中考物理焦耳定律的应用问题的综合复习及答案

一、初中物理焦耳定律的应用问题

1．新的国家标准对延长线插座配用的导线横截面积要求做了修改，额定电流16A 的延长线插座，导线最小横截面积由1mm 2提升到1.5mm 2。这样做的目的是 A ．增大导线的电阻 B ．减小通过导线的电流 C ．增大导线上的电压 D ．减小导线的发热功率

【答案】D 【解析】 【详解】

当材料、长度相同时导体的电阻跟横截面积成反比，将导线最小横截面积由1mm 2提升到1.5mm 2，从而减小导线的电阻，根据焦耳定律2Q I Rt =知道，当通电时间一定时，电阻越小，导体产生的热量越少，因此这样做可以减小导线发热的功率，故选D 。

2．两个发热电阻R 1:R 2=1:4,当它们串联在电路中时，R 1、R 2两端的电压之比U 1:U 2=_____；已知R 1=10Ω,那它们并联在4V 电路中,两个电阻在100s 内产生的热量是_______J ． 【答案】1：4 200 【解析】 【分析】 【详解】

两电阻串联在电路中时时，电流相等，根据U IR =得，R 1、R 2两端的电压之比：

11122214

U IR R U IR R ===； 已知110ΩR =，则

214410Ω40ΩR R ==?=；

根据2

U Q W t R

==得两个电阻在100s 内产生的热量为：

2222

1212(4V)(4V)100s 100s 200J 10Ω40Ω

U U Q W W t t R R =+=+=?+?=总．

3．如图甲所示，为额定电压为 6V 的灯泡 L 的 I -U 图像．如图乙所示的电路，电源电压 12V 不变，R 1 为定值电阻，R 2 为滑动变阻器，闭合开关 S 1，滑片 P 从最右端移动到最左端，电压表示数变化范围为 2V~6V ，则灯泡的额定功率是____W ，R 1 的阻值为_____Ω，滑动变阻器 R 2 两端的最大电压为_____V ，移动滑片 P 使R 2 接入电路的阻值为变阻器最大阻值的 7/15，通电 1min R 2 产生的热量为_____J 。

【答案】3.6 10 6 105 【解析】 【分析】 【详解】

[1]由灯泡L 的I - U 图象可知，当额定电压U = 6V 时，灯泡的额定电流I = 0.6A ，则灯泡额定功率

6V 0.6A 3.6W P UI ==?=

[2]当滑片P 在在最左端时，变阻器没有连入电路，电压表示数为6V ，由图象可知，这时电路中的电流为

I 大=0.6A

由串联电路的电压特点和欧姆定律可得，电源电压

L 1U U I R =+大

即

112V 6V 0.6A R =+?

解得

110R =Ω

[3]由电路图可知，当滑片P 在最右端时，滑动变阻器全部接入电路，R 1与R 2灯泡串联，电 压表测灯泡两端电压，此时电压表示数最小，为

U 小= 2V

由图象可知，这时电路中的电流为

I 小= 0.4A

由串联电路的电压特点和欧姆定律可得，电源电压

12L U U I R U =++小小

滑动变阻器R 2两端的最大电压

212V 2V 0.4A 106V U =--?Ω=

[4]当滑片P 在最右端时，滑动变阻器全部接入电路，通过的电流为

I 小= 0.4A

则此时滑动变阻器的阻值为

226V =150.4A

U R I =

=Ω小 移动滑片 P 使R 2 接入电路的阻值为变阻器最大阻值的 7/15，则此时滑动变阻器的阻值为

'27

15715

R =

?Ω=Ω 则

'''

L 12U U I R I R =++

由图分析可知，当电流'=0.5A I ，灯泡两端电压U L =3.5V 时，等式

12V 3.5V+0.5A 10Ω+0.5A 7Ω=??

成立，即此时通过R 2的电流为0.5A ，则通电1min R 2 产生的热量为

()2

'2'

20.5A 7Ω60s=105J Q I R t ==??放

4．从产品说明书得知，一台“6 V 3 W ”的迷你型小风扇，电动机线圈阻值0.1Ω，则小风扇正常工作2min 电动机线圈产生的热量为____J 。 【答案】3 【解析】 【分析】 【详解】

电路中线圈的电流为

3W

0.5A 6V

P I U =

== 电路中通过线圈的电流为产生的热量为

Q =I 2Rt =(0.5A) 2×0.1Ω×2×60s=3J

5．将阻值为R 甲=40Ω和R 乙=10Ω的两个电阻串联后接在电源上，相同时间内，两电阻中产生热量较多的是 _____。若将两电阻并联后接在4 V 的电源上，1 min 内两电阻产生的总热量为_____J 。 【答案】R 甲 120 【解析】 【分析】 【详解】

