培优焦耳定律的应用问题辅导专题训练及详细答案.docx

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培优焦耳定律的应用问题辅导专题训练及详细答案

一、初中物理焦耳定律的应用问题

1．电动自行车有行驶工作、蓄电池充电两种状态，局部电路图如图所示，断开S后，充电插口可以外接充电器对电池进行充电，电动自行车行驶过程中，其电动机正常工作电压为48V，此时通过电动机线圈的电流为5A，电动机线圈的电阻是0.5Ω，下列说法正确的是（　　）

A．对蓄电池充电时，蓄电池相当于电路中的电源

B．电动自行车的电动机把电能全部转化为机械能

C．电动机正常工作1min，电流通过线圈所产生的热量为14400J

D．电动机正常工作1min，消耗的电能为14400J

【答案】D

【解析】

【分析】

【详解】

A．对蓄电池充电时，电能转化为化学能储存起来，则蓄电池相当于用电器，故A错误；

B．由于电动机会发热，则电动自行车的电动机把电能转化为机械能和内能，故B错误；

C．电动机正常工作1min，电流通过线圈所产生的热量为

Q=I2Rt=（5A）2×0.5Ω×60s=750J

故C错误；

D．电动机正常工作1min，消耗的电能为

W=UIt=48V×5A×60s=14400J

故D正确。

故选D。

2．小明将线圈电阻为4.84Ω的电动机接人220V的家庭电路中，关闭其它用电器，只让电动机工作时，观察到他家标有2000imp/（kW.h）的电能表3min内闪烁了100次，则电动机在这段时间内消耗的电能为________kW.h，电动机线圈产生________J的热量。

【答案】0.05

【解析】

【分析】

【详解】

[1]电动机在这段时间内消耗的电能为

[2]根据公式

可以求出电动机线圈的电流为

电动机线圈产生热量为

3．如图所示，灯泡L上标有“6V6W”字样（不计灯丝电阻的变化）。

电源电压6V且保持不变。

定值电阻

。

只闭合开关S1和S3，电阻R在100s产生的热量是________J；电路在工作状态下整个电路消耗的最小功率是________W。

【答案】900.78

【解析】

【详解】

[1]只闭合开关

和

，定值电阻R和灯泡L并联接在电路中，定值电阻R两端的电压

那么电阻R在100s产生的热量是

[2]电路在工作状态下整个电路消耗的功率最小，根据

可知，要求总电阻最大；灯泡L的电阻是

当电阻R与灯泡L串联在电路中时，此时电路中的电阻最大，只需要闭合开关S2，这种情况下电路消耗的最小功率是

4．两定值电阻RA和RB中的电流与其两端电压的关系如图所示，若将两电阻串联在电压为3V的电源两端，电路的总功率为________W，通电一段时间后，RA和RB产生的热量之比是________．

【答案】0.61：

2

【解析】

【分析】

【详解】

由图象知，

U=3V时，IA=0.6A，IB=0.3A，

根据

，电阻

，

，

两电阻串联时，电路总电阻

R=RA+RB=5Ω+10Ω=15Ω，

电路总功率

；

A、B两电阻串联流过它们的电流I相等，通电一段时间产生的热量之比

．

5．电烙铁和电风扇上都标有“220V60W”的字样，使它们分别在额定电压下工作相同的时间。

以下判断中正确的是

A．它们在工作时通过的电流一定相等

B．它们在工作过程中消耗的电能一定相等

C．它们在工作过程中产生的电热一定相等

D．它们在工作过程中的电功率一定相等

【答案】ABD

【解析】

【详解】

A．根据

得它们在额定电压下工作时通过的电流相等，故A正确；

B．根据

得它们在在额定电压下工作相同的时间消耗的电能相等，故B正确；

C．电烙铁工作时主要把电能转化为内能，电风扇工作时主要把电能转化为风能，所以它们在工作过程中产生的电热不相等，故C错误；

D．它们在额定电压下工作的电功率都等于60W，故D正确。

6．如图甲所示电路，电源电压保持不变，电流表量程为0~0.6A。

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；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10Ω时，小灯泡两端的电压恰好为2V。

则（　　）

A．电源电压为10V

B．小灯泡L的额定功率6W

C．只闭合开关S、S2，滑动变阻器的滑片移至a端时，1.5min电流通过R1产生的热量为64J

D．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

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10Ω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

故A不符合题意；

B．当闭合开关S、S1，滑动变阻器的滑片移至b端时，小灯泡恰好正常发光，此时滑动变阻器接入阻值为0Ω，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

