生的热量越多。 故答为：（1）电流大小；（2）多。 11．（2023•东莞市校级二模）回顾和反思实验是一种很好的学习方法。请分析以下实验并 回答问题。 （1）在图甲实验中，用相同酒精灯给质量相同的水和沙子加热，发现水升温更慢，是 因为水的比热容比沙子更 大 ，加热过程中，酒精量变少，酒精的热值 不变 （选填“不变”、“变大”或“变小”）。 （2）在图乙实验中，烧杯内被加热的b 应选用 相同 物质（选题“相同”、“不 同”或“可以相同或不同”）。 （3）图丙实验中，滑动变阻器是通过改变接入电路的电阻丝 长度 从而改变电阻大 小。 （4）小明还想探究“电热与电阻的关系”，他应选用图丁中 （选填“”、“B”或 “”）装置，将烧瓶内的电阻与图丙中烧瓶内的电阻 串联 （选填“串联”、“并 联”或“串并联都可以”）。 【答】（1）大；不变；（2）相同；（3）长度；（4）；串联 【分析】（1）在图甲实验中，用相同酒精灯给质量相同的水和沙子加热，发现水升温 更慢，说明水和沙子吸收相同的热量，水的温度变化量小，由＝ 可知，水的比热 容与沙子的比热容的大小关系； 热值是燃料的一种特性，与质量无关，据此分析。 （2）在比较不同燃料燃烧放热能力的实验中，应控制不同燃料的质量相同，燃料完全 燃烧加热质量、初温相同的同种物质，这样可通过温度计示数的变化来比较不同燃料燃 烧放热能力。 （3）滑动变阻器原理：通过改变连入电路中电阻丝的长度来改变电阻。 （4）探究“电热与电阻的关系”，需采用控制变量法，即他应控制通过电阻的电流和 通电时间相同，只改变电阻；该实验采用了转换法，通过被加热液体的温度变化反映电 阻放出热量的多少，所以烧瓶中应装有质量相同的同种液体，据此分析选用的器材和电 路的连接方式。 【解答】解：（1）在图甲实验中，用相同酒精灯给质量相同的水和沙子加热，发现水 升温更慢，说明水和沙子吸收相同的热量，水的温度变化量小，由＝ 可知，水的 比热容比沙子大；加热过程中，酒精量变少，由于热值是燃料的一种特性，与质量无关， 所以酒精的热值不变。 （2）在比较不同燃料燃烧放热能力的实验中，应控制不同燃料的质量相同，燃料完全 燃烧加热质量、初温相同的同种物质，这样可通过温度计示数的变化来比较不同燃料燃 烧放热能力，所以烧杯内被加热的b 应选用相同物质。 （3）图丙实验中，滑动变阻器是通过改变接入电路的电阻丝长度从而改变电阻大小。 （4）小明还想探究“电热与电阻的关系”，他应控制通过电阻的电流和通电时间相同， 只改变电阻；该实验采用了转换法，通过被加热液体的温度变化反映电阻放出热量的多 少； 由以上分析可知，应选择烧瓶中装有质量相同的同种液体，且电阻不等于10Ω，所以应 选用图丁中装置，将烧瓶内的电阻与图丙中烧瓶内的电阻串联，这样保证通过不同电阻 的电流相同。 故答为：（1）大；不变；（2）相同；（3）长度；（4）；串联。 12．（2023•天元区校级三模）探究电热影响因素用如图1 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。 （1）烧瓶中装入的煤油是 绝缘体 （选填“导体”或“绝缘体”）。 （2）为达到实验目的，选用的两电阻丝R1与R2的阻值应 相等 （选填“相同”或 “不同”），通过R1的电流 小于 通过R2的电流。 （3）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 在电阻和通电 时间相等时，电流越大产生的热量越多 。 （4）小红用如图2 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与电流 的关系图象。根据焦耳定律可知，如图3 中能正确反映﹣关系的是 。 【拓展】 用Q＝2Rt 可以计算电流通过任何用电器产生的热量，能用Q＝Ut 计算通过任何用电器 产生的热量吗？ 不能 ，请用实例说明原因。 含有电动机的电路，电流做的功大 部分转化为机械能，有一小部分转换化内能，即发热了，＝ Ut ＞ Q 。 【答】（1）绝缘体；（2）相等；小于；（3）在电阻和通电时间相等时，电流越大产 生的热量越多；（4）；【拓展】不能；含有电动机的电路，电流做的功大部分转化为 机械能，有一小部分转换化内能，即发热了，＝Ut＞Q。 【分析】（1）煤油是绝缘体； （2）根据电流通过导体产生的热量与电流的关系”，要控制电阻相等；根据并联电路 电流的规律分析； （3）根据转换法，通过烧瓶中玻璃管内液面上升的高度说明热量的多少； （4）根据转换法，煤油吸热越多，膨胀程度越大，液柱升高的越多，且膨胀程度与吸 热多少成正比， 结合焦耳定律由数学知识分析； 【拓展】＝Ut 是计算电功的普遍适用的公式，Q＝的条件是：纯电阻即不含有电动机等 的电路，据此分析。 【解答】解：（1）烧瓶中装入的煤油是绝缘体。 （2）“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，要控制电阻相等，即选用的两电阻 丝R1 与R2 的阻值应相等，根据并联电路电流的规律，通过R1 的电流小于通过R2 的电 流。 （3）通电一段时间后，乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大，说明在电阻和通电时 间相等时，电流越大产生的热量越多。 （4）小红用如图2 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”，要控制电阻与通电时间相同，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与电流的关系图象，根据转换法，煤油吸热越多，膨胀程度越大， 液柱升高的越多，且膨胀程度与吸热多少成正比， 根据焦耳定律可知，Q＝2Rt﹣﹣﹣﹣﹣①，Rt 常数，且Rt＞0，故由数学知识①式为Q 关于的抛物线，且开向上，图4 中能正确反映﹣关系的是。