[1]已知R 甲＞R 乙，根据焦耳定律Q =2I Rt ，两个电阻串联后，通过的电流相等，相同时间内，电阻R 甲产生热量较多。 [2]两电阻并联，由Q =2I Rt ,I =

U

R

得， Q 甲=2U t R 甲=()24V 60s 40Ω?=24J ，Q 乙=2U t R 乙=()24V 60s 10Ω

?=96J

共产生的热量

Q =Q 甲+Q 乙=24J+96J=120J

6．如图所示，灯泡L 上标有“6 V 6 W”字样(不计灯丝电阻的变化)。电源电压6 V 且保持不

变。定值电阻40ΩR =。只闭合开关S 1和S 3，电阻R 在100 s 产生的热量是________J ；电路在工作状态下整个电路消耗的最小功率是________W 。

【答案】90 0.78 【解析】 【详解】

[1]只闭合开关1S 和3S ，定值电阻R 和灯泡L 并联接在电路中，定值电阻R 两端的电压

R 6V U U ==

那么电阻R 在100 s 产生的热量是

()2

2R

6V 100s 90J 40Ω

U Q t R

=

?=

?=

[2]电路在工作状态下整个电路消耗的功率最小，根据2

U P R

=可知，要求总电阻最大；灯

泡L 的电阻是

()2

2

L

L L 6V 6Ω6W

U R P ==

= 当电阻R 与灯泡L 串联在电路中时，此时电路中的电阻最大，只需要闭合开关S 2，这种情况下电路消耗的最小功率是

()2

22

L 6V 0.78W 40Ω6Ω

U U P R R R ===≈++总

7．有两个灯泡L 1、L 2，L 1标有“6V 、3W ”字样，L 2没有标记，实验测得L 2的电阻为6Ω。将L 1、L 2串联接在某一电路中，两灯L 1、L 2均能正常发光（忽略温度对电阻的影响），下列计算结果正确的是（ ） A ．该电路两端的总电压为9V B ．灯L2的额定功率为3W

C ．相同时间内，灯L 1、L 2消耗的电能之比W 1﹕W 2=1﹕1

D ．相同时间内，灯L 1、L 2产生的热量之比Q 1﹕Q 2=2﹕1 【答案】AD 【解析】 【详解】

A ．接入电路后正常发光，则电路中电流

1

13W 0.5A 6V

P I U =

==， 则L 2两端电压

220.5A 6Ω3V U IR ==?=，

则总电压

126V 3V 9V U U U =+=+=总，

A 正确；

B ．根据题意可知，L 2的功率为

()2

2220.5A 6Ω 1.5W P I R ==?=，

B 错误；

C ．根据W

Pt =可知，在相同时间内消耗电能之比等于功率之比为2：1，C 错误；

D ．灯泡产生的热量等于消耗的电能，因此产生的热量之比为2：1，D 正确。

8．下列关于物理中常见电现象和磁现象的说法中一定正确的是（ ） A ．两个轻质小球放在一起时相互排斥，则两球一定带同种电荷 B ．一个开关能同时控制两盏灯，则这两盏灯一定是串联的 C ．两盏白炽灯串联通电发光，则更亮一点的电阻一定更大 D ．电功率相同的电热水壶和电风扇工作相同的时间，发热一定相等 【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】

A ．据“同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引”知，两个轻抚小球放在一起相互排斥，则两球一定带同种电荷，故A 正确；

B ．一个开关同时控制两盏灯，则这两盏灯可能是串联，也有可能是并联，因为两灯并联，开关在干路，则可同时控制两盏灯，故B 错误；

C ．串联电路中，通过两盏灯的电流相等，据P =I 2R 得，电阻越大，实际功率越大，则亮度越亮，故C 正确；

D ．电功率相同的电热水壶和电风扇在额定电压下工作相同时间，消耗的电能相等，但发热是电热水壶的大于电风扇的。因为电热水壶基本将所有的电能上转化为内能，而电风扇将大部分电能转化为机械能，小部分电能转化为内能。故D 错误。 故选AC 。

9．有许多重大火灾都是因用电线路连接处接触不良所造成的，当线路连接处接触不良时，该处的电阻将_____（减小／增大／不变），在该接触处就会局部过热引起升温，接触处的电阻又将随着温度的升高而_____（减小／增大／不变），从而形成电热的逐步积累和恶性

