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18.4 焦耳定律
【练基础·过教材】
必备知识-1- 电流的热效应
1.我们在网上冲浪离不开数据中心的服务，而数据中心运行时要产生大量的热，这是把电能转化为　　　　　能，而一些大型公司将数据中心安装在海底可以很好地解决冷却降温问题，这利用了水的　　　　　的特性。
2.下列用电器利用电流热效应工作的是（　　）
A.电风扇 B.电视机 C.吸尘器 D.电饭锅
3.将规格都是“220 V　180 W”的一台电冰箱、一台电风扇和一床电热毯，分别接入同一家庭电路中，若通电时间相同，则下列说法正确的是 （　　）
A.电冰箱产生的热量最多 B.电风扇产生的热量最多
C.电热毯产生的热量最多 D.三者产生的热量一样多
必备知识-2- 焦耳定律
4.以下物理规律无法用实验直接验证的是 （　　）
A.牛顿第一定律 B.欧姆定律 C.光的反射定律 D.焦耳定律
5.从发电站到用电地区，通常都有一段相当长的距离。为减少远距离输电中的电能损失，根据焦耳定律，就要尽可能地减小输电线中的电流，因此在目前技术水平下采用了危险系数高的高电压输电。为了实现低压输电且避免远距离输电中的热量产生，这就需要研究常温下新材料的出现，该新材料应该是 （　　）
A.半导体材料 B.纳米材料 C.超导体材料 D.超绝缘材料
必备知识-3- 电热的利用和防止
6.有下列现象或装置：①电动机外壳上装散热片；②电视机后罩有许多小孔；③长期不用的电视机，隔段时间通电一次用来驱潮；④电暖手宝；⑤电脑机箱里装有小风扇。其中利用电流热效应的是　　　　，防止电热带来危害的是　　　　　　　　　　　　　　　　　。（均填序号）
7.下列事例，属于防止电流热效应产生危害的是 （　　）
A.养鸡场使用电热孵化器孵小鸡
B.家里使用电热水壶烧水
C.小明妈妈用电熨斗熨衣服
D.电器的线路板用铜箔或银箔做导线减小电阻
【练综合·提能力】
键能力-1- 探究“电流热效应的决定因素”
8.如图所示，两个密闭容器中分别接入电热丝R1、R2，右边容器上方再连接电热丝R3，通电相同时间，观察两个U形管中液面高度的变化。实验中用U形管内液面高度差的大小来反映电流通过导体产生热量的多少，这种方法叫　　　　　（选填“控制变量”或“转换”）法。已知R1=10 Ω，R3=6 Ω，为了研究电流产生的热量与电流的关系，则R2=　　　　　Ω。若将R3也放入右边容器，连接方式不变，则可研究电流产生的热量与　　　　　的关系。
9.如图所示，这是探究电流产生热量与哪些因素有关的实验装置，下列说法不正确的是 （　　）
A.甲装置可以用来探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻的关系
B.甲装置通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差比右侧的小
C.乙装置是为了探究电流产生的热量与电流大小的关系
D.将乙装置右侧密闭容器外5 Ω的电阻也放入密闭容器中，一段时间后左右两侧U形管中液面的高度差相同
10.小明知道电流通过导体产生的热量与电流、电阻和通电时间有关，为了探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，选用了如图所示的实验装置，三个相同的烧瓶内装有质量相等的煤油，温度计和电阻丝通过胶塞固定在烧瓶中。
（1）组装器材时，将三个烧瓶里的电阻丝串联在电路中，是为了　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（2）该实验是用　　　　　　　　　　来表示电流产生热量的多少。
（3）实验开始时，三个烧瓶中煤油的初温相同，电阻丝的阻值关系为R甲　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（4）为缩短实验时间，小明对原实验方案进行如下修改：实验装置不变，只是烧瓶里不装煤油，而是用电阻丝直接对烧瓶里的空气加热。写出该实验方案的两条不足之处。
a.　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
b.　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
键能力-2- 焦耳定律及其应用
11.小明家连接插线板的导线折断后，他把两根导线拧在一起继续使用，用久后发现连接处容易发热，其主要原因是连接处 （　　）
A.电阻变小 B.电流比别处电流小 C.电阻变大 D.电流比别处电流大
12.如图，R1=5 Ω，R2=10 Ω，电源电压为3 V，则通电10 s电流通过R1和R2产生的热量之比为　　　　　。
13.下列电路中，已知R1、R2为加热电阻，电源电压相等，且R1A. B. C. D.
