2025年中考物理压轴题训练——焦耳定律的综合计算

2025年中考物理压轴题训练——焦耳定律的综合计算 一、计算题 1．有一种电加热恒温箱，工作原理如图1所示，控制电路由电压为U1=9V的电源、开关、电磁继电器（线圈电阻不计），电阻箱R0和热敏电阻R1组成；工作电路由电压为U2=220V的电源和电阻为R2=44Ω的电热丝组成。其中，电磁继电器只有当线圈中电流达到60mA时，衔铁才吸合，切断工作电路；热敏电阻R1的阻值随温度变化关系如图2所示。 （1）求电热丝工作时的功率和在10min内产生的热量； （2）如果恒温箱的温度设定为50℃，求电阻箱R0应接入电路的阻值。 2．图是汽车座椅的加热电路，R1和R2是电热丝，旋钮开关可绕O点转动，已知电源电压恒为12V，R1的阻值为12Ω，低温挡功率为8W。若将开关旋至“2”位置，通电100s，R2产生的热量为 J。 3．如图甲是一款新型智能家用电暖器，该电暖器具有升温快、热效高、智能控温的特点，其简化电路图如图乙所示，与为电热丝，加热功率为1100W，保温功率为220W。求： （1）电暖器加热时的电流是多少安？ （2）电阻的阻值是多少欧？ （3）电暖器加热5min，电阻产生的热量是多少焦？ 4．如图所示电路，电源电压保持不变，灯泡L上标有“6V 0.2A”的字样。闭合开关S，灯泡正常发光，此时电流表的示数为1A，设灯丝电阻不变，求： （1）灯泡正常发光时的电阻； （2）通过定值电阻R的电流I； （3）通电10s后定值电阻R产生的热量。 5．海洋表层海水和深层海水之间存在着20℃以上的温差，据测算，全球热带海洋的水温只要下降1℃，就能释放出1200亿千瓦的能量。图甲是我国首套20kw海洋漂浮式温差能发电装置搭载“海洋地质二号”船在南海成功完成海试图，图乙是海洋温差发电系统的原理图。蒸发器中液态的工作物质（氨）从表层温水中吸热，汽化为高压蒸汽，蒸汽推动涡轮机转动，带动发电机发电。完成发电后的气态工作物质在冷凝器中向深层低温海水放热，重新变为液态，再送回蒸发器循环使用。发电机的参数如表所示（g取10Nkg） 额定发电功率 40kW 额定发电电压 400V 线圈电阻 0.1Ω 净重 100kg 底部面积 0.05m2 （1）把这台发电机放在水平地面上，对水平地面的压强为多少Pa； （2）发电机正常工作时，线圈电阻每秒钟产生的热量为多少J？如发电机的线圈用超导材料制作，则该发电系统的输出功率将提高百分之多少？ （3）已知煤电转换关系为β=380g/kW·h，如果用烧煤的方法来发电，则这台发电机1h产生的电能需要烧多少千克煤？ 6．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。 7．如图所示，电源电压为12V，且保持不变，已知滑动变阻器R3的最大阻值为20Ω，定值电阻R1 = 10Ω，R2= 15Ω，电流表的量程为0.6A。 (1)S、S1闭合，S2断开时，要使电流表的示数最小，则滑动变阻器的滑片P应滑到何处？此时电压表的示数为多少？10min内电流通过R1产生的热量是多少？ (2)S、S2闭合，S1断开时，求电路允许消耗的最大功率。 8．如图甲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，开关闭合后，电动机在10s内将重40N的物体匀速提升7m，此时电流表读数为2A，电压表读数为6V，已知电动机正常工作时的能量转化关系如图乙所示，不计任何摩擦，求： （1）电动机在10s内提升重物做的机械功； （2）在10s内电动机消耗的电能； （3）电动机线圈电阻； 9．如图所示的电路中，电源电压保持不变，电阻R1=20Ω，闭合开关S后，电流表A的示数为0.6A，电流表A1的示数为0.2A。求: （1）R1两端的电压； （2）R2的阻值； （3）R2在5min内产生的热量是多少？ 10．图为小颖同学设计的电热水器的原理图，该电热水器具有加热、保温功能．图中电磁继电器(线圈电阻不计)、热敏电阻R、保护电阻R0、电压恒为6V的电源U1、导线等组成控制电路．