中考物理焦耳定律的应用问题-经典压轴题附详细答案

一、初中物理焦耳定律的应用问题

1．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 。

2．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。

3．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

4．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 =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 。

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

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 。

6．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。

7．下列用电器中，主要是利用电流热效应来工作的是

A．电风扇B．电视机

C．电饭锅D．LED灯

【答案】C

【解析】

【详解】

A．电风扇工作是电能主要转化为机械能，利用通电导体在磁场中受到力的作用，故A不符合题意；

B．电视机工作是电能主要转化为光能，故B不符合题意；

C．电饭锅工作是电能主要转化为内能，主要是利用电流热效应来工作，故C符合题意；D．LED灯工作是电能主要转化为光能，故D不符合题意。

8．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。

9．两个发热电阻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，R1、R2两端的电压之比：

111 2221 4

U IR R

U IR R

===；

已知110Ω

R=，则

21

4410Ω40Ω

R R

==?=；

根据

2

U

Q W t

R

==得两个电阻在100s内产生的热量为：

2222

12

12

(4V)(4V)

100s100s200J

10Ω40Ω

U U

Q W W t t

R R

=+=+=?+?=

总

．

10．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，S 1、S 2同时断开时，R 1、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R 1、R 2产生的热量之比

2222121

2Q Q I Rt I R t R R ====∶∶∶ 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 11

2L R R =∶∶ 所以

L L

112 1I I R R ==∶∶∶ 因为R 1= 6A 所以

I 1=4A I 2=2A

因为

1L 220V U U U ===

所以

11220V 4A 880W P UI ==?=

故选C 。

11．两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 。

12．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。

13．如图是“探究影响电流热效应因素”的实验装置图。其中两个完全相同的烧瓶内分别

装有质量、初温相同的煤油，阻值不同的电阻丝1R、2R。关于此电路说法中正确的是

A．探究的是电流产生的热量与电压的关系

B．温度计示数变化大的烧瓶内电阻丝电阻小

C．通电时间相同时两个烧瓶内电阻丝产生的热量相同

D．温度计示数变化的大小反映电流产生热量的多少

【答案】D

【解析】

【详解】

A．实验用不同阻值不同的电阻丝串联在一起，探究的是电流产生的热量与电阻的关系，故A错误；

B．温度计示数变化大的烧瓶内电阻丝电阻大，故B错误；

C．通电时间相同时，烧瓶内电阻丝阻值大产生的热量多，故C错误；

D．本实验通过温度计示数变化的大小来反映电流产生热量的多少，故D正确。

14．a和b两个定值电阻的电流与电压的关系如图所示，下列说法正确的是( )

A．将a和b串联接入电路中，a、b两端的电压之比是1：2

B．将a和b串联接入电路中，a,b消耗的功率之比是2：1

C．将a和b并联接人电路中，通过a、b的电流之比是1：2

D．将a和b并联接入电路中，相同时间内电流通过a、b产生的热量之比是4：1

【答案】A

【解析】

【详解】

A．由图可知若将a和b串联接入电路中，a、b两端的电压之比是1：2，故A正确；B．由图可知若将a和b串联接入电路中，a、b消耗的功率之比为

:::2A 1:2a b a b a a P P U I U I U I U I ===

故B 错误；

C ．由图可知若将a 和b 并联接人电路中，通过a 、b 的电流之比是2：1，故C 错误；

D ．由图可知若将a 和b 并联接入电路中，相同时间内电流通过a 、b 产生的热量之比为

22:::2:1a b a a b b a b Q Q I R t I R t UI t UI t ===

故D 错误。

15．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 。

16．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 。

17．一个电炉的电阻是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 。

18．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 。

19．如图所示，电源电压为6V ，110R =Ω，220R =Ω，35R =Ω。闭合开关1S 后，当

2S ，3S 全部闭合和全部断开时，在相同的时间内电流通过1R 产生的热量之比是（ ）

A ．4∶9

B ．9∶4

C ．2∶3

D ．3∶2

【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】

当开关都闭合时，R 3被短路，R 1与R 2并联，此时R 1两端的电压为电源电压U 。当开关S 1闭合，S 2、S 3全部断开时，R 2被开路，R 1与R 3串联，此时

311310251

R U R U ΩΩ＝＝＝

则此时R 1两端的电压为U 1＝

2

3

U ，则相同的时间内电流通过1R 产生的热量之比是 2

2

2

12111

9

2'43U t R Q

U U U Q U

U t R ?? ??? ? ???

???

＝＝＝＝ 故选B 。

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。