易错点17焦耳定律常考易错陷阱分析-2023年中考物理考试易错题

易错点17焦耳定律常考易错陷阱分析焦耳定律常考易错陷阱分析陷阱一：串联式加热模型档位问题易错？如图所示，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（5）Q=I2Rt（6）Q=cmΔt陷阱二：并联式加热模型档位问题易错？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。计算该类题目的常用公式：（1）P保温=U2/R2（2）R=（3）P=PR1+PR2（4）W=Pt（5）Q=I2Rt（6）Q=cmΔt陷阱三：电热计算易错。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中的公式；Q热一般用Q=cmΔt计算。3.若果电能全部转化为内能，那么电流产生的热量Q等于消耗的电能W，即Q=W=UIt。Q=。【例题1】小玥在妈妈指导下用电熨斗熨烫衣服，她首先阅读说明书，知道电熨斗有“低温”、“高温”两个档位，其简化电路如图所示，R1、R2是电热丝，R1=48.4Ω，R2=96.8Ω，S为旋转式开关。当她旋转触片接触触点1和2时，电熨斗为档位，该档位通电1min，电流产生的热量为J。【分析】当她旋转触片接触触点1和2时，电路中只有R1工作，为低温档位；当她旋转触片接触触点2和3时，R1和R2并联，处于高温档。处于低温档时，电路中的电流为：I=U/R1=220V/48.4Ω=50/11A。该档位通电1min，电流产生的热量为：Q=I2R1t=（50/11A）2×48.4Ω×1×60s=6×104J。【答案】低温 6×104【例题2】如图所示为电烤炉的简化电路图，小张查看说明书后得知：R1、R2均为电热丝，R1＝44Ω，R2＝66Ω。当开关S1闭合，S2处于不同状态时，电烤炉处于不同挡位，忽略温度对电热丝电阻的影响。下列说法正确的是（）A．闭合S1、S2时，电烤炉处于低温挡状态 B．电烤炉处于高温挡与低温挡状态时，R1两端的电压之比为5：2 C．电烤炉处于高温挡与低温挡状态时，电路在相同时间内所消耗的电能之比为3：2 D．电烤炉处于低温挡状态时，R1、R2所消耗的电功率之比为3：2【解析】A.当S1闭合，S2断开，R1、R2串联；当S1、S2闭合时，R2被短路，电路为R1的简单电路；因串联电路中的总电阻大于任一分电阻，所以由P＝UI＝U2/R可知，电路为R1的简单电路时，电路中的电阻最小，电功率最大，电烤炉为高温挡；R1、R2串联时，电路中的电阻最大，电功率最小，电烤炉为低温挡，A错。B.电烤炉处于高温挡时，电路为R1的简单电路，电路中的电流：I高＝U/R1=220V/44Ω＝5A，电烤炉处于低温挡时，R1、R2串联，电路中的电流：I低＝U/R总=U/（R1+R2）=220V/（44Ω+66Ω）＝2A，由欧姆定律可知，电烤炉处于高温挡与低温挡状态时，R1两端的电压之比：====5:2，B正确。C.由W＝UIt可知，电烤炉处于高温挡与低温挡状态时，电路在相同时间内所消耗的电能之比：====5:2，C错。D.电烤炉处于低温挡状态时，R1、R2串联，通过两电阻的电流相等，由P＝I2R可知，此时R1、R2所消耗的电功率之比：====2:3。D错。【答案】B【例题3】如图所示，电源电压恒为10V，滑动变阻器R的最大阻值为20Ω，直流电动机M的额定电压为6V，线圈电阻为2Ω。当闭合开关S，滑片P移到中点时，电动机刚好正常工作，电动机主要将电能转化为，此时电路中的电流为A，整个电路通电100秒产生的内能为J。【解析】电动机正常工作时将电能转化为机械能和内能，其中主要是机械能；由题意知滑动变阻器的接入电阻：R＝20Ω/2＝10Ω。由图可知，电动机与滑动变阻器串联，电动机正常工作，其两端的电压：UM＝6V，所以滑动变阻器两端的电压：UR＝U﹣UM＝10V﹣6V＝4V，由欧姆定律公式可知，滑动变阻器中的电流：IR＝UR/R=4V/10Ω＝0.4A。串联电路电流特点可知，电路中的电流：I＝IR＝0.4A，在t＝100s时间内，滑动变阻器产生的热量：QR＝IR2Rt＝（0.4A）2×10Ω×100s＝160J，电动机线圈产生的热量：QM＝IR2RMt＝IM2RMt＝（0.4A）2×2Ω×100s＝32J，整个电路通电100秒产生的内能为：Q＝QR+QM＝160J+32J＝192J。