中考物理焦耳定律的应用问题的综合复习及详细答案

一、初中物理焦耳定律的应用问题

1．如图所示，是研究电流热效应的部分实验电路，甲电阻丝的阻值大于乙电阻丝的阻值。比较通电后两根电阻丝各自两端的电压U 甲、U 乙以及它们在相同时间内分别产生的热量Q

甲

、Q 乙的大小，下面关系中正确的是（ ）

A ．U 甲＞U 乙，Q 甲＞Q 乙

B ．U 甲＜U 乙，Q 甲＜Q 乙

C ．U 甲＜U 乙，Q 甲＞Q 乙

D ．U 甲＝U 乙，Q 甲＝Q 乙

【答案】A 【解析】 【详解】

从图中可以看到，这两个灯泡是串联的，流过的电流大小相等，甲电阻丝的阻值大于乙电

阻丝的阻值，根据U IR =可知，U U >甲乙；根据2

Q I Rt =可知，时间相同，流过的电流

大小相同，甲电阻丝的阻值大于乙电阻丝的阻值，那么Q Q >甲乙。 故选A 。

2．小明将线圈电阻为4.84Ω的电动机接人220V 的家庭电路中，关闭其它用电器，只让电动机工作时，观察到他家标有2000imp/(kW.h)的电能表3min 内闪烁了100次，则电动机在这段时间内消耗的电能为________kW.h ，电动机线圈产生________J 的热量。 【答案】0.05 41.810? 【解析】 【分析】 【详解】

[1]电动机在这段时间内消耗的电能为

0100kW h=kW h 0.05kW h 2000

n W n =

??=? [2]根据公式W UIt =可以求出电动机线圈的电流为

60.05 3.610J 100A 220V 360s 22

W I Ut ??===?? 电动机线圈产生热量为

22

4100(A) 4.84Ω180s=18000J=1.810J 22

Q I Rt ==???

3．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

4．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

2

R

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

5．两定值电阻R A 和R B 中的电流与其两端电压的关系如图所示，若将两电阻串联在电压为3V 的电源两端，电路的总功率为________ W ，通电一段时间后，R A 和R B 产生的热量之比是________ ．

【答案】0.6 1：2 【解析】 【分析】 【详解】 由图象知，

U =3V 时，I A =0.6A ，I B =0.3A ，

根据U

R I

=

，电阻 3V 50.6A

A A U R I ===Ω， 3V 100.3A

B B U R I =

==Ω， 两电阻串联时，电路总电阻

R =R A +R B =5Ω+10Ω=15Ω，

电路总功率

22(3V)0.6W 15U P R ===Ω

；

A 、

B 两电阻串联流过它们的电流I 相等，通电一段时间产生的热量之比

2251102

A A A

B B B Q I R t R Q I R t R Ω====Ω．

6．如图是养鸡场冬季用来调控光照和室温设备的原理电路图．此设备的作用是，夜晚对鸡舍内加温，同时增大光照量，白天只进行适当保温，不进行灯光照射，可增大鸡的产蛋量．电路图中R 1、R 2是电热丝．R 1：R 2：R L =1：2：2，S 1、S 2可以同时断开或闭合，以实现白天和夜晚的用电要求．开关S 闭合（ ）

A．S1、S2同时断开时，设备运行处于白天用电状态

B．S1、S2也同时闭合时，设备运行处于夜晚用电状态

C．S1、S2同时断开时，在相同时间内R1和R2产生的热量之比为2：1

D．S1、S2也同时闭合时，若电流表示数为6A，则R1的实际功率为880W

【答案】ABD

【解析】

S闭合，S1、S2断开时，R1和R2组成串联电路，灯泡L断路不发光，且电路中的电阻最大，由公式P=U2/R可知，此时电路中的电功率最小，为保温状态，所以是白天，故A正确；

