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      《焦耳定律》教學預習及練習

      日期:2022-06-20

      這是《焦耳定律》教學預習及練習,是優秀的物理教案文章,供老師家長們參考學習。

        一、選擇題

        1.關于電熱的利用,下列說法中錯誤的是(  )

        A.電熱對我們來說總是有利的

        B.電視機、收音機上開小孔是為了散熱

        C.電飯鍋是利用電流熱效應來工作的

        D.梅雨季節可用電熱給電視機驅潮

        答案:A

        解析:電流做功放出熱量,這是電流的熱效應,主要是把電能轉化為內能。在實際生活中我們有利用電熱的地方,也有防止電熱造成危害。如本題中C、D選項中是利用電熱加熱物體,是對我們有利的方面;但B選項中用電器的散熱孔就是為了散熱,防止用電器溫度過高造成危害。本題體現了利用辯證的態度對待事物的思想。

        2.一臺“220V 60W”的電風扇、一盞“36V 60W”的白熾燈和一只“110V 60W”的電熱器各自在額定電壓下工作,比較它們相同通電時間內產生的熱量是( )

        A.電風扇最多 B.電熱器最多 C.白熾燈最多 D.三者一樣多

        答案:B

        解析:電流做功的過程是把電能轉化為其他形式能的過程,不同的用電器電能轉化的結果不一定相同。電風扇主要是把電能轉化為機械能,少量的轉化為熱能;電熱器把消耗的電能全部轉化為熱能;白熾燈把電能轉化為光能和熱能。它們的額定功率相同,正常工作相同時間,消耗的電能相同,所以電熱器產生的熱量最多。

        3.電爐絲通電后熱得發紅,而跟電爐絲連接的銅導線卻不怎么熱,這是因為( )

        A.通過電爐絲的電流比通過銅導線的電流大

        B.銅導線的電阻小,因而產生的熱量少,而電爐絲電阻大,產生的熱量多

        C.銅導線有絕緣層,所以不怎么熱

        D.銅導線比電爐傳熱快,所以不容易熱

        答案:B

        解析:根據題意,電爐的電阻絲和連接的銅導線是串聯的,通過它們的電流是相等的,而電爐絲電阻要比銅導線的電阻大得多,根據焦耳定律Q=I2Rt,因此在相等的時間內電爐絲放出的熱量比銅導線大得多。

        4.下面實驗是研究電熱與電流關系的是( )

        A.把兩段不同的電熱絲串聯后,分別放在質量和初溫均相同的煤油瓶中,通電后,比較油瓶中的煤油上升的溫度

        B.把兩根相同的電熱絲放在質量和初溫相同的煤油中,通過相同的電流,通電時間不同,比較煤油瓶中的煤油上升的溫度

        C.把兩根相同的電熱絲放在質量和初溫相同的煤油瓶中,分別通過不同的電流,通電時間相同,比較煤油瓶中的煤油上升的溫度

        D.把兩根不同的電熱絲并聯,分別放在質量和初溫相同的煤油瓶中,通電時間相同,比較煤油瓶中的煤油上升的溫度

        答案:C

        解析:控制變量是一個重要的物理方法,在研究多個物理量,要控制其它量相同,改變其中一個,觀察它對實驗結果的影響。由焦耳定律可知,電熱與電流、電阻和通電時間都有關,要研究電熱與電流的關系,要控制電流和通電時間相同。所以要選擇兩根阻值相同的電阻絲,通電時間相同,但電流不能相同。電流做功放熱的多少無法直接看出,我們通過加熱物體,在研究時比較煤油溫度升高的多少來比較放出熱量的多少。

        5.(2013樂山)下列關于如圖1所示實驗的說法中錯誤的是(  )