当电磁铁线圈中的电流I<10mA时，继电器上方触点和触点c接通；当电磁铁线圈中的电流I≥10mA时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点和触点a、b接通．热敏电阻中允许通过的最大电流I0＝15mA，其电阻R随温度变化的规律如图，热敏电阻和加热电路中的三只电阻R1、R2、R3均置于储水箱中．已知R1＝33Ω、R2＝66Ω、R3＝154Ω、U2＝220V． (1)衔铁被吸下时，加热电路的总电阻是多大? (2)保温状态下，若加热电路的发热功率等于热水器散热功率的80％，求10分钟内热水器散失的热量； (3)为使控制电路正常工作，保护电阻R0的阻值至少为多大?若R0为该值，衔铁刚好被吸下时储水箱中水温是多少? 11．实践基地芒果获丰收，为筛选优质大果，设计自动筛选装置如图甲，检测装置电路图如图乙，电源电压恒为12V，电阻为20Ω，R为压敏电阻，其阻值随压力变化关系如图丙。当电路电流小于0.15A时，不达标的芒果将被推离传送带，达标芒果继续被传送到指定位置，实现自动筛选。求： （1）若R与阻值相等，R消耗的电功率，电流1min通过R产生的热量； （2）此装置能筛选出重力至少为多大的芒果； （3）若想筛选出重力至少为2N的芒果，有同学建议：仅适当增加的阻值即可。你认为他的建议可行吗？若可行，请计算出此时的阻值。 12．将的电阻和的电阻串联，的电压为6V，求： （1）通过电阻的电流. （2）电阻在1min内产生的热量. 13．小华组装了一台直流电动机模型，她将电动机模型接入如图（a）所示的电路中，已知电源电压U=3V，并保持不变，线圈电阻R=1．5Ω，接通电路后，电动机正常转动，电流表读数I=0．8A，已知电动机正常工作时的能量转化关系如图（b）所示，摩擦不计，求： （1）电动机正常转动1min消耗的电能W和线圈产生的热量Q． （2）电动机输出的机械功率P． （3）电动机能量转换效率η． 14．在如图所示的电路中，电源电压保持不变，。 （1）当、断开，闭合时，电流表示数为0.2A，求电源电压； （2）当、闭合，断开时，求电流表的示数； （3）当、闭合，断开时，通电1min，电阻产生的热量。 15．如图所示是某种电热饮水机的简化电路示意图，R1和R2都是对水加热的加热电阻丝，饮水机有加热和保温两种工作状态（由机内温控开关S自动控制），阅读该饮水机说明书可知：热水箱容积2L，额定电压220V，加热时的功率为550W，保温时的功率为50W。则： （1）饮水机处于保温状态时温控开关S应处于什么状态？ （2）在加热状态下，通过饮水机的电流是多少？ （3）R1的阻值是多少？ （4）在用电高峰期，加在该饮水机的实际工作电压只有200V，此时的实际加热功率是多少？（结果保留一位小数） 16．甲图是一种由酒精气体传感器制成的呼气酒精测试仪，其原理如乙图所示：定值电阻R2=40Ω，电源电压U=12V，其中R1为酒精传感器，其阻值随酒精浓度增大而减小，部分对应关系如下表所示，求： 酒精浓度mg/mL 0 0.2 0.4 0.6 0.8 R1/Ω 80 60 40 20 10 （1）检测者未喝酒时，通过R1的电流。 （2）某次检测中，电压表示数为4V，R2在0.5s内产生的热量。 （3）电压表示数为4V时，是否属于酒驾？（酒驾标准为：0.2mg/L≤酒精气体浓度≤0.8mg/mL） 17．如图所示电路中，电源电压恒为30V，电阻R1为15Ω。同时闭合开关S1、S2时，电流表的示数为2.5A。求： （1）电阻R2的阻值； （2）通电lmin电阻R1产生的热量。 18．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？ 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 1．（1）1100W，6.6×105J；（2）50Ω 【详解】解：（1）电热丝工作时的功率 电热丝在10min内产生的热量 （2）由图2可知，当温度为50℃时，热敏电阻的阻值R1=100Ω；此时衔铁应吸合，切断工作电路，那么控制电路的电流为 I=60mA=0.06A 控制电路的总电阻 电阻箱接入电路的阻值 R0=R总-R1=150Ω-100Ω=50Ω 答：（1）电热丝工作时的功率1100W，在10min内产生的热量是6.6×105J； （2）电阻箱R0应接入电路的阻值是50Ω。 