2020年中考物理重要定律18道焦耳定律试题(附分析)

专题18

焦耳定律

1.内容：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
2.公式：Q=I2Rt
3.当发电厂电功率一定，送电电压与送电电流成反比，输电时电压越高，电流就越小。此时因为输电线路上有电阻，根据P=I2R可知，电流越小时，在电线上消耗的电能就会越少。所以电厂在输电时增大送电电压，减少电能在输电线路上的损失。

【例题1】（2019吉林）电炉丝通过导线接到电路里，通过电炉丝和导线的电流大小________，由于电炉丝的电阻比导线的电阻大，导致电炉丝产生的热量比导线产生的热量________。    
【答案】 相等；多
【解析】电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝和导线串联，那么通过电炉丝和导线的电流大小相等；由于电炉丝的电阻比导线的电阻大，根据Q=I2Rt可知可知，电炉丝产生的热量比导线产生的热量多。
【例题2】（2019北京）如图所示的电路中，电源两端电压保持不变，电阻丝R1的阻值为10Ω．当开关S闭合后，电压表的示数为2V，电流表的示数为0.4A．求：
（1）通电10s电阻丝R1产生的热量；
（2）电源两端的电压。
 
【答案】（1）通电10s电阻丝R1产生的热量为16J；
（2）电源两端的电压为6V。
【解析】（1）通电10s电阻丝R1产生的热量：
Q＝I2R1t＝（0.4A）2×10Ω×10s＝16J。
（2）由I＝ 得，R1两端的电压：
U1＝IR1＝0.4A×10Ω＝4V，
根据串联电路电压规律可知，电源电压：
U＝U1+U2＝4V+2V＝6V。

一、选择题
1．（2018成都）一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V，线圈的电阻为2Ω，线圈中通过的电流为10A．这台电动机工作1s消耗的电能为W，产生的热量为Q，则（  ）
A．W=3800J，Q=200J    B．W=3800J，Q=3800J
C．W=7200J，Q=200J    D．W=7200J，Q=3800J
【答案】A．
【解析】本题考查的知识点是焦耳定律；电功的计算．
已知电压、电流与通电时间，由W=UIt可以求出电动机消耗的电能，由焦耳定律可以求出其产生的热量．
电动机消耗的电能：
W=UIt=380V×10A×1s=3800J；
产生的热量Q=I2Rt=（10A）2×2Ω×1s=200J
2.（2018河南）图甲是小灯泡的电压——电流图像。将此灯泡L与滑动变阻器R串联在电压为4.5V的电路中（如图乙），闭合开关，移动滑片P，当小灯泡的功率为0.75W时，（    ）
 
A．电流表的示数为0.2A      
B．滑动变阻器R接入电路中的电阻为15Ω
C．电路消耗的总功率为1.35W。         
D．10s内滑动变阻器R产生的热量为13.5J
【答案】C
【解析】当小灯泡的功率为0.75W时，根据图甲，可知，灯泡L两端的电压为2.5V，通过灯泡的电流为0.3A，电路中的等效电阻15Ω.
电路消耗的总功率P=IU总=4.5V╳0.3A=1.35W。
变阻器R在10s产生的热量Q=W=UIt=2V╳0.3A╳10s=6J。
A．电流表的示数为0.2A ，错误。     
B．滑动变阻器R接入电路中的电阻为15Ω，错误。
C．电路消耗的总功率为1.35W，正确。
D．10s内滑动变阻器R产生的热量为13.5J，错误。
二、填空题
3.（2019福建）一台标有“5V 2.5W”的带有USB接口的小电风扇，线圈电阻为1Ω，
正常丁作1min，产生的热量是     Jo工作一段时间后的风扇叶片黏有不少灰尘，这
属于     现象。
【答案】15；静电（摩擦起电）。
【解析】工作时间t＝1min＝60s，
由P＝UI得，线圈中的电流：
I＝ ＝ ＝0.5A，
则线圈产生的热量：
Q＝I2Rt＝（0.5A）2×1Ω×60s＝15J。
风扇的叶片在转动过程中与空气摩擦带上了电荷，可以吸引轻小物体，所以灰尘会附着在扇叶上，这属于静电（摩擦起电）现象。
4．（2019长沙）如图，两个透明容器中密封着等量的空气，U型管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，小海用此电路来探究电流通过导体时产生的热量跟什么因素有关。由图可知，在电流大小和通电时间相等的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越     ；若通过电阻的电流为0.5A，通电10s，阻值为10Ω的电阻产生的热量是     J。
 
【答案】多；25。
【解析】（1）由图可知，两个透明容器中密封着等量的空气，右侧U型管中液面高度的变化较大，在通电时间相同，电流一定的情况下，电阻越大，电流产生的热量越多；
（2）通过电阻的电流为0.5A，通电10s，阻值为10Ω的电阻产生的热量：
Q＝I2Rt＝（0.5A）2×10Ω×10s＝25J。
5.（2019安徽）如图电路中，U＝12V，R1＝6Ω，R2＝3Ω，R3＝4Ω．当S2断开，S1闭合时，电阻R1消耗的电功率为________W；当S1、S2都闭合时，6s内电流通过R2产生的热量是________J。  
 