循环，以致引发火灾．

【答案】增大增大

【解析】

【分析】

【详解】

当线路连接处接触不良时，该处的电阻会增大；利用焦耳定律分析接触处局部过热，而金属电阻的阻值随温度升高而增大，据此分析．电路连接处与原来相比，由于接触不好，电流通过时受到的阻碍作用增大，因此电阻增大；连接处相对于其他地方电阻增大，根据焦耳定律Q=I2Rt，在电流相同、时间相同的情况下产生了更多的热量，因此导致局部温度升高，而金属导线的电阻随温度的升高而增大，电阻增大，产生的热量更多，温度升得更高，以致恶性循环引发火灾．

10．下列说法不正确的是（）

A．两个用电器组成的电路，通过它们的电流不相等，则它们一定是并联

B．三个用电器组成的电路任意一个损坏都不影响其他用电器，则它们一定是并联

C．家庭电路中若电热水壶被短路，则空气开关一定跳闸

D．功率相同的电风扇和电热水壶正常工作1h，产生的电热一定相等

【答案】D

【解析】

【分析】

【详解】

A．两个用电器组成的电路，只有并联时通过它们的电流才不相等，故A正确，A不符合题意；

B．三个用电器组成的电路任意一个损坏都不影响其他用电器，则它们一定是并联，若其中两个或三个串联，则必须同时工作，故B正确，B不符合题意；

C．家庭电路中若电热水壶被短路，电路中电流过大，则空气开关一定跳闸，故C正确，C 不符合题意；

D．功率相同的电风扇和电热水壶正常工作1h消耗的电能相同，但因为电热水壶把电能几乎全部转化成热能，而电风扇主要是把电能转化成机械能，二者产生的电热不同，故D错误，D符合题意。

故选D。

11．如下图所示，当滑动变阻器的滑片P滑至a端时，定值电阻R产生热量Q用时是

9min；当滑片P滑至b端时，定值电阻R产生相同热量Q的用时是36min，当滑片P滑至ab的中点时，若定值电阻R再产生热量Q的用时是（）

A ．20.5min

B ．20.05min

C ．20.25min

D ．22.25min

【答案】C 【解析】 【详解】

当滑动变阻器的滑片P 滑至a 端时，电路为R 的简单电路，产生热量等于消耗电能，则可由W

P t

=

得，产生热量Q 所用时间为 1221

W Q QR t U P U R

=

== 当滑片P 滑至b 端时，电路为R 与整个滑动变阻器串联电路，根据串联分压定律可求R 两端电压为

R

U U R R '=

+滑

产生热量等于消耗电能，则可由W

P t

=

得，产生热量Q 所用时间为 ()

2

222222

()Q R R W Q Q

t U RU P RU R R R +====

'+滑滑

当滑片P 滑至ab 的中点时，电路为R 与变阻器串联电路，此时滑动变阻器接入阻值为总阻值的一半，根据串联分压定律可求R 两端电压为

12

R

U U R R ''=

+滑

产生热量等于消耗电能，则可由W

P t

=

得，产生热量Q 所用时间为 2

32

2232

1

()212Q R R W Q Q t U RU P RU R R R +=

==

=

''??

+ ?

??

滑滑

由于第一次用时9min ，第二次用时36min ，带入式子求解可得，t 3=20.25min ，故选C 。

12．电熨斗通电一段时间后变得很烫，而连接电熨斗的导线却不怎么热，这主要是因为 A ．导线的电阻远小于电熨斗的电阻，导线消耗的电能很少 B ．通过导线的电流小于电熨斗的电流 C ．导线散热比电熨斗快 D ．导线的绝缘皮隔热 【答案】A 【解析】 【详解】

电熨斗跟导线串联，通过它们的电流I 和通电时间t 相等；因为2

Q I Rt =，

R R 电熨斗导线＞＞，

所以产生的热量：

Q Q 电熨斗导线＞＞，

即相同时间内导线产生的热量远小于电熨斗产生的热量，而与散热快慢、隔热效果无关，故A 正确，BCD 错误。

13．a 和b 两个定值电阻的电流与电压的关系如图所示，下列说法正确的是( )

