2020-2021中考物理培優(yōu)易錯(cuò)難題之焦耳定律的應(yīng)用問題附詳細(xì)答案

1、一、初中物理焦耳定律的應(yīng)用問題1 如圖所示是研究焦耳定律實(shí)驗(yàn)裝置中的部分電路兩瓶中的電阻絲是串聯(lián)的，甲電阻絲的阻值小于乙電阻絲的阻值比較通電后兩根電阻絲兩端的電壓U 甲 、U 乙 以及它們在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q 甲 、 Q 乙 ，以下關(guān)系式中正確的是()A U 甲 = U 乙 ， Q 甲 = Q 乙BU 甲 Q 乙C U 甲 U乙 ， Q 甲 U 乙 ，Q 甲 Q【答案】 C【解析】【詳解】由于兩電阻絲串聯(lián)，流過它們的電流I 相等，通電時(shí)間 t 相等，由題意知：R甲R乙 ，由U=IR 知： U 甲 U 乙 ；由焦耳定律Q=I2Rt 知： Q甲 Q乙 ；故選 C。2 一臺電動機(jī)正常工作時(shí)，兩端

2、的電壓為220V，通過線圈的電流為10A，若此線圈的電阻為2，則這臺電動機(jī)1min內(nèi)產(chǎn)生的熱量是_J，這臺電動機(jī)的效率是_【答案】1.2 10490.9%【解析】【分析】【詳解】已知線圈的電阻和通過的電流以及通電時(shí)間，根據(jù)公式Q=I2Rt 可求這臺電動機(jī)1min 內(nèi)產(chǎn)生的熱量已知電動機(jī)兩端的電壓和通過的電流，根據(jù)公式P=UI 可求電動機(jī)的總電功率；再根據(jù)公式 P=I2R 計(jì)算線圈消耗的功率，總功率減去線圈消耗的功率就是電動機(jī)的輸出功率，輸出功率與總功率的比值就是這臺電動機(jī)的效率（1）這臺電動機(jī)1min 內(nèi)產(chǎn)生的熱量：Q=I2Rt=（ 10A） 2 2 60s=1.24J； 10（2）電動機(jī)的電

3、功率：P 總 =UI=220V10A=2200W，線圈消耗的功率：P 圈 =I2R=（10A） 2 2 =200W，輸出功率：P 出 =P 總 -P 圈 =2200W-200W=2000W ，這臺電動機(jī)的效率： = P出/ P 總=2000W/ 2200W=90.9%3 小剛用如圖甲所示電路來探究電流與電壓的關(guān)系，閉合開關(guān)S，將滑動變阻器的滑片P從a端移至b端，電流表和電壓表的示數(shù)變化關(guān)系如圖乙所示，由圖象可知定值電阻1 的R阻值是 _實(shí)驗(yàn)時(shí)，電源電壓保持5 V 不變，當(dāng)滑片P 位于 a 端時(shí)，由圖象可得滑動變阻器消耗的電功率是_1內(nèi)產(chǎn)生的熱量為_W此時(shí)，電阻 R 在 10 minJ【答案】

4、100.460【解析】【分析】【詳解】當(dāng) P 在 b 端時(shí)R2=0，此時(shí)電壓示數(shù)和電流示數(shù)最大，且均為R1的數(shù)據(jù)，所以 R1 的阻值為： R1=U 總=5V=10 a端時(shí)，R2兩端電壓U2=U 總 -U1=5V-I0.5A當(dāng)滑動變阻器的滑片移到1V=4V，由圖象知，當(dāng)R1 的電壓是 1V 時(shí)，電流為0.1A，根據(jù)串聯(lián)電路的電流處處相等， I2=I1=0.1A， P2=U2I2=4V 0.1A=0.4W， Q1 =W1 =U1It=1V 0.1A 600s=60J。4 有一臺電動機(jī)，額定電壓3V，額定電流1A，電動機(jī)線圈電阻0.5 。這臺電動機(jī)正常工作 1min ，消耗的電能為 _J。產(chǎn)生的熱量

