2023年中考物理专项训练——焦耳定律的计算

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2023年中考物理专项训练——焦耳定律的计算
一、计算题
1．如图所示，电源电压U保持不变，电阻R1的阻值为10Ω。闭合开关S1和S2时，电流表的示数I1为0.6A，通电10s电路产生的热量为Q；只闭合开关S1时，电流表的示数I2为0.2A，电路消耗的总电功率为P。求：

（1）通电10s电路产生的热量为Q；
（2）电路消耗的总电功率P。





2．如图所示，电源电压恒为12V，R为电阻箱。闭合开关S，调节电阻箱使其阻值为10Ω时，电流表示数为0.6A，灯泡正常发光；再将电阻箱阻值调为20Ω时，电流表示数为0.5A。求：

（1）小灯泡正常发光时的电阻；
（2）电阻箱阻值调为20Ω时，灯泡消耗的功率为多少?
（3）电阻箱阻值调为20Ω时，1min内电阻箱上产生的热量是多少?





3．如图甲所示，电源电压恒定不变，滑动变阻器R1的最大阻值是40Ω，小灯泡的额定电压为6V，它的电流随电压变化的图象如图乙所示．

（1）当只闭合开关S1时，将滑动变阻器R1的滑片调到中点，此时小灯泡恰好正常发光，求电源电压和小灯泡的额定功率；
（2）当只闭合开关S2时，此时电流表的示数为0.4A，求电阻R2的阻值，小灯泡的实际功率；
（3）当只闭合开关S2时，通电1min，求电流通过电阻R2产生的热量。




4．如图所示电路中，电源电压为15V且保持不变，R1和R2为定值电阻，R1＝10Ω．闭合开关S1，断开开关S2，电流表示数I＝0.3A．求：

（1）10s内电阻R1上产生的电热；
（2）电阻R2的阻值；
（3）开关S1、S2都闭合时，电路的总功率。



5．在如图所示电路中，电源电压不变，R1＝10Ω，R2＝5Ω。

（1）当只闭合开关S2，断开S1、S3时，电流表的示数为0.4A，求电源电压；
（2）当闭合开关S1、S3，断开S2时，求通电10s内电阻R1产生的热量。




6．如图所示是一直流电动机提升重物的装置。电源电压U=24V保持不变，已知电动机线圈电阻为2Ω，开关闭合后，电动机匀速提升重物的重力为40N，此时，电流表读数为2A，电压表读数为6V，不计任何摩擦，求：

（1）1分钟内电动机产生的焦耳热；
（2）该装置消耗电能的总功率；
（3）该装置在2s钟内提升重物的高度。



7．图甲是具有高温、低温两挡的电热饭盒，电阻R1=200Ω，简化电路如图乙所示，R1、R2均是发热电阻，且R2的阻值是R1的4倍。求：

（1）高温档功率是多少？
（2）高温挡加热10min，不计热量损失，可以将2kg饭菜升高的温度是多少？[饭菜的比热容 取 3×103J/（kg·℃）]
（3）如果低温挡工作时的实际功率是40W，则实际电压是多少？




8．小文每天都复习功课到深夜，妈妈为她准备了有加热、保温两挡功能的电热杯垫，通过USB接口接到电脑上可以随时喝上热饮．杯垫内部简化电路如图所示，R1、R2为加热元件，USB接口的输出电压为5 V，R1电阻为10 Ω，只闭合开关S1时处于保温状态，S1、S2同时闭合处于加热状态．加热状态时，整个电路消耗的功率为7.5 W．求：

（1）杯垫保温时整个电路的电流是多少安？
（2）保温30 min时产生的热量是多少焦？
（3）加热状态时整个电路的电流是多少安？
（4）电阻R2的阻值是多少欧？








9．小明家里新买了一台空气炸锅，如图甲所示，它主要由电动机带动的电风扇和电热丝组成。工作时电加热丝将空气加热，利用高温空气来代替食用油，通过高功率的风扇，使高温空气在一个密闭空间内形成循环热流，通过热流使食物迅速变熟，“无油烹饪，更加健康”。
产品技术规格
频率
50Hz
风扇电动机功率
110W
额定电压
220V
电热丝功率
低温挡
660W
高温挡
1210W