A ．将a 和b 串联接入电路中，a 、b 两端的电压之比是1：2

B ．将a 和b 串联接入电路中，a,b 消耗的功率之比是2：1

C ．将a 和b 并联接人电路中，通过a 、b 的电流之比是1：2

D ．将a 和b 并联接入电路中，相同时间内电流通过a 、b 产生的热量之比是4：1 【答案】A 【解析】 【详解】

A ．由图可知若将a 和b 串联接入电路中，a 、b 两端的电压之比是1：2，故A 正确；

B ．由图可知若将a 和b 串联接入电路中，a 、b 消耗的功率之比为

:::2A 1:2a b a b a a P P U I U I U I U I ===

故B 错误；

C ．由图可知若将a 和b 并联接人电路中，通过a 、b 的电流之比是2：1，故C 错误；

D ．由图可知若将a 和b 并联接入电路中，相同时间内电流通过a 、b 产生的热量之比为

22:::2:1a b a a b b a b Q Q I R t I R t UI t UI t ===

故D 错误。

14．在家庭电路中，导线相互连接处往往比别处更容易发热,甚至引起火灾，原因是连接处（ ）

A ．电流比别处大，产生的热量多

B ．电流比别处小，产生的热量多

C ．电阻比别处小，产生的热量多

D ．电阻比别处大，产生的热量多 【答案】D 【解析】 【分析】

由焦耳定律知道，电流通过导体产生的热量跟电流的平方、电阻大小和通电时间成正比。导线相互连接处因为接触不良，易造成电阻变大，因为导线连接处与其他导线串联在电路中，通电时间是相同的，由焦耳定律可知电阻大的产生的热量越多，据此分析。 【详解】

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，在电流、通电时间相同时，产生的热量较多，往往比别处更容易发热，甚至引起火灾。 故选D 。

15．电路两端电压增为原来的3倍，电路的电阻降为原来的0.5倍，在相同时间内，电流产生的热量是原来的（ ） A ．6倍 B ．9倍

C ．18倍

D ．1.5倍

【答案】C 【解析】 【详解】

若原来电压为U 、原来电阻为R ，通电时间为t ，电流产生的热量为2

U Q W t R

==，现在

的电压为3U ，电阻为0.5R ，通电时间为t ，电流产生的热量为Q′：

()

2

2318

0.51U t

Q R U Q t R

'==

； 故C 正确。

16．如图甲图是小灯泡L 和电阻R 2的I-U 图象。将小灯泡L 、电阻R 1和R 2接入乙图所示电路中，电源电压恒定不变，只闭合开关S 1时，电流表示数为0.8A ；只闭合开关S 3时，小灯泡L 的实际功率为1.2W 。下列说法正确的是( )

A ．只闭合开关S 3时，小灯泡的电阻为5Ω

B ．只闭合开关S 1时，电路总功率为9.6W

C ．R 1的电阻为5Ω

D ．所有开关都闭合，在15s 内电路中产生的总热量为3200J 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】

由图知，电阻2R 为定值电阻，其阻值为

1214V 10Ω0.4A

U R I =

== 只闭合开关S 1时，电阻1R 与灯L 串联，电流表测的是整个电路的电流，由甲图知，当

0.8A I =时，灯两端的电压为L 4V U =，由此可得电源电压

1R L 10.8A 4V U U U R =+=?+ ①

当只闭合开关S 3时，电阻2R 与灯L 串联，灯消耗的实际功率为1.2W ，图甲知，当

L 2V U =时，20.6A I =，灯消耗的功率为

L 22V 0.6A 1.2W P U I ==?=

2R 两端的电压为

2220.6A 10Ω6V U I R ==?=

根据串联电路电压的特点，可知电源电压为

2L 6V 2V 8V U U U =+=+=

A ．当只闭合开关S 3时，根据欧姆定律可得U

I R

=

，可得此时灯L 的电阻为

L L 22V

3.3Ω0.6A

U R I =

=≈ 故A 错误；

B ．只闭合开关S 1时，电路中消耗的总功率为

8V 0.8A 6.4W P UI ==?=

故B 错误； C ．将U 值代入①得

18V 0.84V A R =?+

解得

15ΩR =

D ．所有开关都闭合时，R 1和R 2并联，灯被短路，在15s 内电路中产生的总热量为

()2

2

815288J 10Ω3

V U Q t s R ==?=并

故D 错误。 故选C 。

17．2019年3月，中国青年科学家曹原证实了石墨烯在特定条件下的超导性能，取得了国际超导科研领域的重大突破。利用石墨烯超导的零电阻特性进行远距离输电，将实现电能零耗损。其节能依据的原理是（ ） A ．牛顿第一定律 B ．帕斯卡定律

C ．欧姆定律

D ．焦耳定律

【答案】D 【解析】 【分析】

利用超导进行远距离输电，因为超导体的电阻为零，根据焦耳定律公式可知，没有热量产生，即没有内能的损耗。 【详解】

A ．牛顿第一定律是指一切物体在不受力的情况下，将保持静止状态或匀速直线运动状态，与题无关，故A 不符合题意；

B ．帕斯卡定律是指加在密闭液体上的压强，能够大小不变地由液体向各个方向传递，与题无关，故B 错误；

C ．欧姆定律是指一段导体通过的电流跟加在导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比，与题无关，故C 错误；

