中考物理焦耳定律的应用问题(大题培优)及答案

一、初中物理焦耳定律的应用问题

1．如图(甲)所示，两电热丝R 1与R 2并联， R 1＝20Ω，电源电压保持不变，闭合开关，电流表A 1和电流表A 2表盘指针均指如图(乙)所示位置，则以下判断不正确的是（ ）

A ．R 1: R 2＝5：1

B ．电源电压是10 V

C ．R 2的电功率是20W

D ．R 1工作2分钟所放出的热量为600J

【答案】A 【解析】 【详解】

由电路图可知，R 1与R 2并联，电流表A 1测干路电流，电流表A 2测R 1支路的电流； B ．因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，且两电流表指针的位置相同，所以，电流表A 1的量程为0～3A ，分度值为0.1A ，干路电流I =2.5A ，电流表A 2的量程为0～0.6A ，分度值为0.02A ，通过R 1的电流I 1=0.5A ，根据并联电路的电流特点可得，通过R 2的电流：

21 2.5A 0.5A 2A I I I =-=-=，

因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，由U

I R

=

可得，电源的电压： 110.5A 20Ω10V U I R ==?=，

故B 正确，不符合题意； A ．则R 2的阻值：

2210V =5Ω2A

U R I =

=， 则

1220Ω5Ω41R R ==：：：，

故A 错误，符合题意； C ．R 2的电功率：

2210V 2A 20W P UI ==?=，

故C 正确，不符合题意； D ．R 1工作2分钟所放出的热量：

()2

21110.5A 20Ω260s 600J Q I R t ==???=，

故D 正确，不符合题意。

2．一台电动机正常工作时，两端的电压为220V ，通过线圈的电流为10A ，若此线圈的电

阻为2Ω，则这台电动机1min 内产生的热量是______J ，这台电动机的效率是______． 【答案】1.2×104 90.9% 【解析】 【分析】 【详解】

已知线圈的电阻和通过的电流以及通电时间，根据公式Q=I 2Rt 可求这台电动机1min 内产生的热量．已知电动机两端的电压和通过的电流，根据公式P=UI 可求电动机的总电功率；再根据公式P=I 2R 计算线圈消耗的功率，总功率减去线圈消耗的功率就是电动机的输出功率，输出功率与总功率的比值就是这台电动机的效率． （1）这台电动机1min 内产生的热量： Q=I 2Rt=（10A ）2×2Ω×60s=1.2×104J ； （2）电动机的电功率： P 总=UI=220V×10A=2200W ， 线圈消耗的功率：

P 圈=I 2R=（10A ）2×2Ω=200W ， 输出功率：

P 出=P 总-P 圈=2200W-200W=2000W ， 这台电动机的效率：

η= P 出/ P 总=2000W/2200W=90.9%．

3．两个发热电阻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．

4．电烙铁和电风扇上都标有“220V 60W ”的字样，使它们分别在额定电压下工作相同的时间。以下判断中正确的是

A．它们在工作时通过的电流一定相等

B．它们在工作过程中消耗的电能一定相等

C．它们在工作过程中产生的电热一定相等

D．它们在工作过程中的电功率一定相等

【答案】ABD

【解析】

【详解】

=得它们在额定电压下工作时通过的电流相等，故A正确；

A．根据P UI

=得它们在在额定电压下工作相同的时间消耗的电能相等，故B正确；B．根据W Pt

C．电烙铁工作时主要把电能转化为内能，电风扇工作时主要把电能转化为风能，所以它们在工作过程中产生的电热不相等，故C错误；

D．它们在额定电压下工作的电功率都等于60W，故D正确。

5．如图是探究电流通过导体时产生热量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形管中液面的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．该实验装置是为了探究电流产生的热量与电流大小的关系

