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1、一、初中物理焦耳定律的应用问题1 电冰箱起动时，与电冰箱并联的台灯变暗。关于这一现象，下列说法中不正确的是（）A进户线中电流变大B线路中电阻变大C线路中热损耗变大D灯泡两端的电压变小【答案】 B【解析】【分析】【详解】A当使用大功率的电冰箱时，电路中的总功率过大，家庭电路的电压一定，由PUI可知，干路中的电流变大，故A 正确，不符合题意；B因电冰箱和台灯是并联的，根据并联电路电阻的特点知，线路中的总电阻变小，故B错误，符合题意；C干路中的电流变大，由QI 2 Rt 知，线路中的热损耗变大，故C 正确，不符合题意；D因干路中的电流变大，由UIR 知，线路电阻分压变大，台灯两端的电压变小，所以台灯
2、将变暗，故D 正确，不符合题意。故选 B。2 一台电动机正常工作时，两端的电压为220V，通过线圈的电流为10A，若此线圈的电阻为 2，则这台电动机1min 内产生的热量是_J，这台电动机的效率是_4【答案】 1.2 10 90.9%【解析】【分析】【详解】已知线圈的电阻和通过的电流以及通电时间，根据公式Q=I2Rt 可求这台电动机 1min 内产生的热量已知电动机两端的电压和通过的电流，根据公式P=UI 可求电动机的总电功率；再根据公式 P=I2R 计算线圈消耗的功率，总功率减去线圈消耗的功率就是电动机的输出功率，输出功率与总功率的比值就是这台电动机的效率（1）这台电动机 1min 内产生的
3、热量：224Q=I Rt=（ 10A） 2 60s=1.2 J； 10P 总 =UI=220V10A=2200W，线圈消耗的功率：P 圈 =I2R=（10A） 2 2 =200W，输出功率：P 出 =P 总 -P 圈 =2200W-200W=2000W ，这台电动机的效率： = P出/ P 总=2000W/ 2200W=90.9%3 如图甲所示，为额定电压为6V 的灯泡 L 的 I-U 图像如图乙所示的电路，电源电压12V不变， R1 为定值电阻， R2 为滑动变阻器，闭合开关S1，滑片 P 从最右端移动到最左端，电压表示数变化范围为 2V6V，则灯泡的额定功率是_W ，R1 的阻值为 _，滑
4、动变阻器 R2 两端的最大电压为_V，移动滑片P 使 R2 接入电路的阻值为变阻器最大阻值的7/15，通电 1minR2 产生的热量为 _J。【答案】3.6106105【解析】【分析】【详解】1 由灯泡L 的I- U图象可知，当额定电压U= 6V 时，灯泡的额定电流I= 0.6A，则灯泡额定功率PUI6V0.6A3.6W2 当滑片 P 在在最左端时，变阻器没有连入电路，电压表示数为6V，由图象可知，这时电路中的电流为I 大 =0.6A由串联电路的电压特点和欧姆定律可得，电源电压UU LI 大 R1即12V6VR10.6A解得R1103 由电路图可知，当滑片P 在最右端时，滑动变阻器全部接入电路
5、，R1 与R2 灯泡串联，电压表测灯泡两端电压，此时电压表示数最小，为U 小 = 2V由图象可知，这时电路中的电流为I 小= 0.4A由串联电路的电压特点和欧姆定律可得，电源电压UU L小I小 R1U 2滑动变阻器R2 两端的最大电压U 212V2V0.4A106V4 当滑片 P 在最右端时，滑动变阻器全部接入电路，通过的电流为I 小= 0.4A则此时滑动变阻器的阻值为R2U 2=6V15I小0.4A移动滑片 P 使 R2接入电路的阻值为变阻器最大阻值的7/15，则此时滑动变阻器的阻值为R2715715则U U LI R1I R2由图分析可知，当电流I =0.5A ，灯泡两端电压 UL=3.5