2．2400 【详解】根据 可知，总电阻越小，功率越大，当旋钮开关旋到2时，此时只有R2接入，电阻比较小，为高温档。“低温”档功率为8W，低温的总电阻为 已知阻值为12Ω，的阻值为 在“高温”档，通电100s时间，产生的热量为 3．（1）5；（2）44；（3）0 【详解】解：由图得，当两开关均闭合时，电路为R1的简单电路，电路电阻较小，由得，电路电功率较大，为加热挡；当开关S1闭合、S2断开， R1、R2串联，电路电阻较大，由得，电路电功率较小，为保温挡。 （1）由得，电暖器加热时的电流是 （2）由得，电阻的阻值是 （3）加热挡时，电阻R2被电短路，通过的电流为0A，则暖器加热5min，电阻R2产生的热量是0J。 答：（1）电暖器加热时的电流是5安； （2）电阻的阻值是44欧； （3）电暖器加热5min，电阻产生的热量是0焦。 4．（1）30Ω；（2）0.8A；（3）48J 【详解】解：（1）灯泡正常发光时的电阻 （2）小灯泡正常发光时的电流为0.2A。由电路图知，闭合开关，灯泡和电阻并联在电路中，电流表测干路的电流，此时灯泡正常发光，电源电压为6V，则通过定值电阻R的电流 I=I总-I灯=1A-0.2A=0.8A （3）通电10s后定值电阻R产生的热量 Q=UIt=6V×0.8A×10s=48J 答：（1）灯泡正常发光时的电阻为30欧； （2）通过定值电阻R的电流I为0.8A； （3）通电10s后定值电阻R产生的热量为48J。 5．（1）2×104Pa；（2）1000J，2.5%；（3）15.2kg 【详解】解：（1）发电机放在水平地面上时，对地面的压力大小等于其重力大小，所以对水平地面的压强为 （2）正常工作时的输出电流为 则由焦耳定律可知线圈电阻每秒钟产生的热量为 Q=I额2Rt=100A×100A×0.1Ω×1s=1000J 线圈电阻消耗的电热功率为 P热=I额2R=100A×100A×0.1Ω=1000W 若改用超导材料制作发电机线圈，则机械能全部转化为电能，增加的功率即为原线圈损耗的功率，即 ΔP=P热=1000W 所以可得该发电系统的输出功率提高的百分比为 （3）该发电机1h产生的电能为 W=Pt=40kW×1h=40kW·h 由已知条件可知煤电转换关系为β=380g/kW·h，所以可得需要烧煤的质量为 m煤=βW=380g/kW·h×40kW·h=15200g=15.2kg 答：（1）发电机放在水平地面上，对水平地面的压强为2×104Pa； （2）线圈电阻每秒钟产生的热量为1000J，如发电机的线圈用超导材料制作，该发电系统的输出功率将提高2.5%； （3）需要烧煤的质量为15.2kg。 6．（1）6V；（2）36J 【详解】解：（1）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 （2）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：（1）电源电压为6V； （2）通电10s内电阻R1产生的热量为36J。 7．(1)a端，8V，960J；(2)7.2W 【分析】(1)S、S1闭合，S2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，当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，电路中的电流最小，据此判断滑片的位置，根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的电流，再根据欧姆定律求出电压表的示数，根据求出10min内电流通过R1产生的热量。 (2)S、S2闭合，S1断开时，R2与R3串联，电压表测R3两端的电压，电流表测电路中的电流，根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路中的电阻为零时电路中的电流，然后与电流表的量程相比较确定电路中的最大电流，此时电路的功率最大，根据求出其最大值。 