D ．焦耳定律是指一段导体产生的热量跟导体通过的电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟导体的通电时间成正比；所以当电阻为零时，导体没有热量产生，即电能零损坏，故D 正确。

故选D 。

18．甲、乙两个容积相等的电热水器，接在照明电路上，甲的电热丝阻值为121Ω，乙的电热丝阻值为72.6Ω，将它们都盛满温度相同的冷水后接入家庭电路中，通电6min 后乙电热水器中的水被烧开，则甲电热水器将水烧开需要的时间为（ ） A ．4 min B ．6 min

C ．8 min

D ．10 min

【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】

由题意可知容积相等即水的质量相等，接入家庭电路中即工作电压相等，水都烧开即升高

温度相同，则水吸收热量相等，由公式2

U Q t R =

可知2U Q t R =甲甲、2

U Q t R =乙乙，由这两个式子化简可得

6min

121Ω10min 72.6Ω

t t R R =

?=?=乙甲甲乙 故选D ．

19．在综合实践活动课上，小明设计了如图甲所示的模拟调光灯电路。电源电压恒定，R 1为定值电阻。闭合开关S 后，将滑动变阻器R 2的滑片P 由最右端向左移动，直至灯泡L 正常发光。此过程中，电流表A 的示数随两电压表V 1、V 2（电压表V 2未画出）示数变化关系图像如图乙所示。下列说法正确的是（ ）

A ．电源电压为5V

B ．电路允许的最大功率为1W

C ．小灯泡正常发光时，定值电阻R 1在1min 内产生的热量为26.25J

D ．再串联一个3Ω的电阻后，R 2的滑片可自由移动，灯泡能正常发光且安全 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】

该电路为串联电路，滑片P 由最右端向左移动，V 2示数减小，说明V 2测滑动变阻器两端电

压，则当电流为0.1A 时，R 1两端电压为

1-0.5V-3.5V=-4V R U U U =

R 1阻值表达式为

1-4V

0.1A

U R =

① 当电流为0.25A 时，R 1两端电压为

'1-0.75V-2.5V=-3.25V R U U U =

R 1阻值表达式为

1-3.25V

0.25A

U R =

②

联立①②解得

R 1=5Ω U =4.5V

A ．由上述分析可知，电源电压为4.5V ，故A 错误；

B ．小灯泡正常工作时，电路最大电流为0.25A ，则电路允许的最大功率为

max max 4.5V 0.25A=1.125W P UI ==?

故B 错误；

C ．小灯泡正常发光时，电流为0.25A ，定值电阻R 1在1min 内产生的热量为

()2

20.25A 5Ω60s=18.7J =5Q I Rt =??放

故C 错误；

D ．当滑动变阻器阻值为0时，再串联一个3Ω的电阻后，当小灯泡正常发光时，电流为0.25A ，两定值电阻分得电压为

()()1210.25A 5Ω+3Ω=2V 3L U I R +Ω?==

则灯泡两端电压为

12 4.5V-2V=2.5V L U U U =-=

为灯泡正常发光时的电压。故D 正确。 故选D 。

20．如图甲所示电路，电源电压保持不变，闭合开关S ，滑动变阻器R '的滑片P 在a 点时，电流表示数为0.5A ，将滑片P 从a 点移动到最右端的过程中，通过滑动变阻器的电流随电阻变化图像如图乙所示，则下列选项正确的是（ ）

A ．电源电压为5V

B ．R 的阻值为15Ω

C ．10s 内定值电阻R 产生的电热为9J

D ．若无论怎样移动滑片，电流表有示数且保持不变，则一定是R '断路 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】

A ．由图乙可知，当滑片P 在a 点时，R '=10Ω，电流I 1=0.3A ，此时滑动变阻器的电压

1103A 10Ω3V U I R .==?=＇

滑动变阻器与定值电阻并联，所以滑动变阻器的电压等于电源电压

13V U U ==

故A 错误；

B ．滑动变阻器R '的滑片P 在a 点时，电流表示数为0.5A ，此时定值电阻的电流

210.5A 0.3A 0.2A I I I =-=-=

定值电阻的电阻R

23V

15Ω02A

U R I .=

== 故B 正确；

C ．10s 内定值电阻R 产生的电热为

()2

2

202A 15Ω10s 6J Q I Rt .==??=

故C 错误；

D ．若无论怎样移动滑片，电流表有示数且保持不变，有可能是R '断路，也有可能是滑动变阻器R '两个下接线柱接在电路中，故D 错误。 故选B 。