（1）小明要利用这个空气炸锅炸薯片，他把0.5kg的薯片放入炸锅。工作10min，薯片由20℃升高到120℃。求薯片吸收的热量（假设薯片在加热的过程质量变化忽略不计，薯片的比热容不变，c＝2.4×103J/(kg℃)；
（2）这个空气炸锅有两个档，图乙是它的电路图，技术参数如表。则高温加热电阻的阻值是多少？
（3）电动机正常工作时通过线圈的电流是多少？
（4）电动机正常工作时其电阻为40Ω，电动机工作10min因发热消耗的电能是多少？




10．如图是一种电压力锅的简易原理图，A为密闭锅体，R1为加热电阻，其阻值为44Ω，L为指示灯，R2为保温电阻，S1为电源开关，S2为压力开关。闭合S1后，电流通过R1对电压力锅加热，当锅内气体压强达到设定值121kPa时，水开始沸腾，锅底向下移动，压力开关S2与触点a断开，并与b点接通，起到控压控温的目的，此保温电路的功率为100W。
t/℃
100
105
110
112
114
116
118
120
p/kPa
101
121
143
154
163
175
187
199

（1）电压力锅处于加热状态时通过R1的电流是多少？电压力锅加热10min，消耗的电能是多少？
（2）已知锅内水的质量为3kg，初温为25℃，水烧开过程吸收的热量是多少？[水的比热容：4.2×103J/（kg·℃），水的沸点t与气体压强p的关系如上表]






11．如图所示是某温控装置的简化电路图，工作电路由电压为220V的电源和阻值R=88Ω的电热丝组成；控制电路由电源、电磁铁（线圈电阻 =20Ω）、开关、滑动变阻器 （取值范围0~80Ω）和热敏电阻 组成； 阻值随温度变化的关系如下表所示，当控制电路电流 ≥50mA时，衔铁被吸合切断工作电路；当控制电路电流 ≤40mA时，衔铁被释放接通工作电路。

温度/℃
90
80
66
60
50
46
40
36
35
34
/Ω
10
20
40
50
70
80
100
120
130
150
（1）工作电路正常工作时，产生的热量是多少？
（2）当温度为60℃，滑动变阻器 =50Ω时，衔铁恰好被吸合，控制电路的电源电压是多少？
（3）若控制电路电源电压不变，此装置可控制的温度最大范围是多少？
（4）要想要该装置所控制的最高温度降低一些，请分析说明如何改变 的阻值。




12．某同学现有两块质量均为10g铁片和某合金片，测得两者的初始温度均为20℃。
（1）他先用力快速地将铁片反复弯折若干次，测得其温度为40℃。然后又以同样的方式将合金片弯折相同的次数，测得其温度为45℃，则该合金片的比热容为多大?[不计热量损失，c铁=0.5×103J/(kg℃)]
（2）冷却到20℃后，接着他又将两金属片串联，接在电压为6V的电源两端，通电50s后，测得铁片和合金片的温度分别为40℃和70℃，不计热量损失，则两金属片的电阻分别为多大?





13．如图甲所示电路，电源电压恒为4.5 V，闭合开关S后，滑片P由右向左滑动，因滑动变阻器某处发生断路，滑片P向左移动一段距离后电流表才有读数，当电流表开始有读数时，才闭合开关S1，此时电压表的示数为2.5 V。电流表读数I与滑片P滑动距离x的关系如图乙所示。求：

（1）当电流表开始有读数时，R1接入电路的阻值；
（2）当滑片P移到x＝2 cm处时，电阻R0在10 s内产生的热量；
（3）当滑片P移到x＝6 cm处时，R1消耗的电功率；
（4）电压表的量程为“0～3 V”，电流表的量程为“0～0.6 A”。若R1未断路，且其最大阻值为30 Ω，为保护电路安全，R0电功率的变化范围。





14．某品牌电热扇工作原理如图所示。S1为双触点开关，1、2、3、4为开关触点，通过旋转开关S1，可实现加热功能的“空档”“低温档”和“高温档”之间的切换；电动机工作时可使电热扇往复转动。 和 均为电热丝，阻值不受温度影响， 。电热扇部分参数如表所示。

额定电压
220V
高温档加热功率
1650W
电动机功率
44W
电动机线圈电阻
6Ω
（1）请画出电热扇处于低温档且不转动时的等效电路图，并计算此时电路正常工作消耗的总功率。
（2）求 的阻值。
（3）若电动机正常工作10min，内部线圈产生的热量为多少？








