重难点26焦耳定律-2022年中考物理热点及重难点专练试卷（原卷+解析）

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专项四  电学重难点26  焦耳定律【重点知识梳理】26.1焦耳定律焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。数学表达式：Q=I2Rt。Q-热量，单位：J。I—电流，单位：A。R—电阻，单位：ῼ。t—时间。单位：s。26.2电热计算1.对于所有的电热计算，均可用公式Q=I2Rt。对于纯电阻电路（电能都转化为内能的情形）还可以用公式：Q=W=UIt和Q=×t。2.对于电热的转化效率，可用公式η=×100%计算。对于W电可灵活选用1中的三个公式；Q热一般用Q=cmΔt计算。【难点知识突破】26.1电热计算1.串联式加热模型：  如上图所示，对于两个电阻串联后组成的加热装置，都可以等效为这种模型。当S闭合时，R1被短路，只有R2工作，这时处于加热状态，R2为一个阻值较小的电阻。当S断开后，R1、R2串联，电路处于“保温”状态，R1是一个阻值较大的电阻。对这类问题涉及的主要计算公式为：（1）       R2=U2/P加热；（2）R=R1+R2=U2/P保温；（3）P=PR1+PR2；（4）W=Pt。【例题分析】【例1】（2021成都）某家用电热壶有“加热”和“保温”两个档位，其简化电路如图所示，R1、R2是电热丝，R1=1050，R2=50。开关S接“1”时，电热壶为______档位。开关S接“2”时，通电5min，电流通过R2产生的热量为______J。【答案】加热    600    【解析】开关接“1”时，电路中只有R2，电阻小，功率大，电热壶为加热档位。开关S接“2”时，R2、R1串联，此时电路中的电流：I= = =0.2A，电流通过R2产生的热量：Q=I2Rt=（0.2A）2×50ῼ×5×60s=600J。2.并联式加热模型：   如上图所示，对于将电阻并联后的加热装置原理，都可以等效为这个模式。当S闭合时，只有R2工作，处于低温档（或保温档），当S、S0同时闭合时，处于加热状态，或者“高温档”。这里R2的阻值一般比R1大，用作保温加热。计算该类题目的常见公式：（1）P保温=U2/R2；（2）R=；（3）P=PR1+PR2。【例题分析】【例2】（2021临沂）某品牌电热水瓶具有加热和电动出水两种功能，其简化电路如图所示，其中R1是额定功率为2000W的电热丝，R2是阻值为130Ω的分压电阻，电磁泵的额定电压为12V，在1标准大气压下，将初温为20℃、质量为2.5kg的水装入电热水瓶，正常加热8min20s将水烧开，已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，求该电热水瓶：（1）此次加热水的效率；（2）电磁泵的额定功率。【答案】（1）84%   （2）19.2W【解析】（1）水升温：Δt=100℃—20℃=80℃，水吸热：Q=cmΔt=4.2×103J/（kg.℃）×2.5kg×80℃=8.4×105J，电热丝消耗电能：W=Pt=2000W×（8×60s+20s）=1×106J,此次加热水的效率：η= ×100%= ×100%=84%。（2）R2分压：U2=U-UM=220V-12V=208V，电磁泵支路电流为：I= = =1.6A，电磁泵的额定功率：P=UMI=12V×1.6A=19.2W。答：（1）此次加热水的效率84%；（2）电磁泵的额定功率19.2W。【巩固练习】1.（2021云南）将规格都是“220V  150W”的一台电风扇、一台电视机和一只电烙铁分别接入家庭电路中，正常工作相同时间，以下说法正确的是（　　）A．三个用电器均能将电能全部转化为内能B．根据可计算出三个用电器的电阻相等C．三个用电器消耗的电能一样多D．三个用电器产生的热量相等【答案】C【解析】A．电风扇把电能转化为机械能和内能，电视把电能转化为光能和内能，A错。B．R= 只能针对纯电阻电路，B错。CD．根据W=Pt，正常工作相同时间，三个用电器消耗的电能一样多，但电风扇、电视不是纯电阻，所以三个用电器产生的热量不相等，C正确，D错。