6、V 时，等式12V3.5V+0.5A 10+0.5A 7成立，即此时通过R2的电流为0.5A，则通电21min R 产生的热量为Q放I 2 R2t27 60s=105J0.5A4 为了将发电厂的电能输送到远处的用户家中，在两地间架设了两根等长的输电线。两根输电线的总电阻为r。已知位于电厂处的两根输电线间的电压为U，输送电能的功率为P，由于电流通过输电线发热会损失电能，该输电线路输送电能的效率为_。（输电效率为用户得到的电能与发电厂输出电能的比值）rP【答案】 12U【解析】【分析】【详解】由 PUI 得：通过输电线的电流IPU输电线的总电阻Rr ，则输电线上消耗的功率P损耗I 2 R ( P
7、) 2 rP2 rUU 2则用户实际得到的电功率P2 rP P P损耗 P实2U则输电线输送电能的效率为P2 rP实P2PrU1PPU 2rP所以输电线输送电能的效率为12 。U5 从产品说明书得知，一台“6 V3 W”的迷你型小风扇，电动机线圈阻值0.1 ，则小风扇正常工作2min 电动机线圈产生的热量为_J。【答案】 3【解析】【分析】【详解】电路中线圈的电流为P3WI0.5AU6V电路中通过线圈的电流为产生的热量为Q=I2 Rt=(0.5A) 2 0.1 2 60s=3J6 有两个灯泡 L1、 L2，L1 标有“ 6V、 3W”字样， L2 没有标记，实验测得 L2 的电阻为 6。将 L
8、1、 L2 串联接在某一电路中，两灯 L1 、L2 均能正常发光（忽略温度对电阻的影响），下列计算结果正确的是（）A该电路两端的总电压为 9VB灯 L2 的额定功率为 3WC相同时间内，灯 L1、 L2 消耗的电能之比W1 W2=11D相同时间内，灯 L1、 L2 产生的热量之比Q1Q2=2 1【答案】 AD【解析】【详解】A 接入电路后正常发光，则电路中电流P13WI0.5A ，U 16V则 L 2 两端电压U 2IR20.5A63V ，则总电压U 总 U 1 U 26V 3V 9V ，A 正确；B根据题意可知，L 2 的功率为P2I 2 R20.5A261.5W ，B 错误；C根据 W P
9、t 可知，在相同时间内消耗电能之比等于功率之比为2： 1， C 错误；D灯泡产生的热量等于消耗的电能，因此产生的热量之比为2：1， D 正确。7 如图甲所示电路，电源电压保持不变，电流表量程为00.6A。图乙中 A、 B 分别是小灯泡和电阻 R1两端的电压随电流变化关系图象。只闭合开关1S、 S ，滑动变阻器的滑片 P 移至 a 端时，电路中的电流为0.2A；滑动变阻器的滑片移至b 端时，小灯泡恰好正常发光。只闭合开关S、S3，调节滑片P，当滑动变阻器接入电路中的电阻为10时，小灯泡两端的电压恰好为2V。则（）A电源电压为10VB小灯泡L 的额定功率6WC只闭合开关S、S2，滑动变阻器的滑片移
10、至a 端时，1.5min电流通过R1 产生的热量为64JD闭合开关S，改变其它开关的通断及滑片的位置，电路消耗的最小功率可以达到1.2W【答案】BC【解析】【分析】【详解】A由于灯泡灯丝电阻受温度影响，定值电阻阻值不发生变化，则小灯泡灯丝两端的电压随电流变化关系图象为曲线，定值电阻两端的电压随电流变化关系图象为过原点的直线，则由乙图数据可求R1 阻值为R1 = U14V=40I10.1A已知闭合 S、 S3，调节滑片 P，当滑动变阻器接入电路中的电阻为10时，小灯泡两端的电压恰好为 2V，此时电路为小灯泡与两电阻串联电路，由乙图可知此时电路电流为0.2A，则电源电压为U U L U 1U 2