【详解】(1)S、S1闭合，S2断开时，R1和R3串联在电路中，电源电压不变，要使电流表的示数最小，电路的电阻应该最大，滑动变阻器连入的电阻最大，即滑片在a端； 因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，则电路中的最小电流 此时电压表的示数 10min内电流通过R1产生的热量 (2)S、S2闭合，S1断开时，R2和R3串联在电路中，电压表测R3两端的电压，电流表测电路中的电流，当滑动变阻器接入电路中的电阻为零时，电路中的电流 为了使电路安全，此时电路中允许的最大电流为0.6A，电路的功率最大，则电路最大功率 答：(1)S、S1闭合，S2断开时，要使电流表的示数最小，则滑动变阻器的滑片P应滑到a端，此时电压表的示数为8V，10min内电流通过R1产生的热量是960J；(2)S、S2闭合，S1断开时，电路允许消耗的最大功率7.2W。 8．（1）280J；（2）360J；（3）2Ω 【详解】解：（1）电动机将重40N的物体提升了7m，则电动机在10s内提升重物做的机械功（有用功）为 （2）总电压为24V，电阻R两端的电压为6V，电动机两端的电压为 电路中的电流I为2A，则10s内电动机消耗的电能即总功为 （3）则电动机线圈产生的内能为 由可知，电动机线圈的电阻为 答：（1）电动机在10s内提升重物做的机械功为400J； （2）在10s内电动机消耗的电能为360J； （3）电动机线圈电阻为2Ω。 9．（1）4V；（2）10Ω；（3）480J 【详解】解：（1）由电路图可知，R1与R2并联，电流表A测干路电流，电流表A1测R1支路的电流。由可得，R1两端的电压为 （2）因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以，通过R2的电流为 因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，R2的阻值为 （3）R2在5min内产生的热量为 答:（1）R1两端的电压为4V； （2）R2的阻值为10Ω； （3）R2在5min内产生的热量是480J。 10．（1）22Ω；（2）1.65×105J；（3）60℃ 【详解】（1）由电路图知：衔铁被吸下时，R1、R2并联，由并联电路的特点知 电路总电阻 答：衔铁被吸下时，加热电路的总电阻是22Ω。 （2）由电路图知，保温状态下：R2、R3串联，10min加热电路产生的热量 10分钟内热水器散失的热量 答：10分钟内热水器散失的热量是1.65×105J． （3）由由图2可知，热敏电阻的最小值是R=200Ω，当R最小，控制电路中的电流不超过最大值时，保护电阻R0阻值最小，由得：保护电阻R0的最小值 由题意知，衔铁刚好被吸下时，电路电流 I=10mA=0.01A 此时电流总电阻 此时热敏电阻 R=R总﹣R0=600Ω﹣200Ω=400Ω 由图2可知，此时水温为为60℃。 答：保护电阻R0的阻值至少为200Ω，衔铁刚好被吸下时储水箱中水温是60℃。 11．（1）1.8W，108J；（2）1N；（3）可行，40Ω，计算见解析 【详解】解：（1）当R与R0阻值相等，电路中的总电阻为 电路中的电流为 R消耗的电功率为 电流1min通过R产生的热量 （2）当电路中电流为0.15A时，电路中的电阻为 R此时的电阻为 由图丙可知，当电阻为时，对应的压力为1N，即芒果的重力为1N，所以此装置能筛选出重力至少为1N的芒果。 （3）根据图丙，可知，当芒果的重力为2N，也就是检测装置所受压力为2N，此时压敏电阻的阻值为，则需要R0的阻值为 适当增加R0的阻值，可以筛选出重力至少为2N的芒果。 答：（1）R消耗的电功率为，电流1min通过R产生的热量108J； （2）此装置能筛选出重力至少为1N的芒果； （3）可行，此时R0的阻值为。 12．（1）1.5（2）540 【详解】解：（1）由两电阻串联，可得 答：通过电阻的电流为1.5A ． （2）由焦耳定律，可得 答：电阻在1min内产生的热量为540J． 13．(1)电动机正常运转时消耗的电能为144J，线圈产生的热量为57.6J； (2)电动机输出的机械功率为1.44W； (3)电动机的能量利用率为60%． 