5、為 _J，輸出的機(jī)械能為 _J。【答案】 180 30 150【解析】【分析】根據(jù) W =UIt ，求出消耗的電能；根據(jù)QI 2 Rt 求出在 1min 內(nèi)電流產(chǎn)生的熱量；消耗的電能減去產(chǎn)生的熱量即為電動機(jī)獲得的機(jī)械能?！驹斀狻? 這臺電動機(jī)正常工作，電動機(jī)1min 消耗的電能WUIt3V1A60s180J2 產(chǎn)生的電熱22QI Rt （1A）0.560s30J3 輸出的機(jī)械能W機(jī)械WQ180J30J150J【點(diǎn)睛】本題考查了電動機(jī)產(chǎn)生熱量、電功、輸出機(jī)械能的計(jì)算，關(guān)鍵是知道只有在純電阻電路中電能才完全轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。5 如圖甲所示，為額定電壓為6V 的燈泡 L 的 I-U 圖像如圖乙所示的電路，

6、電源電壓12V不變， R1 為定值電阻， R2 為滑動變阻器，閉合開關(guān)S1，滑片 P 從最右端移動到最左端，電壓表示數(shù)變化范圍為 2V6V，則燈泡的額定功率是_W ，R1 的阻值為 _，滑動變阻器 R2 兩端的最大電壓為 _V，移動滑片 P 使 R2接入電路的阻值為變阻器最大阻值的7/15，通電 1minR2 產(chǎn)生的熱量為 _J。【答案】 3.6106105【解析】【分析】【詳解】1 由燈泡 L 的 I- U 圖象可知，當(dāng)額定電壓 U= 6V 時(shí)，燈泡的額定電流 I= 0.6A，則燈泡額定功率PUI6V0.6A3.6W2 當(dāng)滑片 P 在在最左端時(shí)，變阻器沒有連入電路，電壓表示數(shù)為6V，由圖象可

7、知，這時(shí)電路中的電流為I 大 =0.6A由串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)和歐姆定律可得，電源電壓UU LI 大 R1即12V6VR10.6A解得R1103 由電路圖可知，當(dāng)滑片P 在最右端時(shí)，滑動變阻器全部接入電路，R1 與 R2 燈泡串聯(lián)，電壓表測燈泡兩端電壓，此時(shí)電壓表示數(shù)最小，為U 小 = 2V由圖象可知，這時(shí)電路中的電流為I 小= 0.4A由串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)和歐姆定律可得，電源電壓UU L小I小 R1U 2滑動變阻器R2 兩端的最大電壓U 212V2V0.4A106V4 當(dāng)滑片 P 在最右端時(shí)，滑動變阻器全部接入電路，通過的電流為I 小= 0.4A則此時(shí)滑動變阻器的阻值為R2U 2 =6V15I

8、小0.4A移動滑片 P 使 R2接入電路的阻值為變阻器最大阻值的7/15，則此時(shí)滑動變阻器的阻值為R2715715則U U LI R1I R2由圖分析可知，當(dāng)電流LI=0.5A ，燈泡兩端電壓 U =3.5V 時(shí)，等式12V3.5V+0.5A 10+0.5A 7成立，即此時(shí)通過R2 的電流為0.5A，則通電 1min R2 產(chǎn)生的熱量為Q放I 2 R2t27 60s=105J0.5A6 從產(chǎn)品說明書得知，一臺“6 V3 W”的迷你型小風(fēng)扇，電動機(jī)線圈阻值0.1 ，則小風(fēng)扇正常工作2min 電動機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量為_J?！敬鸢浮?3【解析】【分析】【詳解】電路中線圈的電流為P3WI0.5AU6V電