11、=2V+0.2A40 +0.2A10 =12V故 A 不符合题意；B当闭合开关 S、 S ，滑动变阻器的滑片移至b 端时，小灯泡恰好正常发光，此时滑动变1阻器接入阻值为 0，此时电路为小灯泡的简单电路，小灯泡此时两端电压等于电源电压为12V，对应乙图可知此时电流为0.5A，则额定功率为P额U 额 I 额12V 0.5A=6W故 B 符合题意；C只闭合开关 S、S1，滑动变阻器的滑片P 移至 a 端时，电路中的电流为0.2A，此时电路为小灯泡与滑动变阻器串联电路，且滑动变阻器接入阻值最大，由乙图可知此时小灯泡两端电压为 2V，电源电压为 12V，则由串联分压可知滑动变阻器两端电压为10V，由欧姆
12、定律可求滑动变阻器最大阻值为R2maxU 2max10VI 2=500.2A则当闭合开关 S、 S2，滑动变阻器的滑片移至a 端时，电路为 R1 与 R2 串联电路，由串联分压可求 R1 两端电压为U1R1U4048R24012V=VR1509由于 R1为纯电阻，则 1.5min 电流通过1产生的热量为R2U 1248 Vt91.5 60s=64JW140R1故 C 符合题意；U2D由于电源电压不变，则由P可知，当电路阻值最大时，电路总功率最小，则闭R合开关 S、 S3，滑片滑到最大阻值处时电路电阻最大，功率最小，若最小功率为1.2W ，则此时电路电流为I minPmin1.2W =0.1AU
13、12V则此时电路总电阻为RmaxU12V =120I min0.1A则小灯泡此时电阻应为R=R -R -R=120 -40-50 =30 L 实max12max此时小灯泡分得电压应为U=IR=0.1A 30 =3VL 实min L 实但由乙图可知，当小灯泡电流为0.1A时，小灯泡两端电压不足2V，前后冲突，故D 不符合题意。故选 BC。8 如图所示的用电器中，利用电流热效应工作的是（）A电视机B电暖气C电风扇D计算器【答案】 B【解析】【详解】A通电后，电视机是把电能转化为电视机影像的光能和喇叭的声能，不是利用电流热效应工作， A 项不合题意；B通电后，电暖气是把电能转化为内能，这是利用电流热
14、效应工作，选项B 符合题意；C通电后，电风扇是把电能转化为扇叶的动能，不是利用电流热效应工作，C 项不合题意；D通电后，计算器是把电能转化为显示屏上的光能和喇叭的声能，不是利用电流热效应工作， D 项不合题意。9 如图，电源电压保持不变， R1=100拔至 b 时电压表的示数是拔至 a，开关 S 闭合， S时的三分之一，则 R2=_；若电源电压为3 V，当开关 S0 拔至 b 时， R1 在 10 min 内产生的热量是 _J。【答案】 20 60【解析】【分析】【详解】1 闭合开关 S，开关 S0 拨至 b 时，两电阻串联，电压表测R1 两端的电压；闭合开关S，开关 S0 拨至 a 时，两电
15、阻串联，电压表测电源的电压，因串联电路中总电压等于各分电压之和，且开关 S0 拨至 b 时电压表示数是拨至a 时的三分之一，所以，两电阻两端的电压之比U1 U 3 1U 2UU 32因串联电路中各处的电流相等，所以，由I U 可得，两电阻的阻值之比RU1R1 I U1 1R2U 2U 2 2I则 R2 的阻值R2 2R1 2 10 202 若电源电压为 3V，当开关 S0 拨至 b 时，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以电路中的电流IU3V 0.1AR1R210 20R1 在 10min 内产生的热量Q1 I2R1t (0.1A)2 10 600s60J10 如图 (甲 )所示，两电热丝
16、R1 与 R2 并联， R120，电源电压保持不变，闭合开关，电流表 A1 和电流表A2 表盘指针均指如图(乙 )所示位置，则以下判断不正确的是（）A R : R 5： 1B电源电压是 10 V12C R的电功率是 20WD R 工作 2 分钟所放出的热量为 600J21【答案】 A【解析】【详解】由电路图可知， R1 与 R2 并联，电流表A1 测干路电流，电流表 A2 测 R1 支路的电流；B因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，且两电流表指针的位置相同，所以，电流表 A1 的量程为 0 3A，分度值为0.1A，干路电流 I=2.5A，电流表 A2 的量程为0 0.6A，分度值为 0.0