【分析】（1）题目中告诉我们电压和电流以及时间，我们可以直接利用W＝UIt求出电功，电机不转时：由I＝求得电动机线圈的电阻，再由焦耳定律求产生的热量．（2）由能量的转化与守恒可知，电机输出的机械功为电机正常运转时消耗的电能减去线圈产生的热量，再利用P＝可求得机械功率．（3）由能量转化与守恒知，电能转化为机械能与内能，再根据公式η＝×100%计算能量利用率． 【详解】(1)t＝1min＝60s，电机正常运转时消耗的电能：W＝UIt＝3V×0.8A×60s＝144J.线圈产生的热量Q＝I2Rt＝(0.8A)2×1.5Ω×60＝57.6J，(2)由能量守恒定律得，电机输出的机械功W1＝W−Q＝144J−57.6J＝86.4J,机械功率P＝＝1.44W;(3)由能量转化与守恒知，电能转化为机械能与内能，能量利用率：η＝×100%＝×100%＝60%. 14．（1）6V；（2）0.9A；（3）108J 【详解】解：（1）断开，闭合时，和串联，电流表测电路的电流，由欧姆定律得电源电压为 （2）闭合，断开时，和并联，电流表测干路的电流，则流过R1的电流 流过R2的电流 则并联电路的总电流为 故电流表的示数为0.9A。 （3）S1、S2闭合，S3断开时，由（2）知流过R2的电流I2=0.3A，故由焦耳定律得，电阻R2产生的热量 答：（1）电源电压为6V； （2）当S1、S2闭合，S3断开时，电流表的示数为0.9A； （3）当S1、S2闭合，S3断开时，通电1min，电阻R2产生的热量为108J。 15．（1）S是断开状态；（2）2.5A；（3）88Ω；（4）454.5W 【详解】解：（1）开关S闭合时，只有电阻R1接入电路，当开关S断开时，电阻R1和R2串联，要使饮水机处于保温状态，根据电功率公式 总电阻越大，总功率越小，因此当开关S断开时，饮水机处于保温状态。 （2）在加热状态下，开关S闭合，只有电阻R1接入电路，加热时的功率为550W，此时电流为 （3）电阻R1阻值 （4）当实际电压为200V时实际加热功率为 答：（1）饮水机处于保温状态时温控开关S是断开状态； （2）在加热状态下，通过饮水机的电流是2.5A； （3）R1的阻值是88Ω； （4）实际工作电压只有200V时，实际加热功率是454.5W。 16．（1）0.1A；（2）0.8J；（3）是 【详解】解：（1）由图像可知，当被检测者未喝酒时，即酒精气体的浓度为0时，R1的电阻为80Ω，通过R1的电流 （2）由电路图可知，传感器R1和定值电阻R2串联，电压表测传感器R1两端的电压；当电压表示数为4V，由串联电路电压的规律知，定值电阻R2两端的电压 此时电路的电流为 R2在0.5s内产生的热量 （3）电压表示数为4V时，由 得，酒精传感器的电阻 由表格数据可知，被检测者的酒精气体浓度为0.6mg/mL，在0.2mg/L≤酒精气体浓度≤0.8mg/mL之间，所以属于酒驾。 答：（1）检测者未喝酒时，通过R1的电流为0.1A； （2）某次检测中，电压表示数为4V，R2在0.5s内产生的热量为0.8J； （3）电压表示数为4V时，是属于酒驾。 17．（1）60Ω；（2）3600J 【详解】解：（1）由电路图可知，同时闭合开关S1、S2时，R1与R2并联，电流表测干路电流。由并联电路中各支路两端的电压相等，等于电源电压；所以，通过电阻R1的电流 因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以，通过R2的电流 则根据欧姆定律得，电阻R2的阻值 （2）通电1min，电阻R1产生的热量 答：（1）电阻R2的阻值为60Ω； （2）通电1min，电阻R1产生的热量为3600J。 18．(1)   (2) 1W   (3) 300J 【详解】(1)灯与电阻箱串联，在串联电路中灯泡正常发光时： ， ； (2)当电流0.5A时： ， 灯泡消耗的功率为： ； (3)由焦耳定律公式得： 。 答：(1)小灯泡正常发光时的电阻为； (2)灯泡消耗的功率为1W； (3)1min内电阻箱上产生的热量是300J。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$