9、路中通過線圈的電流為產(chǎn)生的熱量為Q=I2 Rt=(0.5A) 2 0.1 2 60s=3J7 如圖所示，燈泡L 上標(biāo)有 “6 V 6 W字”樣 (不計(jì)燈絲電阻的變化)。電源電壓6 V且保持不變。定值電阻R40。只閉合開關(guān)S1 和S3，電阻R 在100 s 產(chǎn)生的熱量是_J；電路在工作狀態(tài)下整個(gè)電路消耗的最小功率是_W?！敬鸢浮?900.78【解析】【詳解】1 只閉合開關(guān)S1 和 S3 ，定值電阻R和燈泡 L 并聯(lián)接在電路中，定值電阻R 兩端的電壓U RU 6V那么電阻 R 在 100 s 產(chǎn)生的熱量是226VQU R t100s 90JR40U22 電路在工作狀態(tài)下整個(gè)電路消耗的功率最小，根據(jù)

10、P可知，要求總電阻最大；燈R泡 L 的電阻是U L226VRL6PL6W當(dāng)電阻 R 與燈泡 L 串聯(lián)在電路中時(shí)，此時(shí)電路中的電阻最大，只需要閉合開關(guān)S2 ，這種情況下電路消耗的最小功率是U 2U 226VPR RL0.78WR總40 68 電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的機(jī)器，但由于線圈內(nèi)部有電阻，所以同時(shí)還有一部分電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。若一臺玩具電動機(jī)接在6V 的電源兩端，使其正常轉(zhuǎn)動時(shí)，通過電動機(jī)中的電流為 0.3A；短暫地卡住電動機(jī)轉(zhuǎn)軸，使其不能轉(zhuǎn)動，通過電動機(jī)中的電流為3A。則這臺電動機(jī)線圈的電阻為_，正常轉(zhuǎn)動時(shí)的效率是_。【答案】 290%【解析】【分析】【詳解】1 電動機(jī)轉(zhuǎn)軸卡住時(shí)電流為3A

11、，故電動機(jī)線圈電阻為U 6VR=2I 3A2 設(shè)電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在t 時(shí)間內(nèi)消耗的電能為W=UIt =6V 0.3A t在 t 時(shí)間產(chǎn)生的熱量為Q=I2Rt=(0.3A)2 2 t電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的效率W有 W -Q6V0.3At- 0.3A22 t=6V0.3A=90%W總Wt9 如圖所示的是探究燈泡燈絲的電阻特性的實(shí)驗(yàn)電路，所使用的器材有：小燈泡L（額定電壓 2.5V，額定電流 0.25A）、電壓表 V（量程 15V，內(nèi)阻未知）、電流表 A（量程 0.6A，內(nèi)阻 0.2 ）、阻值為 30 的定值電阻 R0、滑動變阻器 R、恒定電源（電壓 15V，內(nèi)阻不計(jì)）、開關(guān)S、導(dǎo)線若干。閉合開關(guān)S，

12、調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片到某一位置，當(dāng)電流表的示數(shù)為 0.55A 時(shí)，小燈泡L 正好正常發(fā)光。(1)小燈泡 L 正常發(fā)光時(shí)的電阻是多少？(2)此時(shí)電壓表的示數(shù)是多少？(3)通電 1min ，電流表 A 消耗的電能是多少？【答案】 (1) 10 ； (2) 6.5V； (3) 3.63J【解析】【分析】【詳解】(1)小燈泡 L 正常發(fā)光時(shí)的電阻是R額U 額 = 2.5V10I 額0.25A(2)由圖像可知電壓表與燈L 串聯(lián)后與定值電阻R 并聯(lián)，小燈泡L 正好正常發(fā)光，則電壓表0與燈 L 串聯(lián)支路的電流為0.25A，由并聯(lián)分流可知，定值電阻R0 的電流為0.55A-0.25A=0.3A則兩支路的路端電

