考点23：焦耳定律及其应用

一选择题1. （2017湖南衡阳，第18题）小华利用下图的实验装置来探究“影响通电导体产生热量的因素”，下列说法正确的是A甲图实验装置是控制电流、通电时间一定时，探究电热与电阻的关系B乙图实验装置是控制电压、通电时间一定时，探究电热与电流的关系C甲图中闭合开关后，a管中液面上升比b快D乙图中闭合开关后，c管中液面上升比d快【答案】ABD【解析】A甲图中，控制了电流和时间变量，让电阻不同，所以探究的是与电阻的关系；B乙图电阻和时间相同，左边电阻在干路，右边电阻在支路，电流右边的要小一些，所以探究的是电热与电流的关系，并没有控制电压相同；C根据焦耳定律，电流和通电时间相同时，电阻越大，产生电热越多，所以甲图右瓶产生的电热多，b管液面升高较快；C根据焦耳定律，电阻和通电时间相同时，电流越大产生电热越多，乙图中左瓶中电流较大，产生电热较多，c管中液面上升快；故选ABD2. （2017青海西宁，第3题）下列物理知识与相关的生活实例连线错误的是A.大气压强塑料吸盘 B.电流的热效应电风扇C.液体的热胀冷缩体温计 D.省力杠杆羊角锤【答案】B3. （2017广东深圳，第29题）爸爸到加油站给汽车加油后，油量表指针发生变化，小明猜想此油量表可能是电流表，于是自己动手设计了如图所示电路。闭合开关，当浮球位置最低时，滑片P滑至b端，电流表示数为0.3A，当浮球位置最高时，滑片P滑至a端，电流表示数0.5A，滑动变阻器规格（20 1A），下列选项错误的是（ ）A. 电阻R1阻值大小为30B. 电源电压15VC. 加满油后，电阻R11min产生的热量为450JD. R1的最小电功率为7.5W【答案】D4. 5.6. 7. 8. 91011. 12. 13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.24.25.二、填空简答题1. （2017湖北宜昌，第20题）如图所示，用拇指与中指压一支铅笔的两端， （选填：拇指、中指）受到的压强大，若拇指受到的压力为2N，笔尖的受力面积为0.2mm2，则中指受到的压强为 Pa【答案】中指；1107【解析】两手指同时压同铅笔的两端，由于铅笔处于静止状态，则两手指施加的力是相同的，由物体间力的作用是相互的可知，两手指受到的压力相等，由图可知，中指的受力面积较小，由p=可知，中指受到的压强大；中指受到的压力F中=F拇=2N，则中指受到的压强：p=1107Pa【考点】考点10：压强 液体压强21（2017湖北宜昌，第21题）在家庭电路中，有时导线长度不够，需要把两根导线连接起来，连接处电阻比别处要 （选填，大、小），在相等时间内，导线连接处发热比别处更 （选填多、少）【答案】大；多【解析】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，因为导线连接处与导线串联在电路中，所以通过的电流相等、通电时间相等，因为Q=I2Rt，所以连接处产生的热量较多，往往比别处更容易发热2. （2017青海，第19题）如图6所示的电路中，电源电压保持不变，R1=30,R2 =20，闭合开关S，电流表的示数为0. 2A，则电源电压为 _ V，通过R2的电流是 _ A,1min内电流通过R2产生的热量是 _ _J。【答案】6；0.3；108。3. （2017黑龙江齐齐哈尔，第28题）据生活报讯，2017年4月14日起，插线板新国家标准正式实施。要求插线板的插孔须设置“保护门”，“保护门”可有效防止儿童将手插入插孔而造成触电事故，同时可避免灰尘长期沉积而造成内部 （选填“断路”或“短路”）。在线材方面要求：如最大工作电流16 A的延长线插板，导线得最横截面积由原来的1 mm2增加到1.5 mm2。请你根据所学的物理知识解释增加导线横截面积的好处。【答案】短路 材料长度、相同的导线，横截面积越大，电阻越大。由焦耳定律Q=I2Rt可知，电流、通电时间，电阻越小、产生的热量越少。采用横截面积更大的导线可以避免外部绝缘皮过热引发火灾。4. （2017内蒙古赤峰，第16题）（4）利用如图14所示电路，研究家庭电路中保险丝的“保险”作用：移动滑动变阻器滑片，使电路中电流增大到一定程度时，保险丝会熔断，切断电路。保险丝熔断过程中，电能转化为_能。 【答案】内5. （2017青海西宁，第20题）如图6所示电路，电源电压为6V，R1=10 ，R2=20 ，当S1、S2、S3闭合时，电路消耗的总功率为_W；当闭合S1，断开S2、S3时，电压表示数为3 V，则10s内R3产生的热量为_J，此时R1的功率与S1、S2、S3闭合时R1的功率的比值为_。【答案】5.4 9 146. （2017四川广元，第14题）1820年，丹麦物理学家 在课堂上做实验时发现了电流的磁效应。电流也具有热效应，20年后的1840年，英国物理学家焦耳最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和 关系，家用电风扇工作时，电动机同时也要发热，一台标明“220V 44W”的电风扇正常工作10分钟，电流产生的热量为 J（已知电动机线圈电阻为2）。【答案】奥斯特 通电时间 487. 8. 91011. 12. 13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.24.25.