17、2A，通过 R1 的电流 I1=0.5A，根据并联电路的电流特点可得，通过R2 的电流：I 2II12.5A0.5A2A ，U因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，由I可得，电源的电压：RUI 1R10.5A20 10V ，故 B 正确，不符合题意；A则 R2 的阻值：R2U 10V =5 ，I 22A则R1： R220：5 41：，故 A 错误，符合题意；C R2 的电功率：P2UI 210V2A20W ，故 C 正确，不符合题意；D R1 工作 2 分钟所放出的热量：Q1 I12 R1t220 260s 600J ，0.5A故 D 正确，不符合题意。11 如下图所示，当滑动变阻器的滑片P
18、 滑至 a 端时，定值电阻R 产生热量 Q 用时是9min ；当滑片P 滑至 b 端时，定值电阻R 产生相同热量Q 的用时是36min ，当滑片P 滑至ab 的中点时，若定值电阻R 再产生热量Q 的用时是（）A20.5minB 20.05minC 20.25minD 22.25min【答案】 C【解析】【详解】当滑动变阻器的滑片P 滑至 a 端时，电路为R 的简单电路，产生热量等于消耗电能，则可由 PWQ 所用时间为t 得，产生热量t1WQQRP1U 2U 2R当滑片 P 滑至 b 端时，电路为R 与整个滑动变阻器串联电路，根据串联分压定律可求R 两端电压为URRUR滑产生热量等于消耗电能，则
19、可由PW得，产生热量Q 所用时间为tWQQQ(R R滑 )2t2U 2RU 2RU 2P2RR2R滑当滑片 P 滑至 ab 的中点时，电路为R 与变阻器串联电路，此时滑动变阻器接入阻值为总阻值的一半，根据串联分压定律可求R 两端电压为URUR1 R滑2产生热量等于消耗电能，则可由PWQ 所用时间为t 得，产生热量WQQQ(R1R滑 )2t32P3U 2RU 2RU22RR 1 R滑2由于第一次用时9min，第二次用时36min ，带入式子求解可得，t3=20.25min ，故选 C。12 以下原理与应用上下对应正确的是（）ABCD【答案】 C【解析】【分析】【详解】A原理为电磁感应原理；扬声器
20、是利用通电导体在磁场中受力的作用，故A 错误；B原理为通电导体在磁场中受力的作用；麦克风是利用电磁感应原理，故B 错误；C原理为电流的磁效应即电流周围存在磁场；电铃是利用电流的磁效应，使电磁铁吸引衔铁击打铃盖发出声音，故 C 正确；D原理为电流的热效应，电流做功将电能转化为内能；电风扇是利用电流做功将电能转化为机械能，故D 错误。故选 C。13 如图所示是 “探究在通电时间一定时，电流产生热量与哪些因素有关 的实验装置。下列关于此实验的一些描述，正确的是A在甲图中，探究的是电流产生热量与电阻的关系B在乙图中，探究的是电流产生热量与电阻的关系C在甲图中，闭合开关一段时间后a 容器连接的U 型管液
21、面高度差更明显D在乙图中，可得到结论：相同时间内，电流越大，容器内空气吸收热量越少【答案】 A【解析】【详解】A. 在甲图中，两个电阻串联，电流相等，电阻阻值不同，所以探究的是电流产生热量与电阻的关系，故 A 正确；B. 在乙图中，两个电阻阻值相同，电流不同，所以探究的是电流产生热量与电流的关系，故 B 错误；C. 在甲图中， a 容器中的阻值小于 b 容器中阻值，串联电路电流相同，由焦耳定律可知闭合开关一段时间后 a 容器内产生的热量小于 b 容器内，因此 b 容器内连接的 U 型管液面高度差更明显，故 C 错误；D. 在乙图中，探究的是电流产生热量与电流的关系，可得到结论是相同时间内，电流
