培优 易错 难题焦耳定律的应用问题辅导专题训练及答案.docx
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培优易错难题焦耳定律的应用问题辅导专题训练及答案
一、初中物理焦耳定律的应用问题
1.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,则左侧U形管中液面高度差变小
C.将右边并联的两根5Ω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5Ω的电阻与两个5Ω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5Ω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Q=I2Rt可知,左边容器中的电阻产生的热量多,温度升得较快;因此通电一段时间后,左侧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5Ω,右侧的电阻为2.5Ω,则电路的总电阻为
R总=5Ω+2.5Ω=7.5Ω
R3发生断路后,电路中只有R1和R2串联,则总电阻为
R′总=5Ω+5Ω=10Ω
R3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5Ω的电阻丝都放入到容器内,右侧的电阻为2.5Ω,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,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。
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.有甲乙两台电暖器,甲的额定功率为1200W,乙的额定功率为800W,下列说法正确的是
A.甲实际消耗的的电能可能比乙少B.电流通过甲做的功一定比乙多
C.正常工作时,甲消耗电能比乙快D.电流通过甲和乙做功一样快
【答案】AC
【解析】
【详解】
AB.甲的功率大于乙的功率,只能说甲做功快,不能说电流通过甲做功多;当甲的工作时间远小于乙的工作时间时,甲消耗的电能可能比乙少,电流通过甲做的功可能比乙少,故A正确,B错误;
CD、甲的功率大于乙的功率,说明电流通过甲做功快,在相同的时间内,甲消耗电能多,故C正确,D错误。
4.如图是探究电流通过导体时产生热量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形管中液面的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.该实验装置是为了探究电流产生的热量与电流大小的关系
B.将左边容器中的电阻丝换成10Ω的,可以探究电流产生的热量与电阻的关系
C.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多少的
D.通电一段时间后,左侧电阻丝产生的热量比右侧电阻丝产生的热量多
【答案】AD
【解析】
【分析】
【详解】
A.装置中一个5Ω的电阻与两个5Ω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5Ω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,故A正确;
B.将左边容器中的电阻丝换成10Ω的电阻丝后,左右容器中的电阻和电流都不同,没有控制好变量,所以不能探究电流产生的热量与电阻的关系,故B错误;
C.该实验装置是利用U形管中空气的热胀冷缩来反应热的多少,虽然产生热量的多少不能直接观察,但可以通过U形管液面高度差的变化来反映,故C错误;
D.通过左边容器中的电阻丝的电流大,由Q=I2Rt可知,左边电阻丝产生的热量多,温度升得较快,故D正确。
故选AD。
5.电炉工作时,电炉丝很快变热但连接的电线却不怎么热,这是因为( )
A.电炉丝的电阻较大
B.电炉丝与导线是并联的
C.电炉丝的横截面大
D.通过电炉丝的电流较大
【答案】A
【解析】
【详解】
电炉丝横截面积小,电阻大,电炉子在使用时,电炉丝和导线串联,I电炉丝=I导线,通电时间t相同,由焦耳定律Q=I2Rt,R电炉丝>R导线,可知Q电炉丝>Q导线,从而出现电炉丝热得发红,而与电炉丝相连的导线却不怎么发热的现象。
故选A。
6.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。
7.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。
8.如图所示,物理课上李老师给电炉通电后,电炉丝热得发红,而用手触摸与之连接的导线却不觉得烫手。
这是因为
A.电炉丝的电阻比导线的电阻小
B.电流通过导线时没有产生热效应
C.导线中的电流比电炉丝中的电流小
D.导线消耗的电功率比电炉丝消耗的电功率小
【答案】D
【解析】
【详解】
根据焦耳定律
可以知道,当通电时间一样时,电阻大的,电功率大,其产生的热量多,由于电炉丝的电阻远大于与之相连导线的电阻,所以当电炉丝热得发红,而与之连接的导线却没有发热,故选D。
9.如图,电源电压保持不变,R1=10Ω,开关S闭合,S0拔至b时电压表的示数是拔至a时的三分之一,则R2=_____Ω;若电源电压为3V,当开关S0拔至b时,R1在10min内产生的热量是_____J。
【答案】2060
【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
因串联电路中各处的电流相等,所以,由I=
可得,两电阻的阻值之比