【答案】机械能0.4192【强化1】如图所示，电源电压保持不变，灯泡标有“12V12W”字样（忽略灯丝电阻的变化）。闭合开关是S1，断开S2，灯泡正常发光；闭合开关S1、S2，电流表示数为1.5A，则电源电压为V；闭合开关S1，断开S2，通电30s定值电阻产生的热量是______J。【分析】闭合开关S1，断开S2，灯泡和定值电阻串联，灯泡L正常发光，根据P=UI可知：电路电流I=PL/UL=12W/12V=1A，根据欧姆定律可知定值电阻两端的电压UR=IR=1A×R，根据串联电路的电压特点可知电源电压：①U=UL+UR=12V+1A×R；闭合开关S1、S2，电路为定值电阻的简单电路，电流表示数为1.5A，则电源电压：②U=I′R=1.5A×R；联立①②解得：U=24V,R=16Ω。闭合开关S1，断开S2，灯泡和定值电阻串联，通电30s定值电阻产生的热量：Q=I2Rt=（1A）2×16Ω×30s=480J。【答案】24480【强化2】某型号的电水壶有加热和保温两个挡位，其电路如图所示。当S闭合，S1断开时，电水壶处于_________挡，加热和保温的功率分别为1200W和44W。用它把质量为1kg、初温为20℃的水加热到100℃，用时400s，则水吸收的热量是___________J，此过程中电水壶的效率η=________%。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]【解析】当开关S闭合，S1断开时，R1和R2串联，电路的总电阻最大，由P=U2/R可知电路的总功率最小，处于保温挡；当开关S、S1均闭合时，R2被短路，电路中只有R1工作，电路的总电阻最小，由P=U2/R可知电路的总功率最大，处于加热挡。水吸收的热量Q吸=c水m(tt0)=4.2×103J/(kg·℃)×1kg×(100℃20℃)=3.36×105J。此过程中电水壶消耗的电能W=Pt=1200W×400s=4.8×105J。此过程中电水壶的效率：η=Q吸/W=3.36×105J/4.8×105J×100%=70%。【答案】保温3.36×10570【强化3】如图甲是某茶具上煮茶器的电路原理图，R1是加热电阻，R2是保温时的分压电阻，S为电源开关，S1为自动温控开关。S、S1都闭合时，煮茶器处于加热状态；当水沸腾后，S1会自动断开，转为保温状态。煮茶器工作过程中的P﹣t图像如图乙所示，不计电阻值随温度的变化。求：（1）电阻R1的阻值。（2）当煮茶器处于保温状态时，R1的电功率。（3）当煮茶器处于保温状态时，电阻R2在100s内消耗的电能。【解析】（1）由图可知，S、S1都闭合时，R2被短路、电路中只有R1工作，此时煮茶器处于加热状态，根据图乙可知，加热时的电功率P加＝1100W，根据P＝U2/R可知，电阻R1的阻值：R1＝U2/P加=（220V）2/1100W＝44Ω。（2）当S闭合、S1断开时，R1、R2串联，此时为保温状态，由图乙可知，保温功率P保＝44W，由P＝UI可知，保温状态时的电流I保＝P保/U=44W/220V＝0.2A；根据串联电路的特点可知，通过R1的电流I1＝I2＝I保＝0.2A，当煮茶器处于保温状态时，R1的电功率：P＝I12R1＝（0.2A）2×44Ω＝1.76W。（3）由欧姆定律可知，保温状态时R1两端的电压：U1＝I1R1＝0.2A×44Ω＝8.8V；根据串联分压的特点可知，R2两端的电压：U2＝U﹣U1＝220V﹣8.8V＝211.2V；当煮茶器处于保温状态时，电阻R2在100s内消耗的电能：W2＝U2I2t＝211.2V×0.2A×100s＝4224J。【答案】（1）电阻R1的阻值为44Ω；（2）当煮茶器处于保温状态时，R1的电功率为1.76W（3）当煮茶器处于保温状态时，电阻R2在100s内消耗的电能为4224J。1．利用图中5个阻值相等的电阻完成“焦耳定律”的探究实验，以下说法错误的是（）A．本实验采用的研究方法有“控制变量法”和“转换法”B．通电后会发现在相同时间内乙产生的热量是丙产生热量的2倍C．若要探究导体的电阻对电热的影响，应该选择观察甲、乙D．图丙中外接5Ω电阻的作用是改变流过电阻D的电流，使通过电阻A、D的电流不同【答案】B【详解】A．