开关S、S1、S2同时处于闭合状态，R2被短路，R1和灯泡L组成并联电路，灯泡L发光，且电路中的电阻最小，由公式P=U2/R可知，此时电路中的电功率最大，为加热状态，所以是晚上；故B正确；

S闭合，S1、S2断开时，R1和R2串联，Q1：Q2 =I2R1 t：I2R2t=R1：R2 =1：2，故C错；

开关S、S1、S2都处于闭合状态时，R2被短路，R1和灯泡L组成并联电路；

∵I=U/R，R1：R L =1：2，∴I1：I L =R L：R1 =2：1，∵I=6A，∴I1 =4A，I L =2A，∵U L =U1

=U=220V，∴P1 =U1 I1 =220V×4A=880W，故D正确；

故选ABD．

7．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I1=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 。

8．如图是科技小组为养鸡场设计的调控光照和室温设备的电路图。此设备的作用是，夜晚对鸡舍内加温，同时增大光照量，白天只进行适当保温，不进行灯光照射，可增大鸡的产蛋量。电路图中R 1、R 2，是电热丝，L 为照明灯泡（L 的电阻不随温度变化），

1212R R R ==。 S 1、S 2，同时断开或闭合，以实现白天和夜晚的用电要求。开关S 闭合

时，下列说法错误（ ）

A ． S 1、S 2同时断开时，设备运行处于白天用电状态

B ． S 1、S 2同时闭合时，设备运行处于夜晚用电状态

C ． S 1、S 2同时断开时，在相同时间内和产生的热量之比为2∶1

D ． S 1、S 2同时闭合时，若电流表示数为6A ，则的实际功率为880W 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】

S闭合，S1、S2同时断开时，R1、R2组成串联电路，灯泡L断路不发光，且电路中的电阻最

大，由公式

2

U

P

R

=可知，此时电路中的电功率最小，为保温状态，所以是白天在相同时

间内R1、R2产生的热量之比

22

22121 2

Q Q I Rt I R t R R

====

∶∶∶

开关S、S1、S2同时处于闭合状态，R2被短路，R1和灯泡L组成并联电路，灯泡L发光，且

电路中的电阻最小，由公式

2

U

P

R

=可知，此时电路中的电功率最大，为加热状态，所以

是晚上，因为

U

I

R

=，所以

1

1 2

L

R R=

∶∶

所以

L L

112 1

I I R R

==

∶∶∶因为R1= 6A

所以

I1=4A

I2=2A

因为

1 L 220V

U U U

===所以

11220V4A880W

P UI

==?=

故选C。

9．如图所示的是探究灯泡灯丝的电阻特性的实验电路，所使用的器材有：小灯泡L（额定电压2.5V，额定电流0.25A）、电压表V（量程15V，内阻未知）、电流表A（量程0.6A，内阻0.2Ω）、阻值为30Ω的定值电阻R0、滑动变阻器R、恒定电源（电压15V，内阻不计）、开关S、导线若干。闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片到某一位置，当电流表的示数为0.55A时，小灯泡L正好正常发光。

(1)小灯泡L正常发光时的电阻是多少？

(2)此时电压表的示数是多少？

(3)通电1min ，电流表A 消耗的电能是多少？ 【答案】(1) 10Ω；(2) 6.5V ；(3) 3.63J 【解析】 【分析】 【详解】

(1)小灯泡L 正常发光时的电阻是

2.5V

=

10Ω0.25A

U R I =

=额额额

(2)由图像可知电压表与灯L 串联后与定值电阻R 0并联，小灯泡L 正好正常发光，则电压表与灯L 串联支路的电流为0.25A ，由并联分流可知，定值电阻R 0的电流为

0.55A-0.25A=0.3A

则两支路的路端电压为

000=0.3A 30Ω=9V U I R =?

由串联分压可知电压表的示数为

9V-2.5V=6.5V

(3)通电1min ，电流表A 消耗的电能是

()2

2A 0.55A 0.2Ω60s=3.63J Q I R t ==??