15．如图，是一款各位奶爸奶妈的必备电器暖奶器，其铭牌如下表，它有着高温消毒中温加热和低档保温的功能。其等效电路结构如下图，已知：电源电压为36V，R1和R2为发热电阻，R3是规格为“20Ω 5A”的滑动变阻器。S闭合，S1，S2均断开时，电器处于低温挡，移动滑片，可以手动调节低温挡的加热功率；S、S1闭合，R3均没有接入电路时，通过控制S2的通断，可以使电器处于高温挡或中温挡。
产品名称
暖奶器
额定电压
36V
额定容量
两个奶瓶
额定功率
高温挡
280W
中温挡
180W
低温挡
？
求：

（1）当S、S1、S2闭合时，该暖奶器选用　 　档工作（选填“高温”、“中温”或“低温”）。
（2）电器以中温挡工作了5min，求此时电路中的电流大小？以及发热电阻产生的热量？
（3）R2的电阻大小？
（4）电压表的量程为“0~24V”，电流表量程为“0~3A”，在不损坏电路元件的前提下，低温挡手动调节时R1的加热功率范围？

答案解析部分
1．（1）解：闭合开关S1和S2时，电路中只有R1接入电路，通电10s电路产生的热量为
答：通电10s电路产生的热量为36J。
（2）解：电源电压为
闭合开关S1时，电路消耗的总电功率为
答：电路消耗的总电功率为1.2W。
2．（1）根据电阻箱的阻值和电流计算分压为U1=I1R1=0.6A×10Ω=6V，则灯泡的电压为UL=12V-6V=6V，灯泡的电阻为；
（2）当电阻箱为20Ω时，分压为U2=I2R2=0.5A×20Ω=10V，灯泡分压为U'=12V-10V=2V，灯泡的电功率为P=U'I2=2V×0.5A=1W；
（3）当电阻箱阻值为20Ω时，产生的热量为。
3．（1）解：当只闭合开关S1时，将滑动变阻器R1的滑片调到中点，灯泡与滑动变阻器 串联，因串联电路中各处的电流相等，且此时小灯泡恰好正常发光，所以，由图乙可知，灯泡正常发光时电路中的电流I=IL=0.5A
R1两端的电压
因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，电源的电压U=UL+U1=6V+10V=16V
灯泡的额定功率PL=ULIL=6V×0.5A=3W
答：电源电压是16V，小灯泡的额定功率是3W；
（2）当只闭合开关S2时，灯泡与R2串联，电流表测电路中的电流，即I′=0.4A，由图乙可知，此时灯泡两端的电压UL′=4V，此时R2两端的电压U2=U﹣UL′=16V﹣4V=12V
电阻R2的阻值
小灯泡的实际功率PL′=UL′I′=4V×0.4A=1.6W
答：电阻R2的阻值是30Ω，小灯泡的实际功率是1.6W；
（3）当只闭合开关S2时，通电1min电流通过电阻R2产生的热量Q2=（I′）2R2t=（0.4A）2×30Ω×60s=288J
答：电流通过电阻R2产生的热量是288J。
4．（1）解：闭合开关S1，断开开关S2，R1与R2串联，电流表测电路中的电流，则10s内电阻R1上产生的电热：Q1＝I2R1t＝（0.3A）2×10Ω×10s＝9J；
答： 10s内电阻R1上产生的电热为9J；
（2）解：闭合开关S1，断开开关S2，R1与R2串联，由I＝ 可得，电路的总电阻：R＝ ＝ ＝50Ω，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以，电阻R2的阻值：R2＝R﹣R1＝50Ω﹣10Ω＝40Ω；
答：电阻R2的阻值为40Ω；
（3）解：开关S1、S2都闭合时，电路为R1的简单电路，则电路的总功率：P＝ ＝ ＝22.5W。
答：开关S1、S2都闭合时，电路的总功率为22.5W。
5．（1）解：已知R1＝10Ω，R2＝5Ω，当只闭合开关S2，断开S1、S3时，R1和R2串联，则
当电流表的示数为0.4A，电源电压为
答：电源电压为6V；
（2）解：当闭合开关S1、S3，断开S2时，R1和R2并联，因为U＝6V，R1＝10Ω，那么通过R1的电流
通电10s内电阻R1产生的热量
答：通电10s内电阻R1产生的热量为36J。
6．（1）解：1分钟内电动机产生的焦耳热Q=I2Rt=(2A)2×2Ω×60s=480J
1分钟内电动机产生的焦耳热为480J。
答：1分钟内电动机产生的焦耳热为480J；
（2）解：该装置消耗电能的总功率P=UI=24V×2A=48W
该装置消耗电能的总功率48W；
答：该装置消耗电能的总功率48W；
（3）解：2s钟内电路消耗的总电能W=Pt=48W×2s=96J
由题意知电阻R两端的电压为6V，据欧姆定律可得R的阻值为R= = =3Ω
则2s钟内电流产生的总焦耳热Q'= I2R总t=(2A)2×(3Ω+2Ω) ×2s=40J
则电动机2s钟内做功W机械=W- Q'=96J-40J=56J
由W=Fs=Gh可得该装置在2s钟内提升重物的高度h= = =1.4m
即在2s钟内提升重物的高度为1.4m。
答：该装置在2s钟内提升重物的高度1.4m。
7．（1）解：当开关接2时，电热饭盒处于高温挡，此时电路中只接入R1，由公式P=UI变形可得，所以高温挡功率为
答：高温档功率是242W；
（2）解：高温挡加热10min产生的热量为Q=W=Pt=242W×10×60s=1.452×105J