13、壓為U 0 =I 0 R00.3A30 = 9V由串聯(lián)分壓可知電壓表的示數(shù)為9V-2.5V=6.5V(3)通電 1min ，電流表 A 消耗的電能是QI 2 RA t0.55A 20.2 60s=3.63J答： (1)小燈泡 L 正常發(fā)光時(shí)的電阻是10；(2) 電壓表的示數(shù)為 6.5V；(3) 通電 1min ，電流表 A 消耗的電能是 3.63J。10 新的國家標(biāo)準(zhǔn)對延長線插座配用的導(dǎo)線橫截面積要求做了修改，額定電流16A 的延長線插座，導(dǎo)線最小橫截面積由1mm 2 提升到 1.5mm 2。這樣做的目的是A增大導(dǎo)線的電阻B減小通過導(dǎo)線的電流C增大導(dǎo)線上的電壓D減小導(dǎo)線的發(fā)熱功率【答案】 D【

14、解析】【詳解】當(dāng)材料、長度相同時(shí)導(dǎo)體的電阻跟橫截面積成反比，將導(dǎo)線最小橫截面積由1mm 2 提升到1.5mm 2，從而減小導(dǎo)線的電阻，根據(jù)焦耳定律Q I 2 Rt 知道，當(dāng)通電時(shí)間一定時(shí)，電阻越小，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越少，因此這樣做可以減小導(dǎo)線發(fā)熱的功率，故選D。11 如下圖所示，當(dāng)滑動變阻器的滑片P 滑至 a 端時(shí)，定值電阻R 產(chǎn)生熱量 Q 用時(shí)是9min ；當(dāng)滑片 P 滑至 b 端時(shí)，定值電阻 R 產(chǎn)生相同熱量 Q 的用時(shí)是 36min ，當(dāng)滑片 P 滑至 ab 的中點(diǎn)時(shí)，若定值電阻 R 再產(chǎn)生熱量 Q 的用時(shí)是（ ）A20.5minB 20.05minC 20.25minD 22.25min

15、【答案】 C【解析】【詳解】當(dāng)滑動變阻器的滑片P 滑至 a 端時(shí)，電路為R 的簡單電路，產(chǎn)生熱量等于消耗電能，則可由 PWQ 所用時(shí)間為t 得，產(chǎn)生熱量t1WQQRP1U 2U 2R當(dāng)滑片 P 滑至 b 端時(shí)，電路為R 與整個(gè)滑動變阻器串聯(lián)電路，根據(jù)串聯(lián)分壓定律可求R 兩端電壓為URURR滑產(chǎn)生熱量等于消耗電能，則可由PW得，產(chǎn)生熱量Q 所用時(shí)間為tWQQQ(R R滑 )2t2U 2RU 2RU 2P22RRR滑當(dāng)滑片 P 滑至 ab 的中點(diǎn)時(shí)，電路為R 與變阻器串聯(lián)電路，此時(shí)滑動變阻器接入阻值為總阻值的一半，根據(jù)串聯(lián)分壓定律可求R 兩端電壓為URUR1 R滑2產(chǎn)生熱量等于消耗電能，則可由 P

16、WQ 所用時(shí)間為t 得，產(chǎn)生熱量WQQQ(R1 R滑 )2t32PU 2RU 2RU 232RR 1 R滑2由于第一次用時(shí)9min，第二次用時(shí)36min ，帶入式子求解可得，t3=20.25min ，故選 C。12 如圖所示，物理課上李老師給電爐通電后，電爐絲熱得發(fā)紅，而用手觸摸與之連接的導(dǎo)線卻不覺得燙手。這是因?yàn)锳電爐絲的電阻比導(dǎo)線的電阻小B電流通過導(dǎo)線時(shí)沒有產(chǎn)生熱效應(yīng)C導(dǎo)線中的電流比電爐絲中的電流小D導(dǎo)線消耗的電功率比電爐絲消耗的電功率小【答案】 D【解析】【詳解】根據(jù)焦耳定律QI 2 RtPt 可以知道，當(dāng)通電時(shí)間一樣時(shí)，電阻大的，電功率大，其產(chǎn)生的熱量多，由于電爐絲的電阻遠(yuǎn)大于與之相連