答：(1)小灯泡L 正常发光时的电阻是10Ω； (2) 电压表的示数为6.5V ；

(3) 通电1min ，电流表A 消耗的电能是3.63J 。

10．如图是探究电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关的实验装置。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。下列说法正确的是（ ）

A ．通电一段时间后，左侧U 形管中液面的高度差比右侧的小

B ．若容器外面的电热丝R 3发生了断路，若与没断时的通电时间相同，则左侧U 形管中液

面高度差变小

C．将右边并联的两根5Ω的电阻丝都放入到容器内，通电一段时间后，右侧U形管中液面的高度差比左侧的大

D．该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反映电阻丝放出热量的多少

【答案】B

【解析】

【分析】

【详解】

A．装置中一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，根据串联电路的电流特点可知，右边两个电阻的总电流和左边电阻的电流相等，即I右=I左，两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知

I右=I1+I2

两电阻的阻值相等，则支路中电流相等，即I1=I2，所以右边容器中通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，即是研究电流产生的热量与电流的关系；由Q=I2Rt可知，左边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快；因此通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差更大，故A错误；

B．R3发生断路前，左侧的电阻为5Ω，右侧的电阻为2.5Ω，则电路的总电阻为

R总=5Ω+2.5Ω=7.5Ω

R3发生断路后，电路中只有R1和R2串联，则总电阻为

R′总=5Ω+5Ω=10Ω

R3发生断路后，整个电路的总电阻增大了，根据欧姆定律可知，电路中的总电流减小了，在电阻、通电时间不变时，电流减小，则产生的热量变少，所以左侧U形管中液面高度差变小，故B正确；

C．将右边并联的两根5Ω的电阻丝都放入到容器内，右侧的电阻为2.5Ω，左右两侧的电流和通电时间相同，左侧的电阻大于右侧的电阻，则左侧产生的热量多，右侧U形管中液面的高度差比左侧的小，故C错误；

D．该实验装置是利用容器中空气的热胀冷缩来反应放热的多少，产生热量的多少不能直接观察，通过U形管液面高度差的变化来反映，故D错误。

故选B。

11．根据以下新闻信息，下列选项正确的是

石墨烯也能变成绝缘体？会产生什么样颠覆性影响？

发布者：甄可信 时间：2019/5/20 13：14 阅读量：1314 点赞数：9527

石墨烯又称单层墨，仅由一层碳原子组成，石墨烯是目前世界上最薄最坚硬的纳米材料，它的熔点超过3000℃，它具有优良的导热性，而且由于它特殊的电子结构，电阻会随着光照程度改变，在功能上比硅覆盖面更广更优秀，有可能代替硅成为新的半导体材料，近些年来科学家一直致力于挖掘石墨烯更多隐藏的性质，近日英国曼斯特大学的科学家们在《 NATURE 》上撰文，描述了他们用两块硝酸硼和两块石墨烯组装成一个“巨无霸汉堡”，这是科学家们首次将一般为半导体的石墨烯变成绝缘体……

A ．石墨烯将来可以顶替硅制作光敏电阻

B ．石墨烯所制作的半导体导电性好，电阻可以为零

C ．电热丝如果用硝酸硼和石墨烯组装而成的绝缘体材料制作，能产生更多的热量

D ．因为石墨烯有优良的导热性，所以石墨烯适合用来制成保温隔热材料 【答案】A 【解析】 【详解】

A ．由文章内容可得，石墨烯电阻会随着光照强度改变，因此可以顶替硅制作光敏电阻，故A 选项正确；

B ．半导体材料是指其导电性能会随外界条件改变而改变，电阻并不可以为零，故B 选项错误；

C ．用绝缘材料制作电阻丝，通过电流极小，根据公式2

Q Rt I

可知，无法产生很大的热

量；故C 选项错误；

D ．石墨烯有良好的导热性，因此热量容易散失，不适合用来制作保温隔热材料，故D 选项错误。

12．小明在一次野炊活动中，将中间剪得较窄的口香糖锡箔纸（可看作导体）接在干电池正负两极上取火。如图所示，锡箔纸较窄处最先燃烧，这是因为长度相同的锡箔纸较窄处比较宽处的