B．将左边容器中的电阻丝换成10Ω的，可以探究电流产生的热量与电阻的关系

C．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多少的

D．通电一段时间后，左侧电阻丝产生的热量比右侧电阻丝产生的热量多

【答案】AD

【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，故 A正确；

B．将左边容器中的电阻丝换成10Ω的电阻丝后，左右容器中的电阻和电流都不同，没有

控制好变量，所以不能探究电流产生的热量与电阻的关系，故B 错误；

C ．该实验装置是利用U 形管中空气的热胀冷缩来反应热的多少，虽然产生热量的多少不能直接观察，但可以通过U 形管液面高度差的变化来反映，故C 错误；

D ．通过左边容器中的电阻丝的电流大，由Q =I 2Rt 可知，左边电阻丝产生的热量多，温度升得较快，故D 正确。 故选AD 。

6．如图甲所示电路，电源电压保持不变，电流表量程为0~0.6A 。图乙中A 、B 分别是小灯泡和电阻R 1两端的电压随电流变化关系图象。只闭合开关S 、S 1，滑动变阻器的滑片P 移至a 端时，电路中的电流为0.2A ；滑动变阻器的滑片移至b 端时，小灯泡恰好正常发光。只闭合开关S 、S 3，调节滑片P ，当滑动变阻器接入电路中的电阻为10Ω时，小灯泡两端的电压恰好为2V 。则（ ）

A ．电源电压为10V

B ．小灯泡L 的额定功率6W

C ．只闭合开关S 、S 2，滑动变阻器的滑片移至a 端时，1.5min 电流通过R 1产生的热量为64J

D ．闭合开关S ，改变其它开关的通断及滑片的位置，电路消耗的最小功率可以达到1.2W 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】

A ．由于灯泡灯丝电阻受温度影响，定值电阻阻值不发生变化，则小灯泡灯丝两端的电压随电流变化关系图象为曲线，定值电阻两端的电压随电流变化关系图象为过原点的直线，则由乙图数据可求R 1阻值为

1114V =

=400.1A

I R U =Ω 已知闭合S 、S 3，调节滑片P ，当滑动变阻器接入电路中的电阻为10Ω时，小灯泡两端的电压恰好为2V ，此时电路为小灯泡与两电阻串联电路，由乙图可知此时电路电流为0.2A ，则电源电压为

L 12=2V+0.2A 40+0.2A 10=12V U U U U '=++?Ω?Ω

故A 不符合题意；

B ．当闭合开关S 、S 1，滑动变阻器的滑片移至b 端时，小灯泡恰好正常发光，此时滑动变阻器接入阻值为0Ω，此时电路为小灯泡的简单电路，小灯泡此时两端电压等于电源电压为12V ，对应乙图可知此时电流为0.5A ，则额定功率为

12V 0.5A=6W P U I ==?额额额

故B 符合题意；

C ．只闭合开关S 、S 1，滑动变阻器的滑片P 移至a 端时，电路中的电流为0.2A ，此时电路为小灯泡与滑动变阻器串联电路，且滑动变阻器接入阻值最大，由乙图可知此时小灯泡两端电压为2V ，电源电压为12V ，则由串联分压可知滑动变阻器两端电压为10V ，由欧姆定律可求滑动变阻器最大阻值为

2max 2max 210V

=500.2A

U R I =

=Ω 则当闭合开关S 、S 2，滑动变阻器的滑片移至a 端时，电路为R 1与R 2串联电路，由串联分压可求R 1两端电压为

1112404812V=V 40509

R U U R R Ω''=

=?+Ω+Ω 由于R 1为纯电阻，则1.5min 电流通过R 1产生的热量为

2

211148V 9 1.560s=64J

40U W t R ??

?''??