【答案】 8.64；32   
【解析】（1）当S2断开，S1闭合时，电阻R1和R3串联，
电路的电流：I＝  ＝  ＝1.2A，
电阻R1消耗的电功率：P＝I2R1＝（1.2A）2×6Ω＝8.64W；（2）当S1、S2都闭合时，电阻R1和R2先并联，再和R3串联，
R1和R2并联的总电阻：R＝  ＝  ＝2Ω，
干路中的电流：I′＝  ＝  ＝2A，
则电阻R2两端的电压：U2＝I′R＝2A×2Ω＝4V，
6s内电流通过R2产生的热量：Q＝W＝  t＝  ×6s＝32J。
6.（2018山西大同）两个发热电阻R1：R2=1：4，当它们串联在电路中时，R1、R2两端的电压之比U1：U2=  ；已知R1=10Ω，那它们并联在4V电路中后，两个电阻在100s内产生的热量是  J。
【答案】1：4；200。
【解析】本题考查了串联电路的电流特点和并联电路的电压特点以及欧姆定律、电热公式的灵活应用，是一道较为简单的应用题。
两电阻串联时通过的电流相等，根据欧姆定律求出两电阻两端的电压之比；
两电阻并联时它们两端的电压相等，根据Q=W= t求出两个电阻产生的热量。
（1）当两电阻串联在电路中时，
因串联电路中各处的电流相等，
所以，由I= 可得，R1、R2两端的电压之比： = = = ；
（2）已知R1=10Ω，R1：R2=1：4，所以R2=4R1=4×10Ω=40Ω，
当两电阻并联在电路中时，因并联电路中各支路两端的电压相等，
所以，两个电阻在100s内产生的热量：
Q总=W总=W1+W2= t+ t= ×100s+ ×100s=200J。
7.（2018新疆）如图所示，电热水壶上标有“220V 1800W”，小明发现烧水过程中热水壶的发热体部分很快变热，但连接的电线却不怎么热，是因为导线的电阻比发热体的电阻    。在额定电压下，烧开一壶水用时3min20s，这段时间内电热水壶发热体产生的热量为    J。
 
【答案】小；3.6×104。
【解析】热水壶的发热体与电线串联，通过它们的电流及时间相等，但热水壶的发热体的电阻比电线的电阻大得多，由焦耳定律Q=I2Rt可知，热水壶的发热体比电线产生的热量就多得多，所以电热丝很热，但与之相连的电线却不怎么热；
在额定电压下，烧开一壶水用时3min20s，这段时间内电热水壶发热体产生的热量：
Q=Pt=1800W×（3×60s+20s）=3.6×104J。
8.（2018四川广元）在家庭电路中，有时导线长度不够，需要把两根导线连接起来，连接处电阻比别处要  （选填，大、小），在相等时间内，导线连接处发热比别处更   （选填多、少）．
【答案】大；多．
【解析】由焦耳定律知道，电流通过导体产生的热量跟电流的平方、电阻大小和通电时间成正比．导线相互连接处因为接触不良，易造成电阻变大，因为导线连接处与其他导线串联在电路中，通电时间是相同的，由焦耳定律Q=I2Rt，可知电阻大的产生的热量越多，据此分析．
9.（2018苏州）一只标有”8V 0.4A”的小灯泡，接在电源电压为12V的电路中，为使其正常发光，应串联一个  Ω的电阻；该电阻通电10s所产生的热量是  J。
【答案】10；16。
【解析】根据串联电路中总电压等于各分电压之和，则串联电阻R两端电压：
UR=U﹣UL=12V﹣8V=4V，
因串联电路中各处的电流相等，所以灯泡正常工作时电路中的电流：
I=0.4A，
由I=U/R可得，串联电阻R的阻值：
R=UR/I=10Ω；
此时该电阻通电10s产生的热量为：
QR=I2Rt=（0.4A）2×10Ω×10s=16J。
10.（2018大庆）有一台电动机，额定电压3V，额定电流1A，电动机线圈电阻0.5Ω．这台电动机正常工作1min，消耗的电能为  J．产生的热量为  J，输出的机械能为  J。
【答案】180；30；150。
【解析】本题考查了电动机产生热量、电功、输出机械能的计算，关键是知道只有在纯电阻电路中电能才完全转化成内能。
这台电动机正常工作1min=60s，
电动机消耗的电能：W=UIt=3V×1A×60s=180J，
产生的电热：Q=I2Rt=（1A）2×0.5Ω×60s=30J，
输出的机械能：W机械=W﹣Q=180J﹣30J=150J。
三、简答题
11．（2018辽宁营口）据《生活报》讯，2017年4月14日起，插线板新国家标准正式实施，要求插线板的插孔须设置“保护门”，“保护门”可有效防止儿童将手指插入插孔而造成触电事故，同时可避免灰尘长期沉积而造成的内部  （选填“断路”或“短路”）．在线材方面要求：如果最大工作电流16A的延长线插座，导线的最小横截面积由原来的1mm2增加到1.5mm2．请你根据所学物理知识解释增加导线横截面积的好处．
 