则R2的阻值
R2=2R1=2×10Ω=20Ω
[2]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I=
=0.1A
R1在10min内产生的热量
Q1=I2R1t=(0.1A)2×10Ω×600s=60J
10.在家庭电路中,导线相互连接处往往比别处更容易发热,甚至引起火灾,原因是连接处()
A.电流比别处大,产生的热量多
B.电流比别处小,产生的热量多
C.电阻比别处小,产生的热量多
D.电阻比别处大,产生的热量多
【答案】D
【解析】
【分析】
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,由焦耳定律可知电阻大的产生的热量越多,据此分析。
【详解】
在家庭电路中,导线相互连接处因接触不良,该处的电阻较大,在电流、通电时间相同时,产生的热量较多,往往比别处更容易发热,甚至引起火灾。
故选D。
11.如图所示,在四个相同水槽中盛有质量相等和温度相同的纯水,现将阻值为R1、R2的电阻丝(R1 A. B. C. D. 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】 由串并联电路特点可知,串联电路电阻越串越大,并联电路电阻越并越小;由电路图及已知R1<R2可知,图D中电路总电阻最小,四个电路电压相等,通电时间相等,Q= t可知,D产生的热量最多,水吸收的热量越多,水的温度最高,故选D。 【点评】 电路产生的热量越多,水吸收的热量越多,水的温度越高,由串并联电路的特点判断各电路的阻值大小、熟练应用电功公式是正确解题的关键. 12.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。 13.2019年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B.帕斯卡定律C.欧姆定律D.焦耳定律 【答案】D 【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。 14.一只电热水壶有两根电阻丝 、 ,其阻值 ,现把这只电热水壶接入照明电路中将一壶水加热至沸腾,则下列说法正确的是() A.只接入 所用时间最短 B.只接入 所用时间最短 C.两根电阻丝串联接入电路所用时间最短 D.两根电阻丝并联接入电路所用时间最短 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】 将一壶水加热至沸腾时,产生的热量相同,根据热量的公式 可知,电源电压不变,接入电路的电阻越小,产生相同热量的时间越少,并联电路中总电阻小于任何一个分电阻,两根电阻丝并联接入电路时,总电阻最小,加热时间最短。 故选D。 15.如图所示是一个玩具汽车上的控制电路,小明对其进行测量和研究发现: 电动机的线圈电阻为1Ω,保护电阻R为4Ω,当闭合开关S后,两电压表的示数分别为6V和2V,则() A.电路中的电流为4A,电源电压为6V B.电动机的功率为16W,它两端的电压为4V C.1min在电阻R上产生的热量是60J,电动机线圈产生的热量是120J D.电动机工作时将电能转化为机械能,若将儿阻R换成滑动变阻器,可调节电动机的转速 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】 由电路图中可知,电动机与保护电阻串联,电压表V1测量电源电压;电压表V2测量保护电阻R两端的电压 A.由题意可知,闭合开关后,电阻R两端的电压为2V,则通过电阻R的电流 因为串联电路电流处处相等,电路中的电流为0.5A,故A不符合题意; B.电压表V1测量电源电压,则结合题中数据可知,电源电压为6V,因为串联电路总电压电压各用电器电压之和,所以电动机的电压为 UM=U-UR=6V-2V=4V 电动机的功率为 PM=UMI=4V×0.5A=2W 故B不符合题意; C.1分钟在电阻R上产生的热量 Q=I2Rt=(0.5A)2×4Ω×60s=60J 1分钟电动机线圈产生的热量是 故C不符合题意; D.电动机工作时把电能转化成机械能,将电阻R换成滑动变阻器,可以调节电路中电流的大小,从而起到调节电动机转速的作用,故D符合题意。 故选D。 16.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. 17.两个定值电阻 并联在电路中,如图甲所示,通过它们的电流与其两端的电压关系如图乙所示。 闭合开关 ,经过相同的时间, 产生的热量之比为( ) A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 【分析】 本题考查热量的计算,应用并联电路的特点及I-U图象。 【详解】 由题可知R1、R2并联连接,结合图乙知,当U=3.0V时,通过R1、R2的电流分别为I1=0.6A,I2=0.2A,即通过两电阻的电流之比 I1: I2=0.6A: 0.2A=3: 1 由Q=UIt得,在相同的时间内,R1、R2产生的热量之比 Q1: Q2=UI1t: UI2t=I1: I2=0.6A: 0.2A=3: 1 故ACD不正确,B正确。 故选B。 18.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。 19.两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。 20.一个“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。
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