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，由欧姆定律可求滑动变阻器最大阻值为

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

由于R1为纯电阻，则1.5min电流通过R1产生的热量为

故C符合题意；

D．由于电源电压不变，则由

可知，当电路阻值最大时，电路总功率最小，则闭合开关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

则此时电路总电阻为

则小灯泡此时电阻应为

RL实=Rmax-R1-R2max=120Ω-40Ω-50Ω=30Ω

此时小灯泡分得电压应为

UL实=IminRL实=0.1A×30Ω=3V

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。

7．下列用电器中，主要是利用电流热效应来工作的是

A．电风扇B．电视机

C．电饭锅D．LED灯

【答案】C

【解析】

【详解】

A．电风扇工作是电能主要转化为机械能，利用通电导体在磁场中受到力的作用，故A不符合题意；

B．电视机工作是电能主要转化为光能，故B不符合题意；

C．电饭锅工作是电能主要转化为内能，主要是利用电流热效应来工作，故C符合题意；

D．LED灯工作是电能主要转化为光能，故D不符合题意。

8．下列家用电器中，利用电流热效应工作的是

A．电冰箱B．电饭锅C．电视机D．电风扇

【答案】B

【解析】

【详解】

A．电冰箱的压缩机把电能转化为机械能，灯泡将电能转化为光能，故A不符合题意；

B．电饭锅把电能转化为内能，是利用电流热效应来工作的，故B符合题意；

C．电视机主要是把电能转化为光能和声能，没有利用电流热效应，故C不符合题意；

D．电风扇主要是把电能转化为机械能，不是利用电流热效应来工作，故D不符合题意。

9．如图所示的是探究灯泡灯丝的电阻特性的实验电路，所使用的器材有：

小灯泡L（额定电压2.5V，额定电流0.25A）、电压表V（量程15V，内阻未知）、电流表A（量程0.6A，内阻0.2Ω）、阻值为30Ω的定值电阻R0、滑动变阻器R、恒定电源（电压15V，内阻不计）、开关S、导线若干。

闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片到某一位置，当电流表的示数为0.55A时，小灯泡L正好正常发光。

（1）小灯泡L正常发光时的电阻是多少？

（2）此时电压表的示数是多少？

（3）通电1min，电流表A消耗的电能是多少？

【答案】

（1）10Ω；

（2）6.5V；（3）3.63J

【解析】

【分析】

【详解】

（1）小灯泡L正常发光时的电阻是

（2）由图像可知电压表与灯L串联后与定值电阻R0并联，小灯泡L正好正常发光，则电压表与灯L串联支路的电流为0.25A，由并联分流可知，定值电阻R0的电流为

0.55A-0.25A=0.3A

则两支路的路端电压为

由串联分压可知电压表的示数为

9V-2.5V=6.5V

（3）通电1min，电流表A消耗的电能是

答：

（1）小灯泡L正常发光时的电阻是10Ω；

（2）电压表的示数为6.5V；

（3）通电1min，电流表A消耗的电能是3.63J。

10．一个“220V300W"的电热杯，一个“220V300W”的煮蛋器，一台“220V300W"的小型洗衣机，分别接在220V的电压下，则相同时间内它们产生的热量

A．小型洗衣机最少B．电热杯最少

C．煮蛋器最少D．一样多

【答案】A

【解析】

【详解】

由题意可知，三种仪器的额定功率相同，但小型洗衣机主要将电能转化为机械能；而电热杯、煮蛋器将电能全部转化为内能，故小型洗衣机产生热量最少，故选A。

11．如下图所示，当滑动变阻器的滑片P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（）

A．20.5minB．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

得，产生热量Q所用时间为

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

产生热量等于消耗电能，则可由

得，产生热量Q所用时间为

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

产生热量等于消耗电能，则可由

得，产生热量Q所用时间为

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．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（）

A．6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

，现在的电压为3U，电阻为0.5R，通电时间为t，电流产生的热量为Q′：

；

故C正确。

13．从产品说明书得知，一台“6V3W”的迷你型小风扇，电动机线圈阻值为0.1Ω。

当小风扇正常工作时，则下列说法中正确的

A．小风扇1min消耗的电能为18J

B．小风扇1min将180J电能转化成机械能

C．电动机线圈1min产生的热量为1.5J

D．电动机线圈1min产生的热量为15J

【答案】C

【解析】

【详解】

A．由

得，小风扇1min消耗的电能为：

；

故A项错误；

BCD．由

得，电路中线圈的电流为：

；

电路中通过线圈的电流为产生的热量为：

；

所以小风扇1min内电能转化成的机械能小于180J；故BD项错误；C项正确。

14．将阻值为40Ω的电阻丝接在电源两端，通电10min，电流产生的热量是1.5×103J；若将阻值为10Ω的电阻丝接入同一电源的两端，通电20min，电流产生的热量是（　　）

A．1.2×104JB．3.75×102J

C．7.5×102JD．6.0×103J

【答案】A

【解析】

【详解】

将阻值10Ω的电阻丝接入同一电源两端，电源电压一定，设为U，

由

可得：

40Ω电阻丝产生的热量

，

10Ω电阻丝产生的热量

，

则

，

即

，故A正确为答案．

15．如右图所示，两透明容器中密封着等质量的空气，通电t秒后（两容器都不向外放热），下列说法正确的是（）

A．两容器中电阻产生的热量相同

B．右边容器中空气的温度是左边容器中空气温度的两倍

C．右边容器中空气温度的变化量是左边容器中空气温度变化量的两倍

D．右边容器中空气温度的变化量是左边容器中空气温度变化量的四倍

【答案】C

【解析】

【分析】

根据焦耳定律

判断两容器中电阻产生热量的多少，产生的热量越多，空气吸收热量越多，U形管中液柱越高；电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但液体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映，体现的是转换思想。

