中考物理 焦耳定律的应用问题 综合题附详细答案
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一、初中物理焦耳定律的应用问题
1．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2QIRtPt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。
2．从产品说明书得知，一台“6 V 3 W”的迷你型小风扇，电动机线圈阻值0.1Ω，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
3W0.5A6VPIU
电路中通过线圈的电流为产生的热量为
Q=I2Rt=(0.5A) 2×0.1Ω×2×60s=3J
3．如图所示当甲电路中的开关S闭合时，两个电压表所选量程不同，测量时的指针位置均为如图乙所示，则电阻R1两端的电压为______V，R1∶R2=______，当电阻R1、R2并联在电路中时，在相同的时间内电流通过R1、R2所产生的热量之比Q1∶Q2=_______。
【答案】10 4：1 1：4
【解析】
【详解】
[1][2]从图甲可以看到，开关S闭合时，电压表V1测的是电源电压，示数较大，电压表V2测的是R2两端的电压，示数较小，因为测量时的指针位置均为如图乙所示，那么电压表V1的量程应该是0到15V，它的读数是12.5V，电压表V2的量程应该是0到3V，它的读数是2.5V，根据串联电路电压规律可知，电阻R1两端的电压为
12-12.5V-2.5V10VUUU
电阻R1大小是
1110VURII
电阻R2大小是
222.5VURII
那么
1210V2.5V41RRII：：：
[3]当电阻R1、R2并联在电路中时，R1、R2两端的电压是相同的，在相同的时间内电流通过R1、R2所产生的热量之比是
22122112121114UUQQttRRRRRR：：：：：
4．电动机是将电能转化成机械能的机器，但由于线圈内部有电阻，所以同时还有一部分电能转化成内能。若一台玩具电动机接在6V的电源两端，使其正常转动时，通过电动机中的电流为0.3A；短暂地卡住电动机转轴，使其不能转动，通过电动机中的电流为3A。则这台电动机线圈的电阻为______Ω，正常转动时的效率是_____。
【答案】2 90%
【解析】
【分析】
【详解】
[1]电动机转轴卡住时电流为3A，故电动机线圈电阻为
R=UI=6V3A=2Ω [2]设电动机正常运转时，在t时间内消耗的电能为
W=UIt=6V×0.3A×t
在t时间产生的热量为
Q=I2Rt=(0.3A)2×2Ω×t
电动机正常运转时的效率
η=WW有总=-WQW=26V0.3A-0.3A2Ω6V0.3Attt=90%
5．电阻A和B连接在某一电路，通过它们的电流与其两端电压的关系如图所示。由图中信息可知（ ）
A．电阻A的阻值为5Ω
B．当通过电阻B的电流为0A时，电阻B的阻值为0Ω
C．当电阻A、B串联在电压为3V的电源两端时，它们的电功率之比为AB:1:2PP
D．当电阻A、B并联在电压为3V的电源两端时，5min它们产生的电热之比:2:1ABQQ
【答案】ACD
【解析】
【分析】
本题考查串联、并联电路的特点，电功率的计算，电热的计算，应用I-U图象和欧姆定律解题。
【详解】
A．由图象可知，电阻A、B的I-U图象是倾斜的直线，则两个都是定值电阻，当A两端的电压为3V时，通过它的电流为0.6A，那么A的电阻
35Ω0.6UVRIA
故A符合题意；
B．导体的电阻是其本身的一种性质，其两端有无电压，不会影响其电阻的大小，故B不符合题意；
C．由图象可知，电阻A、B串联，电源电压为3V时，通过电路的电流应该是0.2A，此时A、B两端的电压分别为1.0V和2.0V，根据P=UI得，各电阻的电功率之比为
PA:PB=UA:UB=1.0V:2.0V=1:2
故C符合题意； D．当电阻A、B并联在电压为3V的电源两端时，由图象可知，通过两电阻的电流分别为0.6A和0.3A，根据Q=UIt得，在5min内，两电阻产生的电热之比
QA:QB=IA:IB=0.6A:0.3A=2:1
故D符合题意。
故选ACD。
6．如图是养鸡场冬季用来调控光照和室温设备的原理电路图．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．R1：R2：RL=1：2：2，S1、S2可以同时断开或闭合，以实现白天和夜晚的用电要求．开关S闭合（ ）
A．S1、S2同时断开时，设备运行处于白天用电状态
B．S1、S2也同时闭合时，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R1和R2产生的热量之比为2：1
D．S1、S2也同时闭合时，若电流表示数为6A，则R1的实际功率为880W
【答案】ABD
【解析】
S闭合，S1 、S2 断开时，R1 和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P=U2/R可知，此时电路中的电功率最小，为保温状态，所以是白天，故A正确；
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P=U2/R可知，此时电路中的电功率最大，为加热状态，所以是晚上；故B正确；
S闭合，S1 、S2 断开时，R1 和R2 串联，Q1 ：Q2 =I2 R1 t：I2R2 t=R1 ：R2 =1：2，故C错；
开关S、S1 、S2 都处于闭合状态时，R2 被短路，R1 和灯泡L组成并联电路；∵I=U/R，R1 ：RL =1：2，∴I1 ：IL =RL ：R1 =2：1，∵I=6A，∴I1 =4A，IL =2A，∵UL =U1
=U=220V，∴P1 =U1 I1 =220V×4A=880W，故D正确；
故选ABD．
7．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
1114V==400.1AIRU
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
L12=2V+0.2A40+0.2A10=12VUUUU
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
12V0.5A=6WPUI额额额
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
2max2max210V=500.2AURI 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
1112404812V=V40509RUURR
由于R1为纯电阻，则1.5min电流通过R1产生的热量为
2211148V91.560s=64J40UWtR
故C符合题意；
D．由于电源电压不变，则由2UPR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
minmin1.2W=0.1A12VPIU
则此时电路总电阻为
maxmin12V=1200.1AURI
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=Imin RL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。
8．如图甲所示电路，电源电压保持不变，闭合开关S，滑动变阻器R'的滑片P在a点时，电流表示数为0.5A，将滑片P从a点移动到最右端的过程中，通过滑动变阻器的电流随电阻变化图像如图乙所示，则下列选项正确的是（ ）
A．电源电压为5V
B．R的阻值为15Ω
C．10s内定值电阻R产生的电热为9J
D．若无论怎样移动滑片，电流表有示数且保持不变，则一定是R'断路
【答案】B