22、越大，容器内空气吸收热量越多，故D 错误。14 一个电炉的电阻是200，通电 10s3产生 810J 的热量，那么通过这只电炉的电流是（）A2AB 4AC 20AD 40A【答案】 A【解析】【详解】根据焦耳定律的公式QI 2 Rt 可知，通过这只电炉的电流是Q8 103JI2ARt200 10s故选 A。15 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。两个透明容器中密封着等量的空气， U 形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。下列说法正确的是（）A通电一段时间后，左侧U 形管中液面的高度差比右侧的小B若容器外面的电热丝R3 发生了断路，若与没断时的通电时间相同，则左
23、侧U 形管中液面高度差变小C将右边并联的两根5 的电阻丝都放入到容器内，通电一段时间后，右侧U 形管中液面的高度差比左侧的大D该实验装置是利用U 形管中液体的热胀冷缩来反映电阻丝放出热量的多少【答案】B【解析】【分析】【详解】A装置中一个5的电阻与两个5的电阻并联后再串联，根据串联电路的电流特点可知，右边两个电阻的总电流和左边电阻的电流相等，即I 右=I 左 ，两个 5的电阻并联，根据并联电路的电流特点知I 右=I1+I2两电阻的阻值相等，则支路中电流相等，即I1=I2，所以右边容器中通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，即是研究电流产生的热量与电流的关系；由电阻产生的热量多，温度升得较快；因此
24、通电一段时间后，左侧Q=I2 Rt 可知，左边容器中的 U 形管中液面的高度差更大，故A 错误；B R3 发生断路前，左侧的电阻为5，右侧的电阻为2.5 ，则电路的总电阻为R 总 =5+2.5 =7.5 R3 发生断路后，电路中只有R1 和R2 串联，则总电阻为R总=5+5=10R3 发生断路后，整个电路的总电阻增大了，根据欧姆定律可知，电路中的总电流减小了，在电阻、通电时间不变时，电流减小，则产生的热量变少，所以左侧U 形管中液面高度差变小，故B 正确；C将右边并联的两根5的电阻丝都放入到容器内，右侧的电阻为2.5 ，左右两侧的电流和通电时间相同，左侧的电阻大于右侧的电阻，则左侧产生的热量多
25、，右侧U 形管中液面的高度差比左侧的小，故C 错误；D该实验装置是利用容器中空气的热胀冷缩来反应放热的多少，产生热量的多少不能直接观察，通过U 形管液面高度差的变化来反映，故D 错误。故选B。16 电路两端电压增为原来的3 倍，电路的电阻降为原来的0.5 倍，在相同时间内，电流产生的热量是原来的（）A6 倍B 9 倍C 18 倍D 1.5 倍【答案】 C【解析】【详解】若原来电压为 U、原来电阻为R，通电时间为t ，电流产生的热量为Q WU 2t ，现在R的电压为 3U，电阻为 0.5R，通电时间为t，电流产生的热量为Q：3U2tQ0.5 R18U 2；Qt1R故 C 正确。17 2019 年
26、 3 月，中国青年科学家曹原证实了石墨烯在特定条件下的超导性能，取得了国际超导科研领域的重大突破。利用石墨烯超导的零电阻特性进行远距离输电，将实现电能零耗损。其节能依据的原理是（）A牛顿第一定律【答案】 DB帕斯卡定律C欧姆定律D焦耳定律【解析】【分析】利用超导进行远距离输电，因为超导体的电阻为零，根据焦耳定律公式可知，没有热量产生，即没有内能的损耗。【详解】A牛顿第一定律是指一切物体在不受力的情况下，将保持静止状态或匀速直线运动状态，与题无关，故 A 不符合题意；B帕斯卡定律是指加在密闭液体上的压强，能够大小不变地由液体向各个方向传递，与题无关，故 B 错误；C欧姆定律是指一段导体通过的电流