选C。2.（2021绥化）一个电热水壶，其铭牌标注了额定电压为220V，额定功率为1800W。该电热水壶正常工作时，将1.5L水加热，使温度从20℃升高到80℃，所用时间为250s，则该电热水壶的加热效率是（　　）A．75% B．84% C．88% D．95%【答案】B【解析】水的质量：m=ρv=1×103kg/m3×1.5×10-3m3=1.5kg，将1.5L水加热，使温度从20℃升高到80℃，吸收的热量：Q=cmΔt=4.2×103J/（kg.℃）×1.5kg×（80℃-20℃）=3.78×105J，电热水壶所用时间为250s消耗的电能：W=Pt=1800W×250s=4.5×105J,该电热水壶的加热效率是：η= ×100%= ×100%=84%，A正确。选A。3.（2021常德）某型号电饭煲有加热和保温功能，图甲所示为其内部电路原理图，图乙是该电饭煲工作时电功率与时间的关系图像，关于电饭煲工作时下列说法中正确的是（　　）A．开关S接触点2时，电饭煲处于加热状态B．开关S接触点1时，电饭煲处于保温状态C．电饭煲处于加热状态时的功率是800WD．保温状态下电饭煲1min消耗200J的电能【答案】C【解析】AB．总电压保持不变，根据P= 可知：电路中的总电阻越大，发热功率越小，因此开关S接触点1时，电路中接入的电阻最小，电饭煲处于加热状态；开关S接触点2时，电路中接入的电阻最大，电饭煲处于保温状态，AB错。C．如图乙所示，在0～10min内，饭煲处于加热状态，功率为800W，C正确。D．如图乙所示，在10～20min内，饭煲处于保温状态，功率为200W，消耗的电能为：W=Pt=200W×10×60s=1.2×105J。D错。选C。4.（2021·安徽）图示电路中，电源电压不变，电阻R1 =30Ω，R2 =60Ω，闭合开关S，电流表A的示数为0.3A，则通电1min电阻R1产生的热量为______J。【答案】72【解析】由图可知，两个电阻并联，电流表测量干路中的电流，电路的总电阻：R= = =20ῼ，电源电压：U=IR=0.3A×20Ω=6V，通电1min电阻R1产生的热量：Q=×t= ×60s= 72J。5.（2021连云港）某电热器接入220V的电路中正常工作时，其电热丝的阻值为110Ω，则通过该电热丝的电流为_______A，10s内该电热丝会产生________J的热量。【答案】2    4.4×103    【解析】通过该电热丝的电流为：I= = =2A，10s内该电热丝产生的热量：Q=I2Rt=(2A)2×110Ω×10s=4.4×103J。6.（2021齐齐哈尔）如图所示的电路中，接通电源，通电一段时间后，______侧U型管液面高度的变化较大（选填“左”或“右”），如果通过甲容器中电阻丝的电流是，则乙容器中电阻丝在内产生的热量是______。【答案】左    300    【解析】分析图可知：甲、乙两容器中电阻大小相同，但是甲容器中的电阻接在干路上，乙容器中的电阻接在支路上，流过甲容器中电阻的电流大于乙容器中电阻的电流，通电相同时间，甲容器中电阻产生的热量多，与甲容器连接的左侧U型管液面高度的变化较大。通过甲容器中电阻丝的电流是2A，则流过乙容器中电阻的电流为1A，乙容器中电阻丝在1min内产生的热量：Q=I2Rt=(1A)2×5Ω×60s=300J。7.（2021甘肃）在探究“电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关”的实验中，采用了如图电路。（1）为了在短时间内达到明显的实验效果，两烧瓶中应装入质量和初温都相同的___________（选填“水”或“煤油”），实验中通过观察___________来比较电流通过导体产生热量的多少；（2）如图甲所示，两烧瓶中装有阻值不同的电热丝，以探究电流通过导体产生的热量与___________的关系；（3）如图乙所示，两烧瓶中装有阻值相同的电热丝，闭合开关，调节滑动变阻器，使两电流表示数___________（选填“相同”或“不同”），可以探究电流通过导体产生的热量与___________的关系。