由Q=cmt变形可得，所以可以将2kg饭菜升高的温度
答：可以将2kg饭菜升高的温度是24.2℃；
（3）解：当开关接1时，电热饭盒处于低温挡，此时R1和R2串联，由题意可知，R2的电阻为R2=4R1=4×200Ω=800Ω
由公式变形得，所以，当低温挡工作时的实际功率是40W时，实际电压为
答：如果低温挡工作时的实际功率是40W，则实际电压是200V。
8．（1）解：如图，保温时只有R1接入电路工作，
整个电路的电流为：
（2）解：保温30 min时产生的热量：
（3）解：根据 得加热状态时整个电路的电流为：
（4）解：根据干路电流等于支路电路之和，得通过R2的电流为：
电阻R2的阻值为：
9．（1）解：薯片质量为m=0.5kg，薯片的初温度t0=20℃，末温度t=120℃，可知薯片吸收的热量为Q=cm(t-t0)=2.4103J/(kg℃)0.5kg(120℃-20℃)=1.2105J
答：薯片吸收的热量1.2105J；
（2）解：由乙图可知当开关S闭合时R2被短路，此时电路为R1的简单电路，由可知电路中电阻减小时电功率变大，可知开关S闭合时为高温档，此时的加热功率为P高=1210W，故R1的阻值为
答：高温加热电阻的阻值是40Ω
（3）解：电动机功率P动=110W，由P=UI可知电动机正常工作时的电流为
答：电动机正常工作时通过线圈的电流是0.5A；
（4）解：电动机工作的时间时间t=10min=600s
电阻R=40Ω，由焦耳定律可知发热消耗的电能为W=I动2Rt=(0.5A)240Ω600s=6000J
答：电动机工作10min因发热消耗的电能是6000J
10．（1）解：由题意可知，压力开关S2与触点a接触时为加热状态，闭合根据欧姆定律可知，电压力锅处于加热状态时通过R1的电流
电压力锅加热10min，消耗的电能
答：电压力锅处于加热状态时通过R1的电流是5A，电压力锅加热10min，消耗的电能是6.6×105J；
（2）解：由表可知，当气压为121kPa时，水温为105℃，故水烧开时吸收的热量为Q吸=cmΔt=4.2×103J/（kg·℃）×3kg×（105℃-25℃）=1.008×106J
答：水烧开过程吸收的热量是1.008×106J。
11．（1）解：当工作电路正常工作时，Q＝I2Rt= = =3.3×104J
答：R在1min内产生的热量是3.3× 。
（2）解：由题意可知，温度为60℃，滑动变阻器 =50Ω时，衔铁恰好被吸合，这时控制电路中的电流I=60mA。由表可知，此时R1=50Ω。由欧姆定律得，I= ＝ = =50×10-3A，解得：U=6V
答：控制电路的电源电压是 。
（3）解：当控制电路电流I>50mA时，衔铁被吸合切断工作电路，由欧姆定律可得，控制电路的总电阻最大为：
滑动变阻器R2( 取值范围0~80Ω)的最大电阻为80Ω，根据串联电阻的规律，热敏电阻R1的阻值最小(此时温度最高) ：
R1=R大-R2-R0=120Ω-80Ω-20Ω=20Ω，由表中数据知可控制的最高温度为80Ω，
当控制电路电流I≤40mA时，街铁被释放接通工作电路，由欧姆定律，控制电路的总电阻最小为：
滑动变阻器R2的最小电阻为0时，根据串联电阻的规律，热敏电阻R1的阻值最大(此时温度最低)
R1‘=150Ω-20Ω=130Ω.
由表中数据知可控制的最低温度为35℃；所以，若控制电路电源电压不变，此装置可控制的温度最大范围是35C~80C；
（4）解：要使该装置控制的最高温度降低一些，就需要R1连入更大电阻的情况下，仍然能达到40A的最小值，所以R2的最大值要更小一些。
答：减小 的最大阻值。
12．（1）利用相同的弯折方式使物体升温，吸收的热量相同，则合金的比热容为：
；
（2）铁片产生的热量为，
合金块产生的热量为，
则消耗的电能为W=Q1+Q2=100J+200J=300J，
根据计算总电阻为，
根据电流和时间相等，电阻产生的热量之比等于电阻比，
所以R铁：R合金=100J:200J=1：2，所以R铁=2Ω，R合金=4Ω。
13．（1）解：由图乙和题意可知，当电流表开始有读数即I＝0.2 A时，滑片P移动的距离x＝2 cm，此时电压表的示数U1＝2.5 V，由 可得，R1接入电路的阻值
答：当电流表开始有读数时，R1接入电路的阻值12.5 Ω；
（2）解：当x＝2 cm时，R0两端的电压
电阻R0的阻值
电阻R0在10 s内产生的热量
答：电阻R0在10 s内产生的热量4 J
（3）解：当x＝6 cm时，由图乙可知，此时电路中的电流I′＝0.4 A，R0两端的电压
R1两端的电压
R1消耗的电功率
答：R1消耗的电功率0.2 W；
（4）解：若R1未断路，则当滑动变阻器接入电路的电阻为零时，此时电路中的电流最大
R0的最大电功率
当电压表的示数U1大＝3 V时，R1接入电路中的电阻最大，此时R0两端的电压
电路中的最小电流
R0的最小电功率
故R0的电功率变化范围为0.225～2.025 W。
答：R0电功率的变化范围是0.225W～2.025 W。
14．（1）解：由图可知，开关接“2、3触点”时，只有R1的简单电路，电路的电阻最大，由 可知电路总功率最小，处于低温档，电热扇不转动，开关S2断开，此时电路图如图所示：