三、作图题1.2.3.4.5.6.7.8.四、实验探究题1. （2017黑龙江绥化，第29题）利用如图所示的电路装置，探究“电流产生的热量跟什么因素有关”。接通电源，两容器内的空气被加热后膨胀，使U形管的液面发生变化，通过观察U形管的液面变化情况，比较瓶内电阻丝的发热多少。 （1） 此装置可以探究电流产生的热量跟 的关系，一段时间后， （选填“左”或“右”）容器内电阻丝产生的热量较多。（2） 如果通过R1电流为2 A，那么10 S内通过R1的电流产生的热量是 J。【答案】（1）电阻 右 （2）2002. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 91011. 12. 13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.24.25.五、 计算题1. （2017甘肃天水，第22题）某电饭锅简化电路如图甲所示，R1和R2均为定值电热丝，S、S1为自动开关，煮饭时，把电饭锅接入220V电路中，电路中总电流随时间变化的图象如图乙所示求：（1）电饭锅工作时的最大功率和最小功率；（2）电热丝R2的阻值；（3）若电压降低，S1断开，这时电路中的电流始终为1A，10min内电饭锅产生的热量【答案】解：（1）由电路图可知，当S和S1都闭合时，电阻R1与R2并联，电路中的电流最大，由图乙可知，电路中的最大电流I大=3A，则电饭锅的最大功率：P大=UI大=220V3A=660W，当开关S闭合、S1断开时，电路为R1的简单电路，电路中的电流最小，由图乙可知，电路中的最小电流I小=2A，则电饭锅的最小功率：P小=UI小=220V2A=440W；（2）因并联电路中各支路独立工作、互不影响，所以，电阻R1与R2并联时，通过R1的电流为2A，因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以，通过电热丝R2的电流：I2=I大I小=3A2A=1A，由I=可得，电热丝R2的阻值：R2=220；（3）当开关S闭合、S1断开时，电路为R1的简单电路，则R1的阻值：R1=110，电路中的电流始终为1A时，10min内电饭锅产生的热量：Q=I2R1t=（1A）21101060s=6.6104J答：（1）电饭锅工作时的最大功率为660W，最小功率为440W；（2）电热丝R2的阻值为220；（3）若电压降低，S1断开，这时电路中的电流始终为1A，10min内电饭锅产生的热量为6.6104J2. （2017山东东营，第23题）某品牌智能滚筒洗衣机具有洗净度高、不伤衣物、可设定洗涤温度、方便安全等优点。其简化等效电路如图所示，此时处于空档位置。闭合开关 S ，旋钮绕 P 转动，实现档位转换，旋至 1 档时 R 1 、R 2 同时工作，洗衣机处于加热状态；旋至 2 档时 R 2 和电动机同时工作，洗衣机处于保温洗涤状态。 R1 和 R 2 均为电热丝，其阻值不受温度影响， R 1 =22，主要参数如下表。（C 水 =4.2103 J(kg) ）（1）洗衣机内注入 10kg 的水，在额定电压下连续加热1050 秒，水温由 20上升到 50，此过程中的加热效率是多少？（2）R 2 阻值是多少？（3）洗衣机处于保温洗涤状态时，干路电流是多少？（4）防电墙技术的应用是洗衣机未来发展的趋势。防电墙通过在洗衣机内部形成永久性电阻保证人的安全。异常漏电情况下，电流依次经防电墙和人体流入大地，若人体的最大电阻为 1105，人体的安全电压不高于 36V，通过计算判断防电墙技术能否保证人的安全。【答案】解：物理答案 第 9 页 共 4 页（1）水吸收的热量：Q 吸=cm(t2-t1)=4.2l03J/(kg)10kg(50-20)= 1.26l06J1 分 加热消耗的电能：W=Pt=2400W1050s=2.52106J1 分加热的效率：= =1 分（2）R1 与 R2 并联，P=UI，I= P=R1 电热丝的加热功率：P1= =2200W1 分R2 电热丝的加热功率：P2= P- P1=2400W-2200W=200W1 分R2 电热丝的阻值：R2= =2421 分（3）R2 与电动机并联R2 与电动机的总功率：P 总= P2+P 动=240W+200W=440W1 分 保温洗涤的干路电流：I=1 分（4）防电墙与人的电阻串联 串联总电阻：R=R0+R 人=1106+1105=1.110 6串联电路的电流：I0= =210-4A1 分人体的电压：U 人=I0R 人=210-4A 1105=20V1 分因为 U 人小于 36V，所以防电墙技术能保证人的安全。1 分3. （2017内蒙古赤峰，第22题）在赤峰市某中学科技小制作活动中，小华同学设计了一个简易的能调节亮度的小台灯，原理图如图20所示。其中灯泡L上标有“6V 6W”字样。当开关S接a时，L恰好正常发光；当开关S接b时，L中的电流为0.2A。R1为定值电阻，且电源电压和小灯泡L电阻保持不变。求： （1）小灯泡L的电阻及电源电压；（2）R1的阻值；（3）开关S接b时，小灯泡L的实际功率；（4）开关S接b时，10s时间内R1上产生的热量。【答案】4. （2017辽宁沈阳，第19题）如图11所示，电源电压9V恒定不变，小灯