==??Ω

故C 符合题意；

D ．由于电源电压不变，则由2

U P R

=可知，当电路阻值最大时，电路总功率最小，则闭

合开关S 、S 3，滑片滑到最大阻值处时电路电阻最大，功率最小，若最小功率为1.2W ，则此时电路电流为

min min 1.2W

=0.1A 12V

P I U =

= 则此时电路总电阻为

max min 12V

=1200.1A

U R I =

=Ω 则小灯泡此时电阻应为

R L 实=R max -R 1-R 2max =120Ω-40Ω-50Ω=30Ω

此时小灯泡分得电压应为

U L 实=I min R L 实=0.1A×30Ω=3V

但由乙图可知，当小灯泡电流为0.1A 时，小灯泡两端电压不足2V ，前后冲突，故D 不符合题意。 故选BC 。

7．电炉工作时，电炉丝很快变热但连接的电线却不怎么热，这是因为（）

A．电炉丝的电阻较大

B．电炉丝与导线是并联的

C．电炉丝的横截面大

D．通过电炉丝的电流较大

【答案】A

【解析】

【详解】

电炉丝横截面积小，电阻大，电炉子在使用时，电炉丝和导线串联，I电炉丝＝I导线，通电时间t相同，由焦耳定律Q＝I2Rt，R电炉丝＞R导线，可知Q电炉丝＞Q导线，从而出现电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却不怎么发热的现象。

故选A。

8．下列家用电器中，利用电流热效应工作的是

A．电冰箱B．电饭锅C．电视机D．电风扇

【答案】B

【解析】

【详解】

A．电冰箱的压缩机把电能转化为机械能，灯泡将电能转化为光能，故A不符合题意；B．电饭锅把电能转化为内能，是利用电流热效应来工作的，故B符合题意；

C．电视机主要是把电能转化为光能和声能，没有利用电流热效应，故C不符合题意；D．电风扇主要是把电能转化为机械能，不是利用电流热效应来工作，故D不符合题意。

9．图中电源电压保持不变，灯泡标有"6V，3W字样，当开关s闭合时.灯泡L正常发光，电流表的示数为0.8A，则电阻R=____Ω．.通电10s. R产生的热量为______J.

【答案】20Ω 18J

【解析】

【分析】

【详解】

当闭合开关S时，灯L正常发光，说明电源电压为U=6V，电流表测的是总电流，则

I=0．8A，

由P=UI可知，灯泡中的电流：

I L =P额/U额=3W/6V=0.5A，

根据并联电路的干路电流等于各支路电流之和可知：电阻中的电流:

I R=I-I L =0.8A-0.5A=0.3A，

由I=U/R得,电阻:

R=U/I R=6V/0．3A=20Ω；

通电1min电阻R产生的热量：

Q=W=UI R t=6V×0．3A×10s=18J。

10．如图所示的用电器中，利用电流热效应工作的是（）

A．电视机

B．电暖气

C．电风扇

D．计算器

【答案】B

【解析】

【详解】

A．通电后，电视机是把电能转化为电视机影像的光能和喇叭的声能，不是利用电流热效应工作，A项不合题意；

B．通电后，电暖气是把电能转化为内能，这是利用电流热效应工作，选项B符合题意；C．通电后，电风扇是把电能转化为扇叶的动能，不是利用电流热效应工作，C项不合题意；

D．通电后，计算器是把电能转化为显示屏上的光能和喇叭的声能，不是利用电流热效应工作，D项不合题意。

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．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 。

13．如图所示是一个玩具汽车上的控制电路，小明对其进行测量和研究发现：电动机的线圈电阻为1Ω，保护电阻R 为4Ω，当闭合开关S 后，两电压表的示数分别为6V 和2V ，则（ ）

A ．电路中的电流为4A ，电源电压为6V

B ．电动机的功率为16W ，它两端的电压为4V

C ．1min 在电阻R 上产生的热量是60J ， 电动机线圈产生的热量是120J

D ．电动机工作时将电能转化为机械能，若将儿阻R 换成滑动变阻器，可调节电动机的转速 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】

由电路图中可知，电动机与保护电阻串联，电压表V 1测量电源电压；电压表V 2测量保护电阻R 两端的电压

A.由题意可知，闭合开关后，电阻R 两端的电压为2V ，则通过电阻R 的电流

R 2V

=0.5A 4Ω

U

I

R

==

因为串联电路电流处处相等，电路中的电流为0.5A，故A不符合题意；

B．电压表V1测量电源电压，则结合题中数据可知，电源电压为6V，因为串联电路总电压电压各用电器电压之和，所以电动机的电压为

U M=U-U R=6V-2V=4V

电动机的功率为

P M=U M I=4V×0.5A=2W

故B不符合题意；

C．1分钟在电阻R上产生的热量

Q=I2Rt=(0.5A)2×4Ω×60s=60J

1 分钟电动机线圈产生的热量是

()2

'2'0.5A1Ω60s=15J

Q I R t

==??

