中考物理焦耳定律的应用问题-经典压轴题含详细答案

一、初中物理焦耳定律的应用问题

1．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。

2．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R1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R1在10 min内产生的热量为_____J．

【答案】100.460

【解析】

【分析】

【详解】

当P在b端时R2=0Ω，此时电压示数和电流示数最大，且均为R1的数据，所以R1的阻值

为：R1=

5V

=

0.5A

U

I

总=10Ω．当滑动变阻器的滑片移到a端时，R2两端电压U2=U

总

-U1=5V-

1V=4V，由图象知，当R1的电压是1V时，电流为0.1A，根据串联电路的电流处处相等，∴I2=I1=0.1A，∴P2=U2I2=4V×0.1A=0.4W，Q1=W1=U1It=1V×0.1A×600s=60J。

3．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 2Q 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

221A 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。

4．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 ===??=?。

5．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

6．如图所示当甲电路中的开关S 闭合时，两个电压表所选量程不同，测量时的指针位置均为如图乙所示，则电阻R 1两端的电压为______V ，R 1∶R 2=______，当电阻R 1、R 2并联在电路中时，在相同的时间内电流通过R 1、R 2所产生的热量之比Q 1∶Q 2=_______。

【答案】10 4：1 1：4

【解析】

【详解】

[1][2]从图甲可以看到，开关S 闭合时，电压表V 1测的是电源电压，示数较大，电压表V 2测的是R 2两端的电压，示数较小，因为测量时的指针位置均为如图乙所示，那么电压表V 1的量程应该是0到15V ，它的读数是12.5V ，电压表V 2的量程应该是0到3V ，它的读数是

2.5V ，根据串联电路电压规律可知，电阻R 1两端的电压为

12-12.5V -2.5V 10V U U U ===

电阻R 1大小是

1110V U R I I

=

= 电阻R 2大小是 22 2.5V U R I I =

= 那么

1210V 2.5V 41R R I I

==：：： [3]当电阻R 1、R 2并联在电路中时，R 1、R 2两端的电压是相同的，在相同的时间内电流通过R 1、R 2所产生的热量之比是

2212211212

1114U U Q Q t t R R R R R R ====：：：：：

7．将阻值为R 甲=40Ω和R 乙=10Ω的两个电阻串联后接在电源上，相同时间内，两电阻中产生热量较多的是 _____。若将两电阻并联后接在4 V 的电源上，1 min 内两电阻产生的总热量为_____J 。

【答案】R 甲 120

【解析】

【分析】

【详解】

[1]已知R 甲＞R 乙，根据焦耳定律Q =2I Rt ，两个电阻串联后，通过的电流相等，相同时间内，电阻R 甲产生热量较多。

[2]两电阻并联，由Q =2I Rt ,I =U R

得， Q 甲=2U t R 甲=()24V 60s 40Ω?=24J ，Q 乙=2U t R 乙=()24V 60s 10Ω

?=96J 共产生的热量

Q =Q 甲+Q 乙=24J+96J=120J

8．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 =I 2Rt =(0.3A)2×2Ω×t

电动机正常运转时的效率

η=W W 有总=-W Q W =()26V 0.3A -0.3A 2Ω6V 0.3A t t t

??????=90%

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．有两个灯泡L1、L2，L1标有“6V、3W”字样，L2没有标记，实验测得L2的电阻为

6Ω。将L1、L2串联接在某一电路中，两灯L1、L2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L1、L2消耗的电能之比W1﹕W2=1﹕1

D．相同时间内，灯L1、L2产生的热量之比Q1﹕Q2=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L2两端电压

220.5A6Ω3V

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

()22220.5A 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。

11．根据以下新闻信息，下列选项正确的是

A ．石墨烯将来可以顶替硅制作光敏电阻

B ．石墨烯所制作的半导体导电性好，电阻可以为零

C ．电热丝如果用硝酸硼和石墨烯组装而成的绝缘体材料制作，能产生更多的热量

D ．因为石墨烯有优良的导热性，所以石墨烯适合用来制成保温隔热材料

【答案】A

【解析】

【详解】

A ．由文章内容可得，石墨烯电阻会随着光照强度改变，因此可以顶替硅制作光敏电阻，故A 选项正确；

B ．半导体材料是指其导电性能会随外界条件改变而改变，电阻并不可以为零，故B 选项错误；

C ．用绝缘材料制作电阻丝，通过电流极小，根据公式2Q Rt I =可知，无法产生很大的热

量；故C 选项错误；

D ．石墨烯有良好的导热性，因此热量容易散失，不适合用来制作保温隔热材料，故D 选项错误。

12．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。

13．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R 1、R 2，是电热丝，L 为照明灯泡（L 的电阻不随温度变化），1212R R R ==。 S 1、S 2，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 ． 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，在相同时间内和产生的热量之比为2∶1

D ． S 1、S 2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、S1、S2同时处于闭合状态，R2被短路，R1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

1

1 2

L

R R=

∶∶

所以

L L

112 1

I I R R

==

∶∶∶因为R1= 6A

所以

I1=4A

I2=2A

因为

1 L 220V

U U U

===所以

11220V4A880W

P UI

==?=

故选C。

14．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。

15．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

16．2019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。

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S1、S2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2

=可得，两者在相同时间内产生的热量

Q I Rt

不同，故A正确，不符合题意；

=可得两者相同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

时间内消耗的电能不同，故B正确，不符合题意；

=可得，两者电功率不同，C．电动机和电热丝两端的电压相同，但电流不同，根据P UI

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．甲、乙两个容积相等的电热水器，接在照明电路上，甲的电热丝阻值为121Ω，乙的电热丝阻值为72.6Ω，将它们都盛满温度相同的冷水后接入家庭电路中，通电6min后乙电热水器中的水被烧开，则甲电热水器将水烧开需要的时间为（）

A．4 min B．6 min C．8 min D．10 min

【答案】D

【解析】

【分析】

【详解】

由题意可知容积相等即水的质量相等，接入家庭电路中即工作电压相等，水都烧开即升高温度相同，则水吸收热量相等，由公式2U Q t R =可知2U Q t R =甲甲、2

U Q t R =乙乙

，由这两个式子化简可得 6min 121Ω10min 72.6Ω

t t R R =

?=?=乙甲甲乙 故选D ．

19．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 。

20．两定值电阻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】

由图象知，

U =3V 时，I A =0.6A ，I B =0.3A ， 根据U R I

=，电阻

3V 50.6A

A A U R I ===Ω， 3V 100.3A

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 15U 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

2251102

A A A

B B B Q I R t R Q I R t R Ω====Ω．