中考物理焦耳定律的应用问题综合练习题

一、初中物理焦耳定律的应用问题

1．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。

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=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R1:R2=1:4,当它们串联在电路中时，R1、R2两端的电压之比U1:U2=_____；已知R1=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．有一台电动机，额定电压3V ，额定电流1A ，电动机线圈电阻0.5Ω。这台电动机正常工作1min ，消耗的电能为_______J 。产生的热量为_______J ，输出的机械能为_______J 。 【答案】180 30 150 【解析】 【分析】

根据=W UIt ，求出消耗的电能；根据 2

Q I Rt =求出在1min 内电流产生的热量；消耗的电

能减去产生的热量即为电动机获得的机械能。 【详解】

[1]这台电动机正常工作，电动机1min 消耗的电能

3V 1A 60s 180J W UIt ==??=

[2]产生的电热

22

1A 0.5Ω60s 30J Q I Rt ==??=（）

[3]输出的机械能

180J 30J 150J W W Q =-=-=机械

【点睛】

本题考查了电动机产生热量、电功、输出机械能的计算，关键是知道只有在纯电阻电路中

电能才完全转化成内能。

6．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

7．为了将发电厂的电能输送到远处的用户家中，在两地间架设了两根等长的输电线。两根输电线的总电阻为r 。已知位于电厂处的两根输电线间的电压为U ，输送电能的功率为P ，由于电流通过输电线发热会损失电能，该输电线路输送电能的效率为__________。（输电效率为用户得到的电能与发电厂输出电能的比值） 【答案】2

1rP U - 【解析】 【分析】 【详解】

由P UI =得：通过输电线的电流

P

I U

= 输电线的总电阻R r =，则输电线上消耗的功率

22

22()P P r

P I R r U U

==?=损耗

则用户实际得到的电功率

22P r P P P P U

=-=-损耗

实

则输电线输送电能的效率为

222

1P r

P P Pr U P P U

η-===-实 所以输电线输送电能的效率为21rP U

-

。

8．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】

【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

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=I 2Rt ，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．

10．两定值电阻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】

U=3V时，I A=0.6A，I B=0.3A，

根据

U

R

I

=，电阻

3V

5

0.6A

A

A

U

R

I

===Ω，

3V

10

0.3A

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

15

U

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

2

2

51

102

A A A

B B B

Q I R t R

Q I R t R

Ω

====

Ω

．

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S 2、S 3，断开S 1时两电阻并联，总电阻为

2

R

，产生相同热量，则 Q

=2

2U R ×t =2

2U R

×t

22U 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=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，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。

13．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。

14．在相等的时间内，电热丝甲比电热丝乙放出的热量少，则（）

A．甲的电阻一定比乙的小B．通过甲的电流一定比乙的小

C．甲两端的电压一定比乙的小D．甲消耗的电功率一定比乙的小

【答案】D

【解析】

【分析】

【详解】

由焦耳定律可知电热丝产生的热量与电流大小、电阻大小和通电时间有关。

ABC．仅知道通电时间相同、电热丝甲放出的热量少，不能直接判定电阻、电流与电压的大小，故ABC不符合题意；

D．在相等的时间内，电热丝甲比电热丝乙放出的热量少，即电热丝甲消耗的电能较少，

根据

W

P

t

可知，甲的功率小，故D符合题意。

故选D。

15．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。

16．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。

17．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 。

18．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 。

19．一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 。

20．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