全国中考物理焦耳定律的应用问题的综合中考模拟和真题分类汇总含答案解析.docx
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全国中考物理焦耳定律的应用问题的综合中考模拟和真题分类汇总含答案解析
一、初中物理焦耳定律的应用问题
1.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。
2.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
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】104:
11:
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
电阻R1大小是
电阻R2大小是
那么
[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
4.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
5.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】290%
【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=
=
=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=
=
=
=90%
6.有两个灯泡L1、L2,L1标有“6V、3W”字样,L2没有标记,实验测得L2的电阻为6Ω。
将L1、L2串联接在某一电路中,两灯L1、L2均能正常发光(忽略温度对电阻的影响),下列计算结果正确的是( )
A.该电路两端的总电压为9V
B.灯L2的额定功率为3W
C.相同时间内,灯L1、L2消耗的电能之比W1﹕W2=1﹕1
D.相同时间内,灯L1、L2产生的热量之比Q1﹕Q2=2﹕1
【答案】AD
【解析】
【详解】
A.接入电路后正常发光,则电路中电流
,
则L2两端电压
,
则总电压
,
A正确;
B.根据题意可知,L2的功率为
,
B错误;
C.根据
可知,在相同时间内消耗电能之比等于功率之比为2:
1,C错误;
D.灯泡产生的热量等于消耗的电能,因此产生的热量之比为2:
1,D正确。
7.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
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
【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
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。
8.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。
9.小刚用如图甲所示电路来探究电流与电压的关系,闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P从a端移至b端,电流表和电压表的示数变化关系如图乙所示,由图象可知定值电阻R1的阻值是____Ω.实验时,电源电压保持5V不变,当滑片P位于a端时,由图象可得滑动变阻器消耗的电功率是_____W.此时,电阻R1在10min内产生的热量为_____J.
【答案】100.460
【解析】
【分析】
【详解】
当P在b端时R2=0Ω,此时电压示数和电流示数最大,且均为R1的数据,所以R1的阻值为:
R1=
=10Ω.当滑动变阻器的滑片移到a端时,R2两端电压U2=U总-U1=5V-1V=4V,由图象知,当R1的电压是1V时,电流为0.1A,根据串联电路的电流处处相等,∴I2=I1=0.1A,∴P2=U2I2=4V×0.1A=0.4W,Q1=W1=U1It=1V×0.1A×600s=60J。
10.如图所示是“探究在通电时间一定时,电流产生热量与哪些因素有关"的实验装置。
下列关于此实验的一些描述,正确的是
A.在甲图中,探究的是电流产生热量与电阻的关系
B.在乙图中,探究的是电流产生热量与电阻的关系
C.在甲图中,闭合开关一段时间后a容器连接的U型管液面高度差更明显
D.在乙图中,可得到结论:
相同时间内,电流越大,容器内空气吸收热量越少
【答案】A
【解析】
【详解】
A.在甲图中,两个电阻串联,电流相等,电阻阻值不同,所以探究的是电流产生热量与电阻的关系,故A正确;
B.在乙图中,两个电阻阻值相同,电流不同,所以探究的是电流产生热量与电流的关系,故B错误;
C.在甲图中,a容器中的阻值小于b容器中阻值,串联电路电流相同,由焦耳定律可知闭合开关一段时间后a容器内产生的热量小于b容器内,因此b容器内连接的U型管液面高度差更明显,故C错误;