【答案】（1）煤油    温度计的示数    （2）电阻    （3）不同    电流    【解析】（1）两个烧瓶中应装入质量和初温相同的煤油，因为煤油的比热容较小，在吸收较少热量，便能升温较明显。实验中，可通过观察温度计的示数来比较电流通过导体时产生热量的多少，因为导体产生的热量不同，烧杯中煤油吸收的热量也不同，则温度计示数也不同。（2）图甲中，两电阻不同的电热丝串联在电路中，则通过电热丝的电流相同，那么探究的是电流通过导体产生热量与电阻的关系。（3）图乙中，两个阻值相同的电热丝分别与电流表和滑动变阻器串联后，再并联在电路中，那么应调节变阻器的滑片让两个电流表的示数不同，即通过两电热丝的电流不同，这样便可探究电流通过导体产生的热量与电流的关系。8.（2021武威）如图甲所示是某家用多功能电炖锅，深受消费者认可和青睐。它有三段温控功能：高温炖，中温煮和低温熬，图乙是它的简化电路图，下表是该电炖锅的部分参数。（）项目参数电源电压（V）220中温档功率（W）400高温档功率（W）1100容积（L）1（1）开关S1、S2处于什么状态，电炖锅为低温档，说明判断依据；（2）求R1、R2的阻值；（3）在标准大气压下，使用高温档将初温是12℃的一锅水烧开，若电炖锅高温档加热效率为80%，求烧开一锅水需要的时间。【答案】（1）开关S1处于断开，S2接在A，此时两电阻串联，根据P=UI= ，电源电压不变，总电阻最大时，电功率最小，故此时的电炖锅为低温档   （2）R1=121ῼ，R2=89.14ῼ    （3）7min【解析】（1）开关S1处于断开，S2接在A，此时两电阻串联，根据P=UI= ，电源电压不变，总电阻最大时，电功率最小，故此时的电炖锅为低温档。（2）当两开关闭合时，两电阻并联，根据P=UI= 可知:电源电压不变，并联时总电阻最小，故此时电功率最大，为高温档，当开关S1闭合，开关S2断开，只有R1接入，则此时电功率为中温档，此时为400W，则此时电阻R1为：R1= = =121ῼ；电阻R2的电功率为：
P2=P高温-P中温=1100W-400W=700W，则电阻R2的电阻为：R2= = =69.14ῼ。（3）使用高温档将初温是12℃的一锅水烧开，需要吸收的热量为：Q吸=cmΔt=4.2×103J/（kg.℃）×1×10-3m3×1×103kg/m3×（100℃-12℃）=3.696×105J，则消耗的电能为：W总= = =4.62×105J，则高温档工作的时间为：t= = =420s=7min。答：（1）开关S1处于断开，S2接在A，此时两电阻串联，根据P=UI= ，电源电压不变，总电阻最大时，电功率最小，故此时的电炖锅为低温档；（2）电阻R1为121ῼ，电阻R2的电阻为69.14ῼ；（3）高温档工作的时间为7min。9.（2021陕西）某型号煎烤机有上下两个加热盘，由两个开关控制其工作状态。R1为下盘电热丝，R2为上盘电热丝，两电热丝阻值相等，煎烤机的最大额定功率为2200W。如图为煎烤机的内部简化电路图（不考虑温度对电热丝阻值的影响）。（1）按照安全用电的要求，将a、b两点接入家庭电路，完成连线；（2）煎烤机正常工作时电路中的最大电流是多少？以最大额定功率工作时，1min消耗多少电能？（3）电热丝R1的阻值是多大？【答案】（1）（2）10 A    1.32×105J  （3）44 Ω【解析】（1）家庭电路连接时，要求左零右火，且开关要连接在火线上，因此a接零线，b接火线，如答案图所示。（2）煎烤机达到额定功率时，电流最大，所以Imax= = =10A，最大额定功率工作时，1min消耗电能为：W=Pmaxt=2200W×60S=1.32×105J。（3）开关S1和S2都闭合时，两电阻并联，此时电路中电流最大。因为两电热丝阻值相等，所以流过R1的电流为I1=5A，根据欧姆定律得：R1= = =44ῼ。答：（2）煎烤机正常工作时电路中的最大电流是10A；最大额定功率工作时，1min消耗1.32×105J电能；（3）电热丝R1的阻值是44Ω。10.（2021重庆市B卷）如图所示的电路中，电源电压恒为3V，电阻R2的阻值为30。当开关S1闭合，S2断开时，电流表示数为0.3A，求：（1）电阻R1的阻值；（2）当开关S1、S2均闭合时，通电10s电阻R2产生的热量。