【全国通用】2023年中考物理易错题汇编——17 焦耳定律常考易错陷阱分析（原卷版+解析版）

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     0.4     192

【强化1】如图所示，电源电压保持不变，灯泡标有“12V   12W”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】24    480

【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(t-t0)=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     3.36×105    70

【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12.5Ω

B．当滑片P移到d =2cm处时，电阻R1在10s内产生的热量为3.2J

C．当滑片P移到d =6cm处时，R0消耗的电功率为0.225W

D．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=28.125Ω-15.625Ω=12.5Ω

P0=

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9J

C．接入一个6Ω的电阻Rab，电路总功率为6W

D．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∶5     3∶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∶5

7．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）15 Ω；（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=15 Ω+15 Ω=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=I-I滑=1A-0.4A=0.6A

R0的电阻为

经过1min后R0产生的热量为

Q=W=UI0t=6V×0.6A×60s=216J

（1）小灯泡正常工作时的电阻是15Ω；

（2）电源电压是6V；

（3）R0的阻值是10Ω，经过1min后R0产生的热量216J。

10．如图是探究“电流通过导体时产生热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气；

（1）实验中通过观察液面高度的变化来比较电流通过导体产生热量的多少，这种方法叫 __________（填“转换法”或“等效替代”）；

（2）图甲可探究电流产生的热量与 __________的关系，图乙可探究电流产生的热量与 __________的关系；

（3）接好甲电路，闭合开关，通电一段时间后，__________（填“左”或“右”）侧U形管中液面高度变化大，此实验现象表明，在电流和通电时间相同的情况下，__________越大，所产生的热量越多。

【答案】     转换法     电阻     电流     右     电阻

【详解】（1）[1]电流产生的热量不便于用眼睛直接观察和测量，通过U形管内液柱的高度差来反映，这种方法是初中物理常用的转换法。

（2）[2]由图甲可知，两个盒中的电阻丝串联，通过两电阻丝的电流和通电时间相同，只是电阻不同，根据控制变量法可知，研究的是：当通过的电流和通电时间相同时，电流产生的热量与导体电阻大小的关系。

[3]因为并联电路中的电阻比任何一个电阻都小，当乙图中右侧盒外连接的5Ω电阻后，右侧5Ω的电阻分压较小，由此可知，右侧电阻的电流减小，因此乙图中右侧盒外连接的5Ω电阻的作用是改变右侧电阻的电流；把电阻接在盒子外侧，是为了控制好变量，不改变右侧盒内电阻，便于探究电流通过导体产生的热量与电流的关系。

（3）[4][5]由图甲可知，两个盒中的电阻丝串联，通过两电阻丝的电流和通电时间相同，只是电阻不同，由可知，在电流和通电时间相同时，右侧电阻较大，产生的热量较多，右侧U形管中液面高度变化大；所以，此实验现象表明，在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，所产生的热量越多。