此时电路正常工作消耗的总功率
答：如上图所示，此时电路正常工作消耗的总功率是550W
（2）解：开关接“3、4触点”时，R1和R2并联，电路的总电阻最小，由 可知电路总功率最大，处于高温档，R2的电功率为
R2的阻值
答： 的阻值是44Ω；
（3）解：电动机正常工作时的电流
电动机正常工作10min，内部线圈产生的热量为
答：若电动机正常工作10min，内部线圈产生的热量为144J。
15．（1）高温
（2）解：暖奶器以中温挡工作时，电路中的电流
发热电阻产生的热量为Q＝W＝P中t＝180W×5×60s＝5.4×104J
答：电器以中温挡工作了5min，此时电路中的电流大小为5A，发热电阻产生的热量为5.4×104J
（3）解：S、S1、S2闭合时，R1、R2并联，因并联电路中总电阻小于任何一个分电阻，所以，S、S1、S2闭合时，电路的总电阻最小，由 可知，电源的电压一定时，暖奶器的功率最大，处于高温挡，同理可知，S、S1闭合，S2断开时，暖奶器处于中温挡，因电路的总功率等于各用电器功率之和，所以，R2的电功率P2＝P高﹣P中＝280W﹣180W＝100W
因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，R2的电阻
答：R2的电阻大小为12.96Ω
（4）解：S、S1闭合，S2断开时，电路为R1的简单电路，暖奶器处于中温挡，R1的阻值
S闭合，S1，S2均断开时，R1与R3串联，电压表测R3两端的电压，电流表测电路中的电流，电器处于低温挡，当R3接入电路中的电阻为0时，电路中的电流为5A＞3A，所以，电路中的最大电流I大＝3A，此时低温挡的功率P1大＝I大2R1＝（3A）2×7.2Ω＝64.8W
当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，电路中的电流
R3两端的电压U3＝IR3＝1.32A×20Ω＝36.4V＞24V
所以，当R3两端的电压U3′＝24V时，电路中的电流最小，此时R1两端电压U1＝U﹣U3′＝36V﹣24V＝12V
电路中的最小电流
此时低温挡的功率
所以，低温挡手动调节的加热功率范围为20W～64.8W。
答：在不损坏电路元件的前提下，低温挡手动调节时R1的加热功率范围为20W～64.8W。