        圖1

        A.該實驗研究的是電流的熱效應

        B.實驗中采用了控制變量法

        C.觀察實驗現象可知:在其它條件相同時,電阻越大,電流做功放出的熱量越少

        D.實驗中是通過觀察溫度計示數的高低來判斷電流通過導體時產生熱量的多少

        答案:C

        解析:當電流通過時,導體會發熱,這是電流的熱效應,本題的實驗是研究電流做功放出熱量多少的,即電流的熱效應。根據焦耳定律,電流做功放出熱量的多少與電流、電阻和通電時間有關,在研究它們的關系時要用到控制變量法,每一次只改變其中的某一個因素,而控制其余幾個因素不變,本題中兩根電阻絲串聯,它們的電流和通電時間相等,電阻越大,電流做功放出的熱量越多。在比較電流做功放出熱量的多少時,利用了轉換法。物理學中對于一些看不見摸不著的現象或不易直接測量的物理量,通常用一些非常直觀的現象去認識或用易測量的物理量間接測量,本題中把看不見的電流做功放出熱量轉換成了液體溫度升高的多少。

        6.小明家新買一規格為“800W”的電熱水壺,他經過幾次使用后發現:晚飯后燒開一壺水總比早晨燒開一壺水所用的時間長,你認為主要原因是( )

        A.晚間電熱水壺兩端的電壓低于早晨電熱水壺兩端的電壓

        B.晚間大氣壓升高,水的沸點升高,需要的熱量比早晨多

        C.晚間環境溫度比早晨的溫度偏低

        D.晚間燒水時熱量散失比早晨多

        答案:A

        解析:燒開同一壺水,所需要的熱量是一定的,即電熱絲放出的熱量是一定的,并且同一電水壺在工作時,電阻可以認為是不變的。接在家庭電路中不同時間段時,要考慮到電壓的變化。晚間用電高峰時,電網電壓會降低,而早晨時用電較少,電網電壓較高,所以根據可以判斷出Q、R一定時,U越高,t越小。

        7.在電學中有這樣一個問題:電爐絲通過導線接到電路里,電爐絲和導線通過的電流相同。為什么電爐絲熱得發紅,而導線卻幾乎不發熱?對此同學甲這樣解釋:因為導線電阻很小,電爐絲電阻很大,根據焦耳定律,Q=I2Rt,電流相同,時間相同,熱量與導體電阻成正比。同學乙解釋為:因為導線電阻很小,電爐絲電阻很大,所以電爐絲兩端電壓比導線兩端電壓大得多,電流通過導體產生的熱量Q=W=UIt,根據該式,在I、t相同時,熱量與導體兩端電壓成正比。對于同學甲和同學乙的解釋,下列觀點正確的是(  )

        A.同學甲和同學乙的解釋都不正確

        B.同學甲和同學乙的解釋都正確

        C.同學甲的解釋正確,同學乙的解釋不正確

        D.同學甲的解釋不正確,同學乙的解釋正確

        答案:B

        解析:根據焦耳定律Q=I2Rt,電流產生熱量的多少與電流、電阻和通電時間有關,在電流相同時,電阻越大,電流產生的熱量越多,所以甲同學的解釋是正確的。在電能全部轉化為熱能的情況下,W=Q,也可以用電流做功的多少Q=W=UIt進行判斷,因為電爐絲與導線是串聯的,所以電流相等,電爐絲的電阻比導線的電阻大得多,根據歐姆定律,電爐絲兩端的電壓也比導線兩端電壓大得多,所以相同時間內,電爐絲產生的熱量也比導線大得多,乙同學的解釋也是正確的。乙同學在本題的解釋中是正確的,但用電器工作時把電能沒有全部轉化為內能時,他的解釋就不正確了,因為在這樣的電路中,電流做功就不等于產生的熱量。

        8.小明家的電熱毯內的電阻絲斷了,他爸爸把斷了的電阻絲搭在一起,電熱毯仍能使用,但不久又會在搭接處燒斷.會在搭接處燒斷的原因是(  )

        A.電阻絲上搭接處電阻較小,造成局部過熱

        B.電阻絲上搭接處電阻較大,造成局部過熱

        C.電阻絲上搭接處電流比其它處電流小,造成局部過熱

        D.電阻絲上搭接處電流比其它處電流大,造成局部過熱

        答案:B

        解析:這是利用焦耳定律來解釋生活實際的問題。電熱毯搭接處再次被燒斷,說明在搭接入一定時間內放出熱量多,根據歐姆定律Q=I2Rt可知,在電流和通電時間相同時,搭接處電阻變大才會導致這種情況出現。將電阻絲的兩個斷頭接上后,接頭處是兩根導線相切,由于接觸的部位很少,很細,電阻就較大,在電流、通電時間相同的情況下,電阻大電阻越大,產生的熱量越多,溫度越高,因此搭接頭處容易被燒斷。

