中考物理与焦耳定律的应用问题有关的压轴题含详细答案

一、初中物理焦耳定律的应用问题

1．以下原理与应用上下对应正确的是（）

A．B．

C．

D．

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】

A．原理为电磁感应原理；扬声器是利用通电导体在磁场中受力的作用，故A错误；

B．原理为通电导体在磁场中受力的作用；麦克风是利用电磁感应原理，故B错误；C．原理为电流的磁效应即电流周围存在磁场；电铃是利用电流的磁效应，使电磁铁吸引衔铁击打铃盖发出声音，故C正确；

D．原理为电流的热效应，电流做功将电能转化为内能；电风扇是利用电流做功将电能转化为机械能，故D错误。

故选C。

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=I2Rt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=I2R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=I2Rt=（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=I2R=（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 。

4．两个发热电阻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．

5．电动机是将电能转化成机械能的机器，但由于线圈内部有电阻，所以同时还有一部分电能转化成内能。若一台玩具电动机接在6V 的电源两端，使其正常转动时，通过电动机中的电流为0.3A ；短暂地卡住电动机转轴，使其不能转动，通过电动机中的电流为3A 。则这台电动机线圈的电阻为______Ω，正常转动时的效率是_____。

【答案】2 90%

【解析】

【分析】

【详解】

[1]电动机转轴卡住时电流为3A ，故电动机线圈电阻为

R =U I =6V 3A

=2Ω

[2]设电动机正常运转时，在t时间内消耗的电能为

W=UIt=6V×0.3A×t 在t时间产生的热量为

Q=I2Rt=(0.3A)2×2Ω×t 电动机正常运转时的效率

η=W

W

有

总

=

-

W Q

W

=

()2

6V0.3A-0.3A2Ω

6V0.3A

t t

t

????

??

=90%

6．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=I2R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。

7．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】

A．根据P UI

=得它们在额定电压下工作时通过的电流相等，故A正确；

B．根据W Pt

=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；

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。

8．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=I2Rt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。

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，物理课上李老师给电炉通电后，电炉丝热得发红，而用手触摸与之连接的导线却不觉得烫手。这是因为

A ．电炉丝的电阻比导线的电阻小

B ．电流通过导线时没有产生热效应

C ．导线中的电流比电炉丝中的电流小

D ．导线消耗的电功率比电炉丝消耗的电功率小

【答案】D

【解析】

【详解】

根据焦耳定律2

Q I Rt Pt ==可以知道，当通电时间一样时，电阻大的，电功率大，其产生的热量多，由于电炉丝的电阻远大于与之相连导线的电阻，所以当电炉丝热得发红，而与之连接的导线却没有发热，故选D 。

11．两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。

12．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。

13．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=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。

14．2019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。

15．将阻值为40 Ω的电阻丝接在电源两端，通电10 min，电流产生的热量是1.5×103 J；若将阻值为10 Ω的电阻丝接入同一电源的两端，通电20 min，电流产生的热量是 ( ) A．1.2×104 J B．3.75×102 J

C．7.5×102 J D．6.0×103 J

【答案】A

【解析】

【详解】

将阻值10Ω的电阻丝接入同一电源两端，电源电压一定，设为U，

由

2

Q

U

t

R

=可得：40Ω电阻丝产生的热量

2

11

1

U

Q t

R

=，

10Ω电阻丝产生的热量

2

22

2

U

Q t

R

=，

则

2

1

1121

2

212

2

2

10101

40208

U

t

Q R R t min

U

Q R t min

t

R

Ω

==?=?=

Ω

，

即34

21

88 1.510 1.210

Q Q J J

==??=?，故A正确为答案．

16．如图所示电路，电源电压恒为6V，定值电阻R1为10Ω，滑动变阻器R2的规格为“20Ω 0.5A”，电压表量程为0～3V，电流表量程为0～0.6A。下列说法正确的是（）

A．电压表测量的是电阻R1两端的电压

B．当变阻器R2的滑片P向左移动时，电压表的示数变小

C．为了保证电路中各元件安全工作，变阻器R2接入电路的阻值范围是2～10Ω

D．当变阻器R2接入电路中的阻值是5Ω时，通电1min电阻R1产生的热量是9.6J

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】

A．由电路图可知，电压表是并联在R2两端，测量的是电阻R2两端的电压，故A错误；B．当变阻器R2的滑片P向左移动时，R2电阻增大，根据串联分压的特点， R2两端电压增大，即电压表示数增大，故B错误；

C．由电压表量程“0～3V”， R2两端电压最大为3V，根据串联分压的特点，1

1

U

R=

2

2

U

R，即

6V3V

10Ω

-

=

2

3V

R

解得R2=10Ω，由电流表量程“0～0.6A”，电路中最大电流为0.6A，由滑动变阻器R2的规格为“20Ω 0.5A”，电路中最大电流为0.5A，综合以上因素，电路中最大电流为0.5A，则I 最大

=

12

U

R R

+，即

0.5A=

2

6V

10ΩR

+

解得R2=2Ω，故变阻器R2接入电路的阻值范围是2～10Ω，故C正确；

D．当变阻器R2接入电路中的阻值是5Ω时，电路中的电流

I′='

12

U

R R

+=

6V

10Ω5Ω

+

=0.4A

通电1min 电阻R 1产生的热量

Q =(I ′)2R 1t =(0.4A)2×5Ω×1×60s=48J

故D 错误。

故选C 。

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】

【分析】

根据焦耳定律2Q 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 。

18．一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380 V ，线圈电阻为2Ω，线圈中电流为10 A 。这台电动机正常工作1 s 消耗的电能为W ，产生的热量为Q ，则

A ．W =3 800 J ，Q =200 J

B ．W =3 800 J ，Q =3 800 J

C ．W =72 200 J ，Q =200 J

D ．W =72 200 J ，Q =3 800 J

【答案】A

【解析】

【详解】

电动机正常工作1s 消耗的电能：

W =UIt =380V×10A×1s =3800J ，

电动机正常工作1s 产生的热量：

Q =I 2Rt =(10A)2×2Ω×1s =200J ，

故选A 。

19．两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 ＝，1211

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 。

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

2202A 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 。