故C不符合题意；

D．电动机工作时把电能转化成机械能，将电阻R换成滑动变阻器，可以调节电路中电流的大小，从而起到调节电动机转速的作用，故D符合题意。

故选D。

14．下列表述不正确

．．．的是（）

A．两灯串联在 220V 的电路中，甲灯较亮

B．细绳悬挂的两轻质带电小球保持静止，则两球一定带同种电荷

C．验证焦耳定律实验中，装置通电一分钟后，右管中的液面较高D．每消耗1kW h?的电能，电能表上的转盘转过3000 转

【答案】A

【解析】

【分析】

【详解】

A ．由图可知P P 额甲额乙＞ ，甲乙两灯额定电压相同，由2U R P =

额额

得

R R 甲乙＜

甲乙两灯串联在电路中，所以电流相等，由2

P I R =实

得 P P 实甲实乙＜

灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率，所以乙灯较亮，故A 错误，A 符合题意； B ．细绳悬挂的两轻质带电小球保持静止，两球相互排斥，则两球一定带同种电荷，故B 正确，B 不符合题意；

C ．装置通电一分钟后，由焦耳定律可知，右侧电阻较大，产生的热量较多，所以右管中的液面较高，故C 正确，C 不符合题意；

D ．由表上的信息可知，每消耗1kW h ? 的电能，电能表上的转盘转过3000 转，故D 正确，D 不符合题意。 故选A 。

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S 1、S 2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2Q I Rt =可得，两者在相同时间内产生的热量不同，故A 正确，不符合题意；

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 =可得两者相同时间内消耗的电能不同，故B 正确，不符合题意；

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

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．如右图所示，两透明容器中密封着等质量的空气，通电t 秒后（两容器都不向外放热），下列说法正确的是（ ）

A ．两容器中电阻产生的热量相同

B ．右边容器中空气的温度是左边容器中空气温度的两倍

C ．右边容器中空气温度的变化量是左边容器中空气温度变化量的两倍

D ．右边容器中空气温度的变化量是左边容器中空气温度变化量的四倍 【答案】C 【解析】

根据焦耳定律2

Q I Rt 判断两容器中电阻产生热量的多少，产生的热量越多，空气吸收热

量越多，U 形管中液柱越高；电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但液体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映，体现的是转换思想。 【详解】

A ．由图示可知，两个电阻丝是串联的，电流相同，电阻不同，所以相等的时间内产生的热量是不相同的，故A 错；

BCD ．右边容器中的电阻是左边容器电阻的二倍，所以右边容器中产生的热量是左边容器产生热的二倍，由于两个器中空气的质量相同，故可得右边容器中空气温度的变化量是左边容器中空气温度变化量的两倍，故C 正确、BD 错误。 应选C 。

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，电源电压不变，1R 、2R 是两个相同的电阻，当闭合开关1S ，断开2S 、3S ，通电10min ，电路产生的热量为Q ；同时闭合2S 、3S ，断开1S ，若要产生相同的热量Q ，则通电时间为（ ）

A ．2.5min

B ．10min

C ．20min

D ．40min

【答案】A 【解析】 【分析】

由题可知，R1、R2是两个相同的电阻，设

R1=R2=R

由图可知，当闭合开关S1，断开S2、S3时，两电阻串联，总电阻为2R，电源电压不变，由焦耳定律可得，通电10min电路产生热量

Q=

2

2

U

R

×10×60s

闭合S2、S3，断开S1时两电阻并联，总电阻为

2

R

，产生相同热量，则

Q=

2

2

U

R×t=

2

2U

R

×t

2

2

U

R

×10×60s=

2

2U

R

×t

t=150s=2.5min

故选A。

20．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R1、R2，是电热丝，L为照明灯泡（L的电阻不随温度变化），121

2R R R

==。 S1、S2，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． S1、S2同时断开时，设备运行处于白天用电状态

B． S1、S2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，在相同时间内和产生的热量之比为2∶1

D． S1、S2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。