【答案】（1）10Ω   （2）3J【解析】（1）当开关S1闭合、S2断开时，电路为R1的简单电路，电流表测通过R1的电流，电阻R1的阻值：R1= = =10ῼ。（2）当S1、S2均闭合时，R1与R2并联，电流表测干路电流，通电10s电阻R2产生的热量：Q=×t= ×10s = 3J答：（1）电阻R1的阻值是10Ω；（2）当开关S1、S2均闭合时，通电10s电阻R2产生的热量是3J。11.（2021遂宁）某校为改善学生生活条件，给学生宿舍安装了100台某品牌速热式电热水器，该电热水器铭牌标明：加热功率4400W，保温功率100W，水箱容积25L；内部结构如图甲所示，R1、R2是水箱中加热盘内的电热丝。水箱放满水后闭合开关S1开始加热，当水温升高到40℃时，温控开关S2自动切换到保温状态。同学们为弄清楚该电热水器性能，做了以下探究，请你帮助完成：（1）R2的阻值多大？（2）如果每台每天平均保温20h，这100台电热水器在额定电压下每天因保温要浪费多少kW·h的电能？（3）善于观察的张林发现，当他们寝室只有热水器工作时，将一箱冷水加热1min，热水器显示屏显示水温由20℃上升到22℃，同时本寝室的电能表（如图乙）指示灯闪烁了80次，则该电热水器的效率多大？    （ρ水=1.0×103kg/m3  c水=4.2×103J/（kg·℃） 不考虑电阻随温度变化） 【答案】（1）11Ω  （2）200kW·h （3）87.5%【解析】（1）当S2接b时，处于加热状态，由P= 可得：R2的阻值为：R2= = =11ῼ。（2）因保温浪费的电能： W=Pt=0.1kW×100×20h=200kW·h 。（3）1min消耗电能：W总= ×80r=2.4×105J， 一箱水质量：m=ρ水V=1.0×103kg/m3×2.5×10-2m3=25kg，水吸收热量：Q吸=c水m（t-t0）=4.2×103J/（kg·℃）×25kg×（22℃-20℃=2.1×105J，所以该电热水器的效率为：η= ×100%= ×100%=87.5%。答：（1）R2的阻值为11ῼ；（2）浪费的电能为200kW·h（3）该电热水器的效率为87.5%。12．（2021内蒙古）小红从赤峰到宁城，选择了尾气零排放的G8208次列车，经查询赤峰到宁城高铁运行里程约100km，运行时间约30min。若该列车全程匀速行驶在平直的轨道上，牵引力恒为2.7×105N，供电电路输入列车的电功率恒为2×107W，请你根据以上信息，解决下列问题：（1）从赤峰站到宁城站段列车消耗的电能。（2）求该列车从赤峰站至宁城站将电能转化为机械能的效率。【答案】（1）3.6×1010J    （2）75％【解析】（1）赤峰站到宁城站段列车消耗的电能：W=Pt=2×107W×30×60s=3.6×1010J。（2）       牵引力做的功：W1=FS=2.7×105N×100×103m=2.7×1010J，电能转化为机械能的效率：η= ×100%= ×100%=75%。答：（1）赤峰站到宁城站段列车消耗的电能为3.6×1010J；（2）该列车从赤峰站至宁城站将电能转化为机械能的效率为75％。13．（2021黑龙江）如图甲所示为某高、低温两挡位电烤箱的内部简化电路，S为手动开关，S1为自动控制开关，R1和R2均为电热丝，图乙是电烤箱正常工作时电流随时间变化的图像。求:（1）高温挡工作时的功率；（2）电热丝R2的阻值；（3）15min内R1消耗的电能。【答案】（1）2200W  （2）55ῼ     （3）1.188×106J【解析】（1）高温挡工作时的功率：P高=UI高=220V×10A=2200W。（2）当 S、S1闭合，两电阻并联，总电阻最小，根据P=UI= 可知：此时电功率最大，为高温档，那么当S闭合时，为低温档，低温档的功率为：P低=P=UI低=220V×6A=1320W，那么电热丝R2的功率为：P2=P高-P低=2200W-1320W=880W，则电热丝R2的阻值为：R= = =55ῼ。（3）15min内R1消耗的电能：W=P低t=1320W×15×60s=1.188×106J。答：（1）高温挡工作时的功率2200W；（2）电热丝R2的阻值为55ῼ；（3）15min内R1消耗的电能1.188×106J。