2020-2021中考物理 焦耳定律的应用问题综合试题含答案
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一、初中物理焦耳定律的应用问题
1．新的国家标准对延长线插座配用的导线横截面积要求做了修改，额定电流16A的延长线插座，导线最小横截面积由1mm 2提升到1.5mm 2。这样做的目的是
A．增大导线的电阻 B．减小通过导线的电流
C．增大导线上的电压 D．减小导线的发热功率
【答案】D
【解析】
【详解】
当材料、长度相同时导体的电阻跟横截面积成反比，将导线最小横截面积由1mm 2提升到1.5mm 2，从而减小导线的电阻，根据焦耳定律2QIRt知道，当通电时间一定时，电阻越小，导体产生的热量越少，因此这样做可以减小导线发热的功率，故选D。
2．有许多重大火灾都是因用电线路连接处接触不良所造成的，当线路连接处接触不良时，该处的电阻将_____（减小／增大／不变），在该接触处就会局部过热引起升温，接触处的电阻又将随着温度的升高而_____（减小／增大／不变），从而形成电热的逐步积累和恶性循环，以致引发火灾．
【答案】增大 增大
【解析】
【分析】
【详解】
当线路连接处接触不良时，该处的电阻会增大；利用焦耳定律分析接触处局部过热，而金属电阻的阻值随温度升高而增大，据此分析．电路连接处与原来相比，由于接触不好，电流通过时受到的阻碍作用增大，因此电阻增大；连接处相对于其他地方电阻增大，根据焦耳定律Q=I2Rt，在电流相同、时间相同的情况下产生了更多的热量，因此导致局部温度升高，而金属导线的电阻随温度的升高而增大，电阻增大，产生的热量更多，温度升得更高，以致恶性循环引发火灾．
3．一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2Ω，则这台电动机1min内产生的热量是______J，这台电动机的效率是______．
【答案】1.2×104 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内产生的热量：
Q=I2Rt=（10A）2×2Ω×60s=1.2×104J；
（2）电动机的电功率：
P总=UI=220V×10A=2200W，
线圈消耗的功率：
P圈=I2R=（10A）2×2Ω=200W，
输出功率：
P出=P总-P圈=2200W-200W=2000W，
这台电动机的效率：
η= P出/ P总=2000W/2200W=90.9%．
4．家用电吹风的简化电路如图所示，主要技术参数如表。则该电吹风正常工作吹热风时，电热丝的阻值是___________Ω，正常工作吹热风5min电热丝产生的热量是___________J。
【答案】55 2.64×105
【解析】
【详解】
(1)[1]由表格数据可知，电吹风吹冷风时的功率，即电动机的功率为120W，由图知，电吹风正常工作且吹热风时，电动机和电热丝并联，因电路的总功率等于各用电器功率之和，所以电热丝的功率：
1000W120W880WMPPP电热丝热；
并联电路中各支路两端的电压相等，由2UPR可得电热丝的电阻：
22220V55880WURP电热丝电热丝；
[2]电吹风正常工作且吹热风时，5分钟内电流通过电热丝产生的热量：
5880W5602.6410JRQWPts。
5．如图所示，灯泡L上标有“6 V 6 W”字样(不计灯丝电阻的变化)。电源电压6 V且保持不变。定值电阻40ΩR。只闭合开关S1和S3，电阻R在100 s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】90 0.78
【解析】
【详解】
[1]只闭合开关1S和3S，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
R6VUU
那么电阻R在100 s产生的热量是
22R6V100s90J40ΩUQtR
[2]电路在工作状态下整个电路消耗的功率最小，根据2UPR可知，要求总电阻最大；灯泡L的电阻是
22LLL6V6Ω6WURP
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
222L6V0.78W40Ω6ΩUUPRRR总
6．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%
7．下列关于物理中常见电现象和磁现象的说法中一定正确的是（ ）
A．两个轻质小球放在一起时相互排斥，则两球一定带同种电荷
B．一个开关能同时控制两盏灯，则这两盏灯一定是串联的
C．两盏白炽灯串联通电发光，则更亮一点的电阻一定更大
D．电功率相同的电热水壶和电风扇工作相同的时间，发热一定相等
【答案】AC
【解析】
【分析】
【详解】
A．据“同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引”知，两个轻抚小球放在一起相互排斥，则两球一定带同种电荷，故A正确；
B．一个开关同时控制两盏灯，则这两盏灯可能是串联，也有可能是并联，因为两灯并联，开关在干路，则可同时控制两盏灯，故B错误；
C．串联电路中，通过两盏灯的电流相等，据P=I2R得，电阻越大，实际功率越大，则亮度越亮，故C正确；
D．电功率相同的电热水壶和电风扇在额定电压下工作相同时间，消耗的电能相等，但发热是电热水壶的大于电风扇的。因为电热水壶基本将所有的电能上转化为内能，而电风扇将大部分电能转化为机械能，小部分电能转化为内能。故D错误。
故选AC。
8．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。
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
2.5V=10Ω0.25AURI额额额
(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
000=0.3A30Ω=9VUIR
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
22A0.55A0.2Ω60s=3.63JQIRt
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．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。
11．如图，电源电压不变，1R、2R是两个相同的电阻，当闭合开关1S，断开2S、3S，通电10min，电路产生的热量为Q；同时闭合2S、3S，断开1S，若要产生相同的热量Q，则通电时间为（ ）
A．2.5min B．10min C．20min D．40min
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】
由题可知，R1、R2是两个相同的电阻，设
R1=R2=R
由图可知，当闭合开关S1，断开S2、S3时，两电阻串联，总电阻为2R，电源电压不变，由焦耳定律可得，通电10min电路产生热量
Q=22UR×10×60s
闭合S2、S3，断开S1时两电阻并联，总电阻为2R，产生相同热量，则
Q=22UR×t=22UR×t