电流通过电阻丝产生的热量越多，容器内空气吸收的热量越多，气体的温度越高，容器内气体压强就越大，气体推动U形管中液体移动，则U形管中液面的高度差就越大，即通过U形管中液面高度差的变化可以反映电流产生热量的多少，采用了转换法；由于电流通过导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间有关，所以探究电流通过导体产生的热量跟某个因素的关系时，要用到控制变量法，故A正确，不符合题意；B．由图可知，乙容器中的电阻是和丙容器中的电阻的2倍，乙的电流是丙的电流的2倍，根据Q=I2Rt可知，乙中产生的热量是丙的8倍；故B错误，符合题意；C．要探究电阻对电热的影响，应控制通电时间和电流大小相同，电阻大小不同，故应该选用甲和乙，故C正确，不符合题意；D．因为并联电路中的电阻比任何一个电阻都小，当丙容器外连接的5Ω电阻后，通过丙容器内电阻的电流减小，因此图丙中右侧盒外连接的5Ω电阻的作用是改变丙容器内电阻的电流；由于这两个电阻丝是相同的，通过它们的电流也相同，故外接5Ω电阻的作用是使通过金属丝A、D的电流不同，故D正确，不符合题意。故选B。2．当温度降低到一定程度时，某些材料的电阻会突然变为零，这种现象称为超导现象，这种材料称为超导材料。超导材料的应用前景十分诱人。假如科学家研制出室温下的超导材料，它可以应用在图中的（）A．白炽灯的灯丝 B．电饭锅的发热体C．电烤箱的电热丝 D．电动机的线圈【答案】D【详解】A．白炽灯的灯丝必须在白炽状态下才能正常发光，若用超导材料制作灯丝，灯丝电阻为零，无法将电能转化为内能，故A不符合题意；BC．电饭锅的发热体和电烤箱的电热丝都是利用电流的热效应工作的，若用超导材料制作，则电阻为0，电能不能转化为内能，故BC不符合题意；D．电动机的线圈用超导体材料制作，则电动机通电后，产生的热量为零，电能全部转化为机械能，故电动机的线圈可以用超导材料制作，故D符合题意。故选D。3．如图甲所示电路，电源电压恒为4.5V，闭合开关S后，滑片P由右端向左滑动，因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，电流表读数I与滑片P滑动距离d的关系如图乙所示。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2.5V。电压表的量程为“03V”，电流表的量程为“00.6A”。则正确的是（）A．当电流表开始有读数时，R1接入电路的阻值为12.5ΩB．当滑片P移到d=2cm处时，电阻R1在10s内产生的热量为3.2JC．当滑片P移到d=6cm处时，R0消耗的电功率为0.225WD．若R1未断路，最大阻值约为30Ω，为保护电路安全，R0的电功率变化范围是0.181.62W【答案】D【详解】A．电流表开始有读数时，闭合开关S1，此时电压表测R1电压，即U1=2.5V，由图乙可知此时电流表示数为0.16A，因为R1与R0串联，串联电路中电流处处相等，因此I1=0.16A，根据可得，此时R1接入电路的阻值故A错误；B．当P在2cm处时，R1两端电流I1=0.16A，R1=15.625Ω，根据可得，10s内产生的热量故B错误；C．当滑片P移到d=6cm处时，由图乙可知，，由选项A解析可知，当P在2cm处时，电路中电流I为0.16A，此时R1为15.625Ω，而R总=R1+R0=因此R0=R总R1=28.125Ω15.625Ω=12.5ΩP0=故C错误；D．若R1未断路，由于电压表测R1电压，量程为0~3V，因此U1为3V时，R1接入电路的阻值也最大，此时U0=1.5V，通过电路的电流最小为I最小=P0最小=当P在最左端时，电路中总电阻最小为R0=12.5Ω，此时电路中电流最大I最大=P0最大=因此R0的电功率变化范围是0.181.62W，故D正确。故选D。4．如图所示，电源电压为6V，定值电阻R=4Ω，在a、b两点间接入以下装置后，闭合开关S。下列说法正确的是（）A．接入一个电压表时，电压表无示数B．接入一段导线，2s内电阻R放热9JC．接入一个6Ω的电阻Rab，电路总功率为6WD．接入一个“2V，0.5A”的小灯泡（电阻不变），小灯泡会被烧坏【答案】D【详解】A．电压表的内阻很大，相当于断路，但电压表可以直接测量电源的电压，此时电压表有示数约为电源的电压，故A错误；B．导线一般电阻为0，接入一段导线，2s内电阻R放出的热量为故B错误；C．接入一个6Ω的电阻Rab，电路总功率为故C错误；D．