2020-2021中考物理焦耳定律的应用问题综合题及答案

一、初中物理焦耳定律的应用问题

1．在家庭电路中，导线相互连接处往往比别处更容易发热,甚至引起火灾，原因是连接处（）

A．电流比别处大，产生的热量多

B．电流比别处小，产生的热量多

C．电阻比别处小，产生的热量多

D．电阻比别处大，产生的热量多

【答案】D

【解析】

【分析】

由焦耳定律知道，电流通过导体产生的热量跟电流的平方、电阻大小和通电时间成正比。导线相互连接处因为接触不良，易造成电阻变大，因为导线连接处与其他导线串联在电路中，通电时间是相同的，由焦耳定律可知电阻大的产生的热量越多，据此分析。

【详解】

在家庭电路中，导线相互连接处因接触不良，该处的电阻较大，在电流、通电时间相同时，产生的热量较多，往往比别处更容易发热，甚至引起火灾。

故选D。

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%．

3．两个发热电阻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．小刚用如图甲所示电路来探究电流与电压的关系，闭合开关S ，将滑动变阻器的滑片P 从a 端移至b 端，电流表和电压表的示数变化关系如图乙所示，由图象可知定值电阻R 1的阻值是____Ω．实验时，电源电压保持5 V 不变，当滑片P 位于a 端时，由图象可得滑动变阻器消耗的电功率是_____W ．此时，电阻R 1在10 min 内产生的热量为_____J ．

【答案】10 0.4 60 【解析】 【分析】 【详解】

当P 在b 端时R 2=0Ω，此时电压示数和电流示数最大，且均为R 1的数据，所以R 1的阻值为：R 1=

5V

=0.5A

U I 总=10Ω．当滑动变阻器的滑片移到a 端时，R 2两端电压U 2=U 总-U 1=5V-1V=4V ，由图象知，当R 1的电压是1V 时，电流为0.1A ，根据串联电路的电流处处相等，∴I 2=I 1=0.1A ，∴P 2=U 2I 2=4V×0.1A=0.4W ，Q 1=W 1=U 1It=1V×0.1A×600s=60J 。

5．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2

1rP U -

。

6．家用电吹风的简化电路如图所示，主要技术参数如表。则该电吹风正常工作吹热风时，电热丝的阻值是___________Ω，正常工作吹热风5min 电热丝产生的热量是___________J 。

【答案】55 2.64×105 【解析】 【详解】

(1)[1]由表格数据可知，电吹风吹冷风时的功率，即电动机的功率为120W ，由图知，电吹风正常工作且吹热风时，电动机和电热丝并联，因电路的总功率等于各用电器功率之和，所以电热丝的功率：

1000W 120W 880W M P P P

=-=-=电热丝热； 并联电路中各支路两端的电压相等，由2

U P R

=可得电热丝的电阻：

()2

2

220V 55880W U R P ===Ω电热丝

电热丝

； [2]电吹风正常工作且吹热风时，5分钟内电流通过电热丝产生的热量：

5880W 560 2.6410J R Q W P t s ===??=?。

7．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 ．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也同时闭合时，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R 1和R 2产生的热量之比为2：1

D ．S 1、S 2也同时闭合时，若电流表示数为6A ，则R 1的实际功率为880W 【答案】ABD 【解析】

S 闭合，S 1 、S 2 断开时，R 1 和R 2 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=U 2/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 、S 1 、S 2 同时处于闭合状态，R 2 被短路，R 1 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=U 2/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，S 1 、S 2 断开时，R 1 和R 2 串联，Q 1 ：Q 2 =I 2 R 1 t ：I 2R 2 t=R 1 ：R 2 =1：2，故C 错； 开关S 、S 1 、S 2 都处于闭合状态时，R 2 被短路，R 1 和灯泡L 组成并联电路；

∵I=U/R ，R 1 ：R L =1：2，∴I 1 ：I L =R L ：R 1 =2：1，∵I =6A ，∴I 1 =4A ，I L =2A ，∵U L =U 1 =U =220V ，∴P 1 =U 1 I 1 =220V×4A=880W ，故D 正确； 故选ABD ．

8．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 。

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．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 。

11．如图所示电路，电源电压恒为6V ，定值电阻R 1为10Ω，滑动变阻器R 2的规格为“20Ω 0.5A ”，电压表量程为0~3V ，电流表量程为0~0.6 A 。则（ ）

A ．电压表测量的是电阻R 1两端的电压

B ．当变阻器R 2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R 2接入电路的阻值范围是2~10Ω

D ．当变阻器R 2接入电路中的阻值是8Ω时，通电1min 电阻R 1产生的热量是53.3J 【答案】C 【解析】 【分析】

(1)根据电压表的正确使用判断所测的电路元件；

(2)由电路图可知，R 1与R 2串联，电压表测R 2两端的电压，电流表测电路中的电流，根据滑片的移动可知接入电路中电阻的变化，根据欧姆定律可知电路中电流的变化和R 1两端的电压变化，根据串联电路的电压特点可知电压表的示数变化；

