中考物理焦耳定律的应用问题(大题培优)及答案

一、初中物理焦耳定律的应用问题

1．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。

2．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 。

3．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

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 ===??=?。

4．两定值电阻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．

5．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。

6．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。

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R1、R2是电热丝．R1：R2：R L=1：2：2，S1、S2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．S1、S2同时断开时，设备运行处于白天用电状态

B．S1、S2也同时闭合时，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R1和R2产生的热量之比为2：1

D．S1、S2也同时闭合时，若电流表示数为6A，则R1的实际功率为880W

【答案】ABD

【解析】

S闭合，S1、S2断开时，R1和R2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=U2/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、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P=U2/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，S1、S2断开时，R1和R2串联，Q1：Q2 =I2R1 t：I2R2t=R1：R2 =1：2，故C错；

开关S、S1、S2都处于闭合状态时，R2被短路，R1和灯泡L组成并联电路；

∵I=U/R，R1：R L =1：2，∴I1：I L =R L：R1 =2：1，∵I=6A，∴I1 =4A，I L =2A，∵U L =U1

=U=220V，∴P1 =U1 I1 =220V×4A=880W，故D正确；

故选ABD．

8．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

202A 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 。

9．一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=I 2Rt=（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%．

10．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。

11．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0~0.6 A。则（）

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8Ω时，通电1min电阻R1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，R1与R2串联，电压表测R2两端的电压，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R1两端的电压变化，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。故选C 。

12．一个电炉的电阻是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 。

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．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

=可得：40Ω电阻丝产生的热量

Q t

=，

10Ω电阻丝产生的热量

Q t

=，

则

1121

212

10101

40208

Q R R t min

Q R t min

==?=?=

，

即34

88 1.510 1.210

Q Q J J

==??=?，故A正确为答案．

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 ”， R 2两端电压最大为3V ，根据串联分压的特点，11U R =2

U R ，即

6V 3V 10Ω

- =23V

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=

R R +，即 0.5A=2

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．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2

U 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 ．

17．如图所示，在四个相同水槽中盛有质量相等和温度相同的纯水，现将阻值为R 1、R 2的电阻丝（R 1

后，水温最高的是

A．

B．

C．

D．

【答案】D

【解析】

【分析】

【详解】

由串并联电路特点可知，串联电路电阻越串越大，并联电路电阻越并越小；由电路图及已

知R1＜R2可知，图D中电路总电阻最小，四个电路电压相等，通电时间相等，Q=

t可

知，D产生的热量最多，水吸收的热量越多，水的温度最高，故选D。

【点评】

电路产生的热量越多，水吸收的热量越多，水的温度越高，由串并联电路的特点判断各电路的阻值大小、熟练应用电功公式是正确解题的关键．

18．两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=

可知，甲灯消耗的电能多，故A正确、BCD错误，故选

A。

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．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 ＝I 2Rt ，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 。