D.在乙图中,探究的是电流产生热量与电流的关系,可得到结论是相同时间内,电流越大,容器内空气吸收热量越多,故D错误。
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.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。
13.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。
14.如图所示,是研究电流热效应的部分实验电路,甲电阻丝的阻值大于乙电阻丝的阻值。
比较通电后两根电阻丝各自两端的电压U甲、U乙以及它们在相同时间内分别产生的热量Q甲、Q乙的大小,下面关系中正确的是( )
A.U甲>U乙,Q甲>Q乙B.U甲<U乙,Q甲<Q乙
C.U甲<U乙,Q甲>Q乙D.U甲=U乙,Q甲=Q乙
【答案】A
【解析】
【详解】
从图中可以看到,这两个灯泡是串联的,流过的电流大小相等,甲电阻丝的阻值大于乙电阻丝的阻值,根据
可知,
;根据
可知,时间相同,流过的电流大小相同,甲电阻丝的阻值大于乙电阻丝的阻值,那么
。
故选A。
15.如图甲图是小灯泡L和电阻R2的I-U图象。
将小灯泡L、电阻R1和R2接入乙图所示电路中,电源电压恒定不变,只闭合开关S1时,电流表示数为0.8A;只闭合开关S3时,小灯泡L的实际功率为1.2W。
下列说法正确的是()
A.只闭合开关S3时,小灯泡的电阻为5Ω
B.只闭合开关S1时,电路总功率为9.6W
C.R1的电阻为5Ω
D.所有开关都闭合,在15s内电路中产生的总热量为3200J
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
由图知,电阻
为定值电阻,其阻值为
只闭合开关S1时,电阻
与灯L串联,电流表测的是整个电路的电流,由甲图知,当
时,灯两端的电压为
,由此可得电源电压
①
当只闭合开关S3时,电阻
与灯L串联,灯消耗的实际功率为1.2W,图甲知,当
时,
,灯消耗的功率为
两端的电压为
根据串联电路电压的特点,可知电源电压为
A.当只闭合开关S3时,根据欧姆定律可得
,可得此时灯L的电阻为
故A错误;
B.只闭合开关S1时,电路中消耗的总功率为
故B错误;
C.将U值代入①得
解得
D.所有开关都闭合时,R1和R2并联,灯被短路,在15s内电路中产生的总热量为
故D错误。
故选C。
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.根据以下新闻信息,下列选项正确的是
材料和测试>行业动态>新闻正文
石墨烯也能变成绝缘体?
会产生什么样颠覆性影响?
发布者:
甄可信时间:
2019/5/2013:
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9527
石墨烯又称单层墨,仅由一层碳原子组成,石墨烯是目前世界上最薄最坚硬的纳米材料,它的熔点超过3000℃,它具有优良的导热性,而且由于它特殊的电子结构,电阻会随着光照程度改变,在功能上比硅覆盖面更广更优秀,有可能代替硅成为新的半导体材料,近些年来科学家一直致力于挖掘石墨烯更多隐藏的性质,近日英国曼斯特大学的科学家们在《NATURE》上撰文,描述了他们用两块硝酸硼和两块石墨烯组装成一个“巨无霸汉堡”,这是科学家们首次将一般为半导体的石墨烯变成绝缘体……
A.石墨烯将来可以顶替硅制作光敏电阻
B.石墨烯所制作的半导体导电性好,电阻可以为零
C.电热丝如果用硝酸硼和石墨烯组装而成的绝缘体材料制作,能产生更多的热量
D.因为石墨烯有优良的导热性,所以石墨烯适合用来制成保温隔热材料
【答案】A
【解析】
【详解】
A.由文章内容可得,石墨烯电阻会随着光照强度改变,因此可以顶替硅制作光敏电阻,故A选项正确;
B.半导体材料是指其导电性能会随外界条件改变而改变,电阻并不可以为零,故B选项错误;
C.用绝缘材料制作电阻丝,通过电流极小,根据公式
可知,无法产生很大的热量;故C选项错误;
D.石墨烯有良好的导热性,因此热量容易散失,不适合用来制作保温隔热材料,故D选项错误。
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.以下原理与应用上下对应正确的是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A.原理为电磁感应原理;扬声器是利用通电导体在磁场中受力的作用,故A错误;
B.原理为通电导体在磁场中受力的作用;麦克风是利用电磁感应原理,故B错误;
C.原理为电流的磁效应即电流周围存在磁场;电铃是利用电流的磁效应,使电磁铁吸引衔铁击打铃盖发出声音,故C正确;
D.原理为电流的热效应,电流做功将电能转化为内能;电风扇是利用电流做功将电能转化为机械能,故D错误。
故选C。
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- 全国 中考 物理 焦耳 定律 应用 问题 综合 模拟 分类 汇总 答案 解析