A ．电阻小

B ．电流大

C ．电压小

D ．电功率大

【答案】D 【解析】

【详解】

较窄处更细，横截面积更小，电阻更大，所以在串联电流相等的前提下，根据公式

2P I R = 可得，较窄处的电功率更大，故ABC 不符合题意, D 符合题意。

13．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 。

14．一只电热水壶有两根电阻丝1R 、2R ，其阻值12R R >，现把这只电热水壶接入照明电路中将一壶水加热至沸腾，则下列说法正确的是（ ） A ．只接入1R 所用时间最短 B ．只接入2R 所用时间最短

C ．两根电阻丝串联接入电路所用时间最短

D ．两根电阻丝并联接入电路所用时间最短 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】

将一壶水加热至沸腾时，产生的热量相同，根据热量的公式2

U Q t R

=可知，电源电压不

变，接入电路的电阻越小，产生相同热量的时间越少，并联电路中总电阻小于任何一个分电阻，两根电阻丝并联接入电路时，总电阻最小，加热时间最短。

故选D。

15．如图所示是电热吹风机的内部电路原理图，电热吹风机由一个电动机和一个电热丝并联组成。电动机中有电流通过时会有风吹出，电热丝中有电流通过时会有热量产生。当开关S1、S2都闭合，二者都正常工作，下列说法不正确的是（）

A．电动机和电热丝在相同时间内产生的热量不同

B．电动机和电热丝在相同时间内消耗的电能不同

C．电动机和电热丝消耗的电功率相同

D．电动机消耗的电能大部分转化为机械能，少部分转化为内能

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】

A．电动机与电热丝电阻与电流均不同，根据2

=可得，两者在相同时间内产生的热量

Q I Rt

不同，故A正确，不符合题意；

=可得两者相同B．电动机和电热丝并联，两者电压相同，但电流不同，根据公式W UIt

时间内消耗的电能不同，故B正确，不符合题意；

=可得，两者电功率不同，C．电动机和电热丝两端的电压相同，但电流不同，根据P UI

故C错误，符合题意；

D．电动机主要是将电能转化为机械能，少部分电能转化为内能，故D正确，不符合题意。

故选C。

16．用电热水壶烧水，若不考虑能量损失和电热水壶电阻的变化，当它两端电压为U时，用16min可烧开一壶水，若它两端电压为0.8U时，烧开同样一壶水所用的时间为（）A．10min B．25min C．30min D．40min

【答案】B

【解析】

【分析】

电热水壶的原理是将电能转化为内能，在两端电压为U将水烧开和在0.8U的电压下烧开

一壶水消耗的电能相等，根据2

U W UIt t R

==得出等式，据此求出在0.8U 的电压下烧开

一壶水需要的时间。 【详解】

烧开同样一壶水消耗的电能相等，设电热水壶的电阻为R ，由2

U W UIt t R

==可得

()2

2

0.8U U t t R R

=' 所用的时间

()

