中考物理焦耳定律的应用问题(大题培优)附详细答案

一、初中物理焦耳定律的应用问题

1．一个电炉的电阻是200Ω，通电10s 产生8×103J 的热量，那么通过这只电炉的电流是（ ） A ．2A B ．4A C ．20A D ．40A

【答案】A 【解析】 【详解】

根据焦耳定律的公式2

Q I Rt =可知，通过这只电炉的电流是

2A I ===

故选A 。

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．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 。

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．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

11124048

12V=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 。

6．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。

7．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 。

8．如图所示是研究焦耳定律实验装置中的部分电路．两瓶中的电阻丝是串联的，甲电阻丝的阻值小于乙电阻丝的阻值．比较通电后两根电阻丝两端的电压U 甲、U 乙．以及它们在相同时间内产生的热量Q 甲、Q 乙，以下关系式中正确的是 ( )

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

【答案】C 【解析】 【详解】

由于两电阻丝串联，流过它们的电流I 相等，通电时间t 相等，由题意知：R R <甲乙，由U =IR 知：U U <甲乙；由焦耳定律Q =I 2Rt 知：Q Q <甲乙；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R 0、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 。

10．一个“220V 300 W"的电热杯，一个“220 V 300W ”的煮蛋器，一台“220V 300 W"的小型洗衣机，分别接在220V 的电压下，则相同时间内它们产生的热量 A ．小型洗衣机最少 B ．电热杯最少 C ．煮蛋器最少 D ．一样多

【答案】A 【解析】 【详解】

由题意可知，三种仪器的额定功率相同，但小型洗衣机主要将电能转化为机械能；而电热杯、煮蛋器将电能全部转化为内能，故小型洗衣机产生热量最少，故选A 。

11．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】

【详解】

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。

12．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R3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=I 1+I 2

两电阻的阻值相等，则支路中电流相等，即I 1=I 2，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 =I 2Rt 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 ．R 3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

R 3发生断路后，电路中只有R 1和R 2串联，则总电阻为

R′总=5Ω+5Ω=10Ω

R 3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 。

13．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。

14．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2

可得，较窄处的电功率更大，故ABC不符合题意, D符合题意。

P I R

15．如图甲图是小灯泡L和电阻R2的I-U图象。将小灯泡L、电阻R1和R2接入乙图所示电路中，电源电压恒定不变，只闭合开关S1时，电流表示数为0.8A；只闭合开关S3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S3时，小灯泡的电阻为5Ω

B．只闭合开关S1时，电路总功率为9.6W

C．R1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】

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 。

16．从产品说明书得知，一台“6V 3W ”的迷你型小风扇，电动机线圈阻值为0.1Ω。当小

风扇正常工作时，则下列说法中正确的 A ．小风扇1min 消耗的电能为18J B ．小风扇1min 将180J 电能转化成机械能 C ．电动机线圈1min 产生的热量为1.5J D ．电动机线圈1min 产生的热量为15J 【答案】C 【解析】 【详解】 A ．由W

P t

=

得，小风扇1min 消耗的电能为： 3W 60s 180J W Pt ==?=；

故A 项错误；

BCD ．由P UI =得，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：

22

0.5A 0.1Ω60s 1.5J Q I Rt ==??=（）；

所以小风扇1min 内电能转化成的机械能小于180J ；故BD 项错误；C 项正确。

17．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 。

18．两根导线的电阻之比是3:4，通过的电流之比是4:3，在相同时间内两根导线中产生的热量之比为（ ） A ．1:1 B ．4:3 C ．3:4 D ．16:9

【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】 由题意可知

1234R R ＝，1243I I ＝，121

1

t t ＝ 由Q ＝I 2Rt 可得，在相同时间内产生的热量之比

221112222243143413

Q I R t Q I R t ????＝＝＝ 故选B 。

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R 1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 ．R 1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R 1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R 1两端的电压

U 1=U -U R =12V-6V=6V

由Q =2

U R

t 可得 R 1=211U 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-=4

3

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．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。