17、導(dǎo)線的電阻，所以當(dāng)電爐絲熱得發(fā)紅，而與之連接的導(dǎo)線卻沒有發(fā)熱，故選D。13 如圖 (甲 )所示，兩電熱絲R1 與 R2 并聯(lián)， R120，電源電壓保持不變，閉合開關(guān)，電流表 A1 和電流表A2 表盤指針均指如圖(乙 )所示位置，則以下判斷不正確的是（）A R1: R2 5： 1B電源電壓是10 VC R2 的電功率是20WD R1 工作2 分鐘所放出的熱量為600J【答案】 A【解析】【詳解】由電路圖可知， R1 與 R2 并聯(lián)，電流表 A1 測干路電流，電流表 A2 測 R1 支路的電流；B因并聯(lián)電路中干路電流等于各支路電流之和，且兩電流表指針的位置相同，所以，電流表 A1 的量程為0 3A

18、，分度值為0.1A，干路電流 I=2.5A，電流表 A2 的量程為0 0.6A，分度值為 0.02A，通過 R1 的電流 I1=0.5A，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)可得，通過R2 的電流：I 2I I1 2.5A 0.5A 2A ，U因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，所以，由I可得，電源的電壓：RUI 1R10.5A20 10V，故 B 正確，不符合題意；A則2R 的阻值：R2U 10V =5 ，I 22A則R1： R220：5 41：，故 A 錯(cuò)誤，符合題意；2的電功率：C RP2UI 210V2A20W ，故 C 正確，不符合題意；D R1工作 2 分鐘所放出的熱量：Q1 I12 R1t220

19、 260s600J ，0.5A故 D 正確，不符合題意。14 如圖所示是 “探究在通電時(shí)間一定時(shí)，電流產(chǎn)生熱量與哪些因素有關(guān) 的實(shí)驗(yàn)裝置。下列關(guān)于此實(shí)驗(yàn)的一些描述，正確的是A在甲圖中，探究的是電流產(chǎn)生熱量與電阻的關(guān)系B在乙圖中，探究的是電流產(chǎn)生熱量與電阻的關(guān)系C在甲圖中，閉合開關(guān)一段時(shí)間后a 容器連接的U 型管液面高度差更明顯D在乙圖中，可得到結(jié)論：相同時(shí)間內(nèi)，電流越大，容器內(nèi)空氣吸收熱量越少【答案】 A【解析】【詳解】A. 在甲圖中，兩個(gè)電阻串聯(lián)，電流相等，電阻阻值不同，所以探究的是電流產(chǎn)生熱量與電阻的關(guān)系，故 A 正確；B. 在乙圖中，兩個(gè)電阻阻值相同，電流不同，所以探究的是電流產(chǎn)生熱量與

20、電流的關(guān)系，故 B 錯(cuò)誤；C. 在甲圖中， a 容器中的阻值小于 b 容器中阻值，串聯(lián)電路電流相同，由焦耳定律可知閉合開關(guān)一段時(shí)間后a 容器內(nèi)產(chǎn)生的熱量小于b 容器內(nèi)，因此b 容器內(nèi)連接的U 型管液面高度差更明顯，故C 錯(cuò)誤；D. 在乙圖中，探究的是電流產(chǎn)生熱量與電流的關(guān)系，可得到結(jié)論是相同時(shí)間內(nèi)，電流越大，容器內(nèi)空氣吸收熱量越多，故D 錯(cuò)誤。15 一只電熱水壺有兩根電阻絲R1 、 R2 ，其阻值 R1R2 ，現(xiàn)把這只電熱水壺接入照明電路中將一壺水加熱至沸騰，則下列說法正確的是（）A只接入 R1所用時(shí)間最短B只接入 R2 所用時(shí)間最短C兩根電阻絲串聯(lián)接入電路所用時(shí)間最短D兩根電阻絲并聯(lián)接入電路