        9.白熾燈泡的燈絲常在開燈的瞬間燒斷,其原因是在開燈的瞬間( )

        A.燈泡上的電壓特別大,因而電流也很大

        B.燈絲的電阻比較小,因而電流很大

        C.燈絲的電阻特別大,產生的熱量特別大

        D.燈絲低溫時比較脆

        答案:B

        解析:燈絲被燒斷是因為燈絲的溫度瞬間過高導致的。在剛開燈時,燈絲處于冷態,燈絲電阻較小,在電壓一定時,流過燈的電流較大,在短時間內電流在燈絲上做功放出熱量較多,燈絲溫度上升較快,有可能超過燈絲的熔點而燒斷。當工作一段時間后,燈絲的溫度與外界溫度基本趨于平衡。燈絲的電阻與溫度有很大的關系,白熾燈正常發光時的電阻是不通電時電阻的10倍以上,剛通電的瞬間其電流是正常工作后電流的10倍以上,所以短時間內放出的熱量非常多。

        10.阻值為R的電阻絲,接到電源上6分鐘燒開一壺水,現在用兩根同樣的電熱絲串聯起來,燒同樣一壺水,需要的時間是(不考慮熱損失)( )

        A.12分鐘 B.4分鐘 C.8分鐘 D.6分鐘

        答案:A

        解析:一壺水燒開,需要吸收的熱量幾乎是相等的,并且電阻絲通電后,把電能全部轉化成了內能,即Q=W。兩種情況下電熱絲兩端的電壓相等,焦耳定律結合歐姆定律變化可以得到:,電阻絲串聯后,總電阻變為一根的2倍,在電壓和放出相同熱量時,需要的時間也為原來的2倍。

        11.把一臺電動機接入電壓為220V的電路中,通過電動機的電流為5A,電動機線圈的電阻為2Ω,1min通過線圈的電流產生的熱量為(  )

        A.1452000J B.3000J C.66000J D.50J

        答案:B

        解析:本題主要考查了電功與電熱的區別,只有當電流做功全部轉化為產生的熱量時,電功才等于電熱,否則不等。本題中電動機工作時把電能轉化為動能和內能,電功不等于電熱。電動機消耗的電能可以利用W=UIt進行計算,電流產生的熱量可以利用焦耳定律Q=I2Rt進行計算。

        消耗的電能為:W=UIt=220V×5A×60s=66000J

        電流產生的熱量為:Q=I2Rt=(5A)2×2Ω×60s=3000J

        本題還可以求出輸出的機械能,它等于消耗的電能與電流產生的熱量的差值。

        二、填空題

        12.由于電流的_____________效應,當電流通過電阻時會產生熱量。一根60Ω的電阻絲接在36V的電源上,通過電阻絲的電流為_________A,在10min內產生的熱量為________________J。

        答案:熱效應 0.6A 1.296×104J

        解析:導體有電阻存在,所以有電流通過時就會產生熱量,這是電流的熱效應。當電流做功全部轉化為內能的時候,可以利用Q=W=UIt計算放出熱量。

        13.額定功率為1000W的電熱水壺正常時,將質量為1.5kg的水從20℃加熱至100℃,耗時10min,則水要吸收 J的熱量,水壺消耗電能為___________J,該水壺的效率為 。

        答案:5.04×105J 6×105J 84%

        解析:電流做功放出熱量給水吸收,水吸熱可以利用Q=cmΔt來計算;本題中電流做的功全部轉化為內能,所以電功等于電熱,即Q=W=Pt。

        Q=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×1.5kg×(100℃-20℃)=5.04×105J