(3)比较滑动变阻器允许通过的最大电流和电流表的量程确定电路中的最大电流，此时变阻器接入电路中的电阻最小，根据欧姆定律求出电路中的总电阻，利用电阻的串联求出变阻器接入电路中的最小阻值；当电压表的示数最大时，滑动变阻器接入电路中的电阻最大，根据串联电路的电压特点求出R 1两端的电压，根据串联电路的电流特点和欧姆定律得出等式即可求出变阻器接入电路中最大阻值，从而得出答案；

(4)当变阻器R 2接入电路中的阻值是8Ω时，根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的电

流，根据2

Q I Rt =求出1min 电阻R 1产生的热量。

【详解】

A ．由电路图可知，R 1与R 2串联，电压表测R 2两端的电压，电流表测电路中的电流，故A 错误；

B ．由电路图可知，滑动变阻器滑片右侧接入电路，当变阻器R 2的滑片P 像左移动时，接入电路的电阻增加，电压表的示数变大，故B 错误；

C ．因为滑动变阻器R 2的规格为“20Ω0.5A ”，所以接入滑动变阻器的最大电流是0.5A ，电路的最小电阻是

6V 12Ω0.5A

U R I =

== 滑动变阻器接入电路中的最小电阻

112Ω10Ω2ΩR R R -=-==小

当电压表的最大测量值为3V 时，滑动变阻器接入的电阻最大，为10Ω，故C 正确； D ．当变阻器R 2接人电路中的阻值是8Ω时，电路的总电阻

1210Ω8Ω18ΩR R R '=+=+=

此时电路中的电流

6V 1A 18Ω3

U I R '=

==' 通电1min 电阻R 1产生的热量

2211

(A)10Ω160s 66.7J 3

Q I R t '==???≈

故D 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

13．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 。

14．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：

3W60s180J

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

0.5A0.1Ω60s 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。

15．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

6V 3V 10Ω-

=2

3V

R 解得R 2=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R 2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R 2=2Ω，故变阻器R 2接入电路的阻值范围是2～10Ω，故C 正确； D ．当变阻器R 2接入电路中的阻值是5Ω时，电路中的电流

I ′=

'

12U 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 。

16．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 。

17．在综合实践活动课上，小明设计了如图甲所示的模拟调光灯电路。电源电压恒定，R 1为定值电阻。闭合开关S 后，将滑动变阻器R 2的滑片P 由最右端向左移动，直至灯泡L 正常发光。此过程中，电流表A 的示数随两电压表V 1、V 2（电压表V 2未画出）示数变化关系图像如图乙所示。下列说法正确的是（ ）

A ．电源电压为5V

B ．电路允许的最大功率为1W

C ．小灯泡正常发光时，定值电阻R 1在1min 内产生的热量为26.25J

D ．再串联一个3Ω的电阻后，R 2的滑片可自由移动，灯泡能正常发光且安全 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】

该电路为串联电路，滑片P 由最右端向左移动，V 2示数减小，说明V 2测滑动变阻器两端电压，则当电流为0.1A 时，R 1两端电压为

1-0.5V-3.5V=-4V R U U U =

R 1阻值表达式为

1-4V

0.1A

U R =

① 当电流为0.25A 时，R 1两端电压为

'1-0.75V-2.5V=-3.25V R U U U =

R 1阻值表达式为

1-3.25V

0.25A

U R =

②

联立①②解得

R 1=5Ω

U =4.5V

A ．由上述分析可知，电源电压为4.5V ，故A 错误；

B ．小灯泡正常工作时，电路最大电流为0.25A ，则电路允许的最大功率为

max max 4.5V 0.25A=1.125W P UI ==?

故B 错误；

C ．小灯泡正常发光时，电流为0.25A ，定值电阻R 1在1min 内产生的热量为

()2

20.25A 5Ω60s=18.7J =5Q I Rt =??放

故C 错误；

D ．当滑动变阻器阻值为0时，再串联一个3Ω的电阻后，当小灯泡正常发光时，电流为0.25A ，两定值电阻分得电压为

()()1210.25A 5Ω+3Ω=2V 3L U I R +Ω?==

则灯泡两端电压为

12 4.5V-2V=2.5V L U U U =-=

为灯泡正常发光时的电压。故D 正确。 故选D 。

18．小明同学在活动课上表演了一个小魔术：用金属片点燃火柴。他将一金属片接在学生电源上（如图所示），则将火柴放在哪个位置效果最明显（ ）

A ．a 点

B ．b 点

C ．c 点

D ．都一样

【答案】A 【解析】 【详解】

影响电阻大小的因素是材料、长度、横截面积，由图可知a 点横截面积最小，故a 的电阻

最大，a 、b 、c 是串联的，电流相同，根据2

Q I Rt =可知，在相同时间内a 产生的热量多，

故放在a 点效果最明显。 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】 【详解】

由题可知，R 1、R 2是两个相同的电阻，设

R 1=R 2=R

由图可知，当闭合开关S 1，断开S 2、S 3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 =22U 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 。

20．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。