键能力-3- 多挡位用电器分析
14.如图所示，这是某种电热保暖鞋的工作原理示意图。供电电压为6 V，R1、R2的阻值分别为3 Ω、6 Ω，通过旋转扇形开关S实现高、中、低三个挡位的转换。保暖鞋在低温挡工作时，开关与触点b和　　　　　接触，它在高温挡工作1 min产生的热量是　　　　　　J。
15. “创新”小组的同学们调查发现，雨雪天气里汽车后视镜会变模糊，影响行车安全。图为同学们设计的给后视镜除雾、除霜的加热电路。电源电压为100 V，R1与R2均为加热电阻，R1阻值为100 Ω。当开关S、S1都闭合时是高温挡除霜；只闭合开关S时是低温挡除雾，功率为50 W。
（1）除霜模式下，电路中的电流是多少
（2）除霜模式下，电路工作1 min，电阻R1产生的热量是多少
（3）除雾模式下，电路的总电阻是多少 低温挡正常工作1 min共消耗的电能是多少
【练真题·育素养】
16. 小明家不远处在施工，临时用导线将电热水壶和电热水龙头（打开几秒钟就能流出热水）接入家中电能表[3 000 r/（kW·h）]，如图所示。电热水壶的规格为“220 V　1 210 W”，电热水龙头的规格为“220 V　2 420 W”，当电路中单独使用电热水壶烧水时，铝盘转动110 r，用时120 s。在电路中单独使用电热水龙头洗漱时，用了180 s。导线、电热水壶和电热水龙头的电阻不随温度变化。求：
（1）电热水壶和电热水龙头的电阻；
（2）导线的电阻；
（3）在洗漱时，导线上产生的热量。
参考答案
1.内　比热容较大
2.D　3.C
4.A
5.C
6.③④　①②⑤
7.D
8.转换　10　电阻
9.D　【解析】甲装置中，两电阻串联，通过的电流和通电时间相同，而电阻不同，故可以用来探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻的关系，故A说法正确，不符合题意；甲装置通电一段时间后，根据Q=I2Rt可知，10 Ω的电阻产生的热量多，根据转换法可知，左侧U形管中液面的高度差比右侧的小，故B说法正确，不符合题意；乙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，故乙装置可以研究电流产生的热量与电流的关系，故C说法正确，不符合题意；将乙装置右侧密闭容器外5 Ω的电阻也放入密闭容器中，根据并联电阻的规律可知，并联电阻小于5 Ω，根据Q=I2Rt可知，因电流和通电时间相同，故一段时间后左侧容器中电阻产生的热量多，由转换法可知，左侧U形管中液面的高度差大，故D说法错误，符合题意。
10.（1）控制各电阻丝中的电流和通电时间相同
（2）温度计示数的变化
（3）电流和通电时间一定时，导体的电阻越大，电流通过导体产生的热量越多
（4）a.空气的质量和比热容较小，空气的温度上升较快，温度容易超过温度计的量程
b.烧瓶内空气温度升高，压强增大，可能将胶塞顶出去
11.C　【解析】在家庭电路中，导线相互连接处接触不良，则该处的电阻较大，导线连接处与导线串联在电路中，通过的电流、通电时间相等，由Q=I2Rt可知，连接处产生的热量较多，往往比别处更容易发热，加速导线老化，甚至引起火灾。
12.2∶1
13.B
14.c　1 080
15.【解】（1）当开关S、S1都闭合时电路处于高温挡除霜状态，由图可知，此时R2被短接，R1接入电路。
电路中的电流：I===1 A
（2）电路工作1 min，电阻R1产生的热量：
Q=I2R1t=（1 A）2×100 Ω×60 s=6 000 J
（3）当开关S闭合、S1断开时电路处于低温挡除雾状态，由图可知，此时R1与R2串联，由P=可知，除雾模式下，电路的总电阻：
R===200 Ω
低温挡正常工作1 min共消耗的电能：
W=P除雾t'=50 W×60 s=3 000 J
16.【解】（1）电热水壶的规格为“220 V　1 210 W”，电热水龙头的规格为“220 V　2 420 W”，根据公式P=，可知电水壶的电阻：
R壶===40 Ω
电热水龙头的电阻：
R水龙头===20 Ω
（2）当电路中单独使用电热水壶烧水时，消耗的电能：
W= kW·h= kW·h
此时电路的总功率：
P实===1.1 kW=1 100 W
此时电热水壶和导线的总电阻：
R总===44 Ω
由于导线与电热水壶串联接入电路中，则导线的电阻：R线=R总-R壶=44 Ω-40 Ω=4 Ω
（3）电热水龙头和导线的总电阻：
R'=R水龙头+R线=20 Ω+4 Ω=24 Ω
此时导线和电热水龙头的总功率：
P'=== W
根据公式P=I2R可知，I2=，则导线上产生的热量：
Q=I2R线t=×4 Ω×180 s=60 500 J

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