        W=Q=Pt=1000W×600s=6×105J

        14.如果給串聯的節日彩燈電路中串聯入一個跳泡,它會使電路不斷的通、斷,使整串彩燈一會兒亮,一會兒滅,一閃一閃的,十分好看。跳泡的結構如圖2所示:在常溫下,中間豎立的雙金屬片和旁邊的倒L形引線挨在一起,如圖甲所示;通電后,電流經雙金屬片通入燈絲,使跳泡發光。由于跳泡內的燈絲發光,雙金屬片受熱變彎,離開原來的位置,使電路切斷,如圖乙所示;沒有電流通過,雙金屬片冷卻恢復原來形狀,又使電路接通?,F有一串這樣的節日彩燈接在電源上(電源電壓一定),忽然其中幾只彩燈熄滅了,其余彩燈雖仍然一亮一滅的發光,但閃光的頻率卻比原來快了。(1)那幾只熄滅的彩燈不亮的原因是________________________;(2)其余彩燈閃光頻率加快的原因是________________。

        圖2

        答案:(1)熄滅的彩燈發生短路;(2)幾只彩燈由于短路而熄滅,使整串彩燈的總電阻變小,電路中電流變大,跳泡發熱加快,使雙金屬片達到切斷電路的溫度的時間變短。

        解析:因彩燈為串聯,因其余燈泡仍然發光,由串聯電路的特點可知電路仍保持導通狀態,則可知彩燈不亮的原因只能是燈泡發生了短路。如果發生斷路,則整個彩燈都不亮。彩燈閃光的原因是因為跳泡的作用,它在此電路中相當于開關。幾只彩燈由于短路而熄滅,使整串彩燈的總電阻變小,電源電壓不變,根據歐姆定律,電路中電流變大,流過跳泡的電流變大。根據焦耳定律Q=I2Rt,跳泡的燈絲能在較短的時間內發熱,使雙金屬片達到切斷電路的溫度,跳泡接通和切斷電路的頻率加快。

        三、解答題

        15.電熨斗往往采用如圖3所示的電路來保溫:

        (1)電熨斗正常使用時開關S應斷開還是閉合?

        (2)如果熨斗的電阻絲R的額定功率為400W,燈L標有“PZ220-100”,則當電熨斗處于保溫狀態時電阻絲R的實際功率是多大?此時整個電路的功率是多大?此時電路總功率比電熨斗正常發熱時的功率少了多少?(不考慮溫度對燈絲電阻的影響)

        圖3

        答案:(1)S閉合 (2)

        解析:本題中的電熨斗的電熱絲與燈泡是串聯的,當開關S閉合時,燈被開關短路。電熨斗是利用了電流的熱效應,正常工作時要使電熨斗溫度達到較高,相同時間內要電流要產生較多的熱量,根據焦耳定可知,電路中電流要較大,只有把開關S閉合,把燈泡短路,電路總電阻變小,電流變大。當開關S斷開時,燈與電阻絲串聯,電阻較大,電路中電流較小,電路總功率也變小,處于保溫狀態,可以節約能源。

        燈泡的電阻:

        電阻絲的電阻:

        當電熨斗處于保溫狀態時

        電路中的電流為:

        電阻絲R的實際功率PR實=UI=I2RR=(0.364A)2×121Ω=15W

        電路總功率為:P=UI=220V×0.364A=80W

        此時電路的總功率比電熨斗正常發熱時的功率少了320W

        16.(2013年玉林防城港)如圖4所示是一臺電熱水器銘牌上的部分信息。請根據銘牌提供的信息解答下列問題:[c水=4.2×103J/(kg?℃)]

        (1)若給該電熱水器裝滿水進行加熱,使水的溫度從22℃升高到62℃,求水吸收的熱量。

        (2)如果電熱水器正常工作時,所產生的熱量有80%被水吸收,則上一問題中給水加熱的時間是多少?

        (3)當電熱水器通電后水溫達到最高時,為什么與電熱水器連接的銅導線卻不怎么熱?

        圖4

        答案:(1)1.68×106J;(2)1050s;(3)導線與電熱絲是串聯的,電流相等,但銅導線的電阻很小,根據焦耳定律,在相同時間內產生的熱量比電熱絲少得多。

        解析:電熱水器就是利用了電流的熱效應,把電能轉化為內能。但電流產生的熱量不可能被水全部吸收,本題中水吸收的熱量只占電流產生熱量的80%,即。

        水的質量為:m=ρV=1×103kg/m3×10×10-3m3=10kg

        水吸收的熱量為:Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×10kg×(62℃-22℃)=1.68×106J

        電流產生的熱量為:

        由Q=W=Pt得到加熱時間為

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