2

2

1

16min 25min 0.64

0.8U t t U '=

=?= 故选B 。

17．如图所示，在四个相同水槽中盛有质量相等和温度相同的纯水，现将阻值为R 1、R 2的电阻丝（R 1

B ．

C ．

D ．

【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】

由串并联电路特点可知，串联电路电阻越串越大，并联电路电阻越并越小；由电路图及已

知R 1＜R 2可知，图D 中电路总电阻最小，四个电路电压相等，通电时间相等，Q =2

U R

t 可知，D 产生的热量最多，水吸收的热量越多，水的温度最高，故选D 。 【点评】

电路产生的热量越多，水吸收的热量越多，水的温度越高，由串并联电路的特点判断各电路的阻值大小、熟练应用电功公式是正确解题的关键．

18．两盏电灯并联接在同一电源上．甲灯的电阻为500Ω,乙灯的电阻为1200Ω.在相同的时间内

A．甲灯消耗的电能多B．乙灯消耗的电能多

C．甲、乙两灯消耗的电能一样多D．无法判断

【答案】A

【解析】

【分析】

【详解】

两盏电灯并联接在同一电源上时，因并联电路中各支路两端的电压相等，甲灯的电阻小，

工作相同的时间，由W=UIt

=

2

U

t

R

可知，甲灯消耗的电能多，故A正确、BCD错误，故选

A。

19．如图电路，电源电压为12V且保持不变，闭合开关S，当滑片P置于变阻器的中点时，电压表的示数为4V；当滑片P置于变阻器的b端时，电压表的示数变化了2V，在10s 内定值电阻R1产生的热量为36J。则下列结果正确的是（）

A．电路中的最大电流为1A

B．滑片P在中点时，10s内滑动变阻器R消耗的电能为60J

C．R1先后两次消耗的电功率之比为16:9

D．滑动变阻器R先后两次消耗的电功率之比为8:1

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】

A．根据电路图可知，定值电阻R1与滑动变阻器R串联，电压表测R两端电压。根据串联电路分压原理知，滑片从中点到b端时，R连入阻值增大，它分得电压增大，即电压表示数增大了2V，此时电压表示数为4V+2V=6V，所以定值电阻R1两端的电压

U1=U-U R=12V-6V=6V

由Q=

2

U

R

t可得

R1=

2

1

1

U

Q

t=

2

(6V)

60J

×10s=6Ω

此时电路中的电流

1116V 1A 6Ω

U I R =

== 当滑片在a 点时，电路是只有

R 1工作的简单电路，此时电路中电阻最小，电流最大，电路中的最大电流

I 最大=

1U R =12V 6Ω

=2A 故A 错误；

B ．滑片在中点时，电路中的电流

I =I 1＇=1R U U R -＇=12V 4V 6Ω-=43

A

9s 内滑动变阻器R 消耗的电能

W R =U R ＇It =4V×

4

3

A×9s=48J 故B 错误；

C ．由P =UI 可得，R 1先后两次消耗的电功率之比

1

1

P P ＇=11R U U I U I -（＇）=412V 4V A 36V 1A

-??（）=169 故C 正确；

D ．由P =UI 可得，R 先后两次消耗的电功率之比

R R P P ＇=1R R U I U I ＇=44V A 36V 1A

??=89

故D 错误。 故选C 。

20．如图所示是“探究在通电时间一定时，电流产生热量与哪些因素有关"的实验装置。下列关于此实验的一些描述，正确的是

A ．在甲图中，探究的是电流产生热量与电阻的关系

B ．在乙图中，探究的是电流产生热量与电阻的关系

C ．在甲图中，闭合开关一段时间后a 容器连接的U 型管液面高度差更明显

D．在乙图中，可得到结论：相同时间内，电流越大，容器内空气吸收热量越少

【答案】A

【解析】

【详解】

A. 在甲图中，两个电阻串联，电流相等，电阻阻值不同，所以探究的是电流产生热量与电阻的关系，故A正确；

B. 在乙图中，两个电阻阻值相同，电流不同，所以探究的是电流产生热量与电流的关系，故B错误；

C. 在甲图中，a容器中的阻值小于b容器中阻值，串联电路电流相同，由焦耳定律可知闭合开关一段时间后a容器内产生的热量小于b容器内，因此b容器内连接的U型管液面高度差更明显，故C错误；

D. 在乙图中，探究的是电流产生热量与电流的关系，可得到结论是相同时间内，电流越大，容器内空气吸收热量越多，故D错误。