【答案】短路；材料、长度相同的导线，横截面积越大，电阻越小，由焦耳定律Q=I2Rt可知，电流和通电时间相同时，电阻越小，产生的热量越少，采用横截面积更大的导线可以避免外部绝缘皮过热，引起火灾．
【解析】（1）处处连通的电路为通路；某处断开的电路为断路；电源短路是指电源两极不经过用电器直接连通的电路；
（2）根据影响电阻大小的因素分析导线的横截面积变大时其电阻的变化，根据焦耳定律可知电流和通电时间相等时产生的热量关系，从而得出答案．
四、实验探究题
12.（2018安徽）已知电流通过导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间有关．在探究“电流通过导体产生的热量跟电流的关系”时，可供选择的器材有：8V稳压电源一个；20Ω和50Ω的滑动变阻器各一个；停表和开关各一个；塑料盒与U形管相连的实验装置一个，盒内密封着空气，盒内电阻丝的阻值为20Ω；导线若干．
（1）该实验选用   Ω的滑动变阻器更好．
（2）连接好的实验图如图所示．每次实验（即获得一组数据）后，都要断开开关，打开盒盖上的通气孔，U形管内两液面迅速回到原位，等片刻后，关闭通气孔，再进行下一次实验．请画出实验用的表格，表中要有必要的信息．
 
（3）某同学对实验方案进行了重新设计：第一次实验记录高度差后，立即移动滑片增大电流做第二次实验，……．每次实验加热时间相同，记录的U形管内两液面高度差依次为Δh1、Δh2……．在处理数据时，该同学想用Δh2来间接反映第二次实验电流通过导体产生的热量，他这样处理数据是否正确？       ．理由是                      ．
【答案】（1）50 （2）记录的实验数据如下表
 
（3）不正确   Δh2间接反映了第一次和第二次实验电流通过导体产生的热量的和．不是第二次实验电流通过导体产生的热量．
【解析】（1）盒内电阻丝的阻值为20Ω为定值电阻，选滑动变阻器的电阻要大得好，因为这样通过改变滑动变阻器电阻，电路电流能有效控制，不会太大，保护电源。
（2）所画表格要体现每次实验电阻丝电阻为20Ω为定值电阻。时间一定。要体现U形管液面高度差，电流大小，热量。
（3）该同学想用Δh2来间接反映第二次实验电流通过导体产生的热量实错误的。因为Δh2间接反映了第一次和第二次实验电流通过导体产生的热量的和．不是第二次实验电流通过导体产生的热量．该同学在设计方案就是错误的。
五、综合计算题
13．（2019新疆）如图所示电路中，电阻Rl的阻值为2 Ω，当开关闭合后，电压表V1的示数为1 V，V2的示数为2 V。求：
 
（1）电源两端的电压；
（2）迪过R1的电流和R2的阻值；
（3）R2在1 min内产生的热量。
【答案】（1）3V （2）0.5A ，4Ω （3）60J
【解析】（1）电路为R1R2串联，二者两端电压之和为电源两端的电压，U=U1+U2=1V+2V=3V；
（2）根据欧姆定律，I1= = =0.5A。
因为R1R2串联，所以I2=I1=0.5A，根据欧姆定律，R2= = =4Ω。
（3）根据焦耳定律，Q=I22R2t=（0.5A）2×4Ω×60s=60J。
14.（2018云南）如图所示的电路中，定值电阻R1=150Ω、R2=300Ω．闭合开关S后，电流表A2的示数为5mA．求：
 
（1）电阻R1两端的电压为多少
（2）电流表A1的示数为多少
（3）电路工作5min，R1产生的焦耳热是多少． 
【答案】（1）电阻R1两端的电压为1.5V；
（2）电流表A1的示数为15mA；
（3）电路工作5min，R1产生的焦耳热是4.5J．
【解析】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R2支路的电流．
（1）因并联电路中各支路两端的电压相等，
所以，由I= 可得，电阻R1两端的电压：
U1=U2=I2R2=5×10﹣3A×300Ω=1.5V；
（2）通过R1的电流：
I1= = =0.01A=10mA，
因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，
所以，电流表A1的示数：
I=I1+I2=10mA+5mA=15mA；
（3）电路工作5min，R1产生的焦耳热：
Q1=I12R1t=（0.01A）2×150Ω×5×60s=4.5J．