27、跟加在导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比，与题无关，故 C 错误；D焦耳定律是指一段导体产生的热量跟导体通过的电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟导体的通电时间成正比；所以当电阻为零时，导体没有热量产生，即电能零损坏，故 D 正确。故选 D。18 在综合实践活动课上，小明设计了如图甲所示的模拟调光灯电路。电源电压恒定，为定值电阻。闭合开关S 后，将滑动变阻器R2 的滑片 P 由最右端向左移动，直至灯泡R1L 正常发光。此过程中，电流表A 的示数随两电压表V1、 V2（电压表V2 未画出）示数变化关系图像如图乙所示。下列说法正确的是（）A电源电压为5VB电路允许的最大功率为1WC小灯
28、泡正常发光时，定值电阻R1 在 1min 内产生的热量为26.25JD再串联一个3的电阻后， R2 的滑片可自由移动，灯泡能正常发光且安全【答案】 D【解析】【分析】【详解】该电路为串联电路，滑片P 由最右端向左移动，V2 示数减小，说明V2 测滑动变阻器两端电压，则当电流为0.1A 时， R1 两端电压为U R1U -0.5V-3.5V= U -4VR1 阻值表达式为U -4VR10.1A当电流为 0.25A 时， R1 两端电压为U R1U -0.75V-2.5V= U -3.25VR1 阻值表达式为U -3.25VR1 0.25A联立解得R =51U=4.5VA由上述分析可知，电源电压为
29、4.5V，故 A 错误；B小灯泡正常工作时，电路最大电流为0.25A，则电路允许的最大功率为PmaxUI max4.5V0.25A=1.125W故 B 错误；C小灯泡正常发光时，电流为0.25A，定值电阻R 在 1min 内产生的热量为1Q放 =I 2 Rt25 60s=18.75J0.25A故 C 错误；D当滑动变阻器阻值为0 时，再串联一个3的电阻后，当小灯泡正常发光时，电流为0.25A，两定值电阻分得电压为U 12I LR130.25A5+3 =2V则灯泡两端电压为U LUU 124.5V-2V=2.5V为灯泡正常发光时的电压。故D 正确。故选 D。19 小明同学在活动课上表演了一个小魔
30、术：用金属片点燃火柴。他将一金属片接在学生电源上（如图所示），则将火柴放在哪个位置效果最明显（）A a 点Bb 点C c 点D都一样【答案】 A【解析】【详解】影响电阻大小的因素是材料、长度、横截面积，由图可知a 点横截面积最小，故a 的电阻最大， a、 b、 c 是串联的，电流相同，根据QI 2 Rt 可知，在相同时间内a 产生的热量多，故放在 a 点效果最明显。故选 A。20 如图所示是研究焦耳定律实验装置中的部分电路两瓶中的电阻丝是串联的，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两端的电压U 甲、 U 乙 以及它们在相同时间内产生的热量Q 甲 、 Q 乙 ，以下关系式中正确的是()A U 甲 = U 乙 ， Q 甲 = Q C U 甲 U乙 ， Q 甲 Q 【答案】 C【解析】乙BU 甲 Q 乙乙D U 甲U 乙 ，Q 甲 Q【详解】由于两电阻丝串联，流过它们的电流I 相等，通电时间t 相等，由题意知：R甲R乙 ，由U=IR 知： U 甲U 乙 ；由焦耳定律Q=I2Rt 知：Q甲Q乙 ；故选C。