【详解】

A．由图示可知，两个电阻丝是串联的，电流相同，电阻不同，所以相等的时间内产生的热量是不相同的，故A错；

BCD．右边容器中的电阻是左边容器电阻的二倍，所以右边容器中产生的热量是左边容器产生热的二倍，由于两个器中空气的质量相同，故可得右边容器中空气温度的变化量是左边容器中空气温度变化量的两倍，故C正确、BD错误。

应选C。

16．一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V，线圈电阻为2

，线圈中电流为10A。

这台电动机正常工作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=72200J，Q=200J

D．W=72200J，Q=3800J

【答案】A

【解析】

【详解】

电动机正常工作1s消耗的电能：

W=UIt=380V×10A×1s=3800J，

电动机正常工作1s产生的热量：

Q=I2Rt=（10A）2×2Ω×1s=200J，

故选A。

17．两根导线的电阻之比是3:

4，通过的电流之比是4:

3，在相同时间内两根导线中产生的热量之比为（）

A．1:

1B．4:

3

C．3:

4D．16:

9

【答案】B

【解析】

【分析】

【详解】

由题意可知

，

，

由Q＝I2Rt可得，在相同时间内产生的热量之比

故选B。

18．小明同学在活动课上表演了一个小魔术：

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B．b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

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。

19．如图所示电路，电源电压恒为6V，定值电阻R1为10Ω，滑动变阻器R2的规格为“20Ω0.5A”，电压表量程为0~3V，电流表量程为0~0.6A。

则（　　）

A．电压表测量的是电阻R1两端的电压

B．当变阻器R2的滑片P向左移动时，电压表的示数变小

C．为了保证电路中各元件安全工作，变阻器R2接入电路的阻值范围是2~10Ω

D．当变阻器R2接入电路中的阻值是8Ω时，通电1min电阻R1产生的热量是53.3J

【答案】C

【解析】

【分析】

（1）根据电压表的正确使用判断所测的电路元件；

（2）由电路图可知，R1与R2串联，电压表测R2两端的电压，电流表测电路中的电流，根据滑片的移动可知接入电路中电阻的变化，根据欧姆定律可知电路中电流的变化和R1两端的电压变化，根据串联电路的电压特点可知电压表的示数变化；

（3）比较滑动变阻器允许通过的最大电流和电流表的量程确定电路中的最大电流，此时变阻器接入电路中的电阻最小，根据欧姆定律求出电路中的总电阻，利用电阻的串联求出变阻器接入电路中的最小阻值；当电压表的示数最大时，滑动变阻器接入电路中的电阻最大，根据串联电路的电压特点求出R1两端的电压，根据串联电路的电流特点和欧姆定律得出等式即可求出变阻器接入电路中最大阻值，从而得出答案；

（4）当变阻器R2接入电路中的阻值是8Ω时，根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的电流，根据

求出1min电阻R1产生的热量。

【详解】

A．由电路图可知，R1与R2串联，电压表测R2两端的电压，电流表测电路中的电流，故A错误；

B．由电路图可知，滑动变阻器滑片右侧接入电路，当变阻器R2的滑片P像左移动时，接入电路的电阻增加，电压表的示数变大，故B错误；

C．因为滑动变阻器R2的规格为“20Ω0.5A”，所以接入滑动变阻器的最大电流是0.5A，电路的最小电阻是

滑动变阻器接入电路中的最小电阻

当电压表的最大测量值为3V时，滑动变阻器接入的电阻最大，为10Ω，故C正确；

D．当变阻器R2接人电路中的阻值是8Ω时，电路的总电阻

此时电路中的电流

通电1min电阻R1产生的热量

故D错误。

故选C。

20．如图是科技小组为养鸡场设计的调控光照和室温设备的电路图。

此设备的作用是，夜晚对鸡舍内加温，同时增大光照量，白天只进行适当保温，不进行灯光照射，可增大鸡的产蛋量。

电路图中R1、R2，是电热丝，L为照明灯泡（L的电阻不随温度变化），

。

S1、S2，同时断开或闭合，以实现白天和夜晚的用电要求。

开关S闭合时，下列说法错误（　　）

A．S1、S2同时断开时，设备运行处于白天用电状态

B．S1、S2同时闭合时，设备运行处于夜晚用电状态

C．S1、S2同时断开时，在相同时间内和产生的热量之比为2∶1

D．S1、S2同时闭合时，若电流表示数为6A，则的实际功率为880W

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】

S闭合，S1、S2同时断开时，R1、R2组成串联电路，灯泡L断路不发光，且电路中的电阻最大，由公式

可知，此时电路中的电功率最小，为保温状态，所以是白天在相同时间内R1、R2产生的热量之比

开关S、S1、S2同时处于闭合状态，R2被短路，R1和灯泡L组成并联电路，灯泡L发光，且电路中的电阻最小，由公式

可知，此时电路中的电功率最大，为加热状态，所以是晚上，因为

，所以

所以

因为R1=6A

所以

I1=4A

I2=2A

因为

所以

故选C。