小灯泡的电阻为电路中的电流为大于小灯泡的额定电流0.5A，小灯泡会被烧坏，故D正确。故选D。5．如图为“探究焦耳定律”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。将容器中的电阻丝R1、R2串联在电路中，且R1>R2.下列说法正确的是（）A．闭合开关后，通过R1的电流小于R2的电流B．闭合开关后，甲管中液面上升比乙快C．该实验装置用于探究电压和通电时间一定时，电热与电阻的关系D．闭合开关后，要使电流增大，应将滑动变阻器滑片P向右移动【答案】BD【详解】A．由上图可知，闭合开关后，两电阻串联，由串联电路电流的规律，通过R1的电流等于R2的电流，故A错误；B．电阻丝产生的热量不易直接观察，可给等质量的空气加热，气体吸热越多，气体膨胀程度越大，U形管内的液面高度差越大，采用了转换法。闭合开关后，因通过两电阻丝的电流和通电时间相同，R1>R2，根据焦耳定律Q=I2Rt可知，R1产生的热量多，由转换法，甲管中液面上升比乙快，故B正确；C．电流通过导体产生的热量与通过的电流、导体的电阻和通电时间有关，研究与其中一个因素的关系时，要控制另外两个因素不变，因通过两电阻丝的电流和通电时间相同，而电阻大小不同，两个电阻的电压不同，故该实验装置用于探究电流和通电时间一定时，电热与电阻的关系，故C错误；D．闭合开关后，要使电流增大，由欧姆定律应减小变阻器连入电路的电阻，故应将滑动变阻器滑片P向右移动，故D正确。故选BD。6．如图所示，电源电压恒定不变，已知R1∶R2=3:5，如果闭合开关S，则它们两端的电压之比U1∶U2=___________；如果通电1min，电流通过它们产生的热量之比Q1∶Q2=___________。【答案】3∶53∶5【详解】[1]由电路图知，两电阻串联在电路中，据串联电路的分压特点知U1∶U2=R1∶R2=3∶5[2]串联电路中，电流处处相等，据Q=I2Rt得，相同时间内电流通过两个电阻产生的热量之比Q1∶Q2=R1∶R2=3∶57．在特高压输电工程中，若输电功率一定，将输电电压从400kV提高到800kV，则输电电流将从I变为____I，输电线路上损失的电能将_____（填“增加”、“减少”或“不变”）。【答案】减少【详解】[1]由得，当将输电电压从400kV提高到800kV，电压变为原来的2倍，电流变为原来的，即则输电电流将从I变为。[2]输电线的电流变大，输电线的电阻不变，通电时间不变，由得，输电线产生的热量变多，输电线损失的电能将减少。8．品学兼优的小雄同学周末在家里用电饭煲给父母煲粥。他发现该电饭煲有“加热”和“保温”两个挡位，模拟电路图如图所示。当闭合开关S1，断开开关S2时，电饭煲处于___________挡。在220V电压下，处于该挡位的电饭锅10min产生的热量是___________J。（已知R1=44Ω，R2=2376Ω）【答案】保温12000【详解】[1]当闭合开关S1、S2时，R2短路，电路中只有R1工作；当闭合开关S1、断开S2时，R1、R2串联；根据串联电阻的特点可知，串联的总电阻大于任一分电阻，根据可知，闭合开关S1、断开S2时电路中总功率最小，电饭煲处于保温挡。[2]由串联电阻的特点，保温挡时电路中的总电阻R=R1+R2=44Ω+2376Ω=2420Ω处于该挡位的电饭锅10min产生的热量为9．如图所示，电源电压恒定，滑动变阻器的最大阻值为20Ω，小灯泡正常工作的电压是3V，正常工作的电流是0.2A，求：（1）小灯泡正常工作时的电阻是多少？（2）当S闭合，S1、S2都断开时，当滑动变阻器接入电路中的阻值为15Ω时，小灯泡正常工作，求电源电压是多少？（3）保持滑动变阻器的位置不变，再闭合S1、S2，此时电流表示数1.0A，求R0的阻值是多少？经过1min后R0产生的热量是多少？【答案】（1）15Ω；（2）6V；（3）10Ω；216J【详解】解：（1）小灯泡的电阻为（2）当S闭合，S1、S2都断开时，灯L与滑动变阻器串联，由于滑动变阻器接入电路中的阻值为15Ω，小灯泡正常工作，此时小灯泡接入电路的电阻为15Ω，且电路中的电流为I=I额=0.2A电路中的总电阻为R总=15Ω+15Ω=30Ω电源电压为U=IR总=30Ω×0.2A=6V（3）当S，S1、S2都闭合，灯L短路，R0与滑动变阻器并联，并且滑动变阻器接入的电阻为15Ω，通过R0的电流为通过R0的电流为I0=II滑=1A0.4A=0.6AR0的电阻