21、所用時(shí)間最短【答案】 D【解析】【分析】【詳解】將一壺水加熱至沸騰時(shí)，產(chǎn)生的熱量相同，根據(jù)熱量的公式QU 2 t 可知，電源電壓不R變，接入電路的電阻越小，產(chǎn)生相同熱量的時(shí)間越少，并聯(lián)電路中總電阻小于任何一個(gè)分電阻，兩根電阻絲并聯(lián)接入電路時(shí)，總電阻最小，加熱時(shí)間最短。故選 D。16 兩個(gè)定值電阻R1、 R2 并聯(lián)在電路中，如圖甲所示，通過它們的電流與其兩端的電壓關(guān)系如圖乙所示。閉合開關(guān)S ，經(jīng)過相同的時(shí)間，R1、 R2 產(chǎn)生的熱量之比為（）A 1: 3B 3:1C 1:9D9 :1【答案】B【解析】【分析】本題考查熱量的計(jì)算，應(yīng)用并聯(lián)電路的特點(diǎn)及I-U圖象?！驹斀狻坑深}可知R1、 R2 并聯(lián)連

22、接，結(jié)合圖乙知，當(dāng)U=3.0V 時(shí)，通過R1、R2 的電流分別為I1=0.6A， I2=0.2A，即通過兩電阻的電流之比I1:I2=0.6A:0.2A=3:1由 Q=UIt 得，在相同的時(shí)間內(nèi)，R1、 R2 產(chǎn)生的熱量之比Q1:Q2=UI1t:UI2t= I1:I2=0.6A:0.2A=3:1故 ACD不正確， B 正確。故選 B。17 如圖所示是電熱吹風(fēng)機(jī)的內(nèi)部電路原理圖，電熱吹風(fēng)機(jī)由一個(gè)電動機(jī)和一個(gè)電熱絲并聯(lián)組成。電動機(jī)中有電流通過時(shí)會有風(fēng)吹出，電熱絲中有電流通過時(shí)會有熱量產(chǎn)生。當(dāng)開關(guān) S1、 S2 都閉合，二者都正常工作，下列說法不正確的是（）A電動機(jī)和電熱絲在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量不同B

23、電動機(jī)和電熱絲在相同時(shí)間內(nèi)消耗的電能不同C電動機(jī)和電熱絲消耗的電功率相同D電動機(jī)消耗的電能大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能【答案】 C【解析】【分析】【詳解】A 電動機(jī)與電熱絲電阻與電流均不同，根據(jù) Q I 2Rt 可得，兩者在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量不同，故 A 正確，不符合題意；B電動機(jī)和電熱絲并聯(lián)，兩者電壓相同，但電流不同，根據(jù)公式WUIt可得兩者相同時(shí)間內(nèi)消耗的電能不同，故B 正確，不符合題意；C電動機(jī)和電熱絲兩端的電壓相同，但電流不同，根據(jù)PUI可得，兩者電功率不同，故 C 錯(cuò)誤，符合題意；D電動機(jī)主要是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，少部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故D 正確，不符合題意。故選C。18

24、一臺電動機(jī)正常工作時(shí)線圈兩端的電壓為380 V，線圈電阻為2 ，線圈中電流為10A。這臺電動機(jī)正常工作1 s 消耗的電能為W，產(chǎn)生的熱量為Q，則A W=3 800 J， Q=200 JB W=3 800 J， Q=3 800 JC W=72 200 J， Q=200 JD W=72 200 J， Q=3 800 J【答案】 A【解析】【詳解】電動機(jī)正常工作1s 消耗的電能：W=UIt =380V 10A=1s3800J，電動機(jī)正常工作1s 產(chǎn)生的熱量：Q=I2Rt=(10A)2 2=200J1s，故選 A。19 小明同學(xué)在活動課上表演了一個(gè)小魔術(shù)：用金屬片點(diǎn)燃火柴。他將一金屬片接在學(xué)生電源上（如圖所示），則將火柴放在哪個(gè)位置效