2020-2021中考物理培优易错试卷(含解析)之焦耳定律的应用问题及答案解析

一、初中物理焦耳定律的应用问题
1．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。

2．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=I2Rt，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．
3．一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%．
4．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 。

5．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
6．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
7．两定值电阻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．
8．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 =I 2R 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 。

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．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．如下图所示，当滑动变阻器的滑片P 滑至a 端时，定值电阻R 产生热量Q 用时是9min ；当滑片P 滑至b 端时，定值电阻R 产生相同热量Q 的用时是36min ，当滑片P 滑至ab 的中点时，若定值电阻R 再产生热量Q 的用时是（ ）
A ．20.5min
B ．20.05min
C ．20.25min
D ．22.25min
【答案】C 【解析】 【详解】
当滑动变阻器的滑片P 滑至a 端时，电路为R 的简单电路，产生热量等于消耗电能，则可由W
P t
=
得，产生热量Q 所用时间为
1221
W Q QR t U P U R
=
== 当滑片P 滑至b 端时，电路为R 与整个滑动变阻器串联电路，根据串联分压定律可求R 两端电压为
R
U U R R '=
+滑
产生热量等于消耗电能，则可由W
P t
=
得，产生热量Q 所用时间为 ()
2
222222
()Q R R W Q Q
t U RU P RU R R R +====
'+滑滑
当滑片P 滑至ab 的中点时，电路为R 与变阻器串联电路，此时滑动变阻器接入阻值为总阻值的一半，根据串联分压定律可求R 两端电压为
12
R
U U R R ''=
+滑
产生热量等于消耗电能，则可由W
P t
=
得，产生热量Q 所用时间为 2
32
2232
1
()212Q R R W Q Q t U RU P RU R R R +=
==
=
''⎛⎫
+ ⎪
⎝⎭
滑滑
由于第一次用时9min ，第二次用时36min ，带入式子求解可得，t 3=20.25min ，故选C 。

12．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。

13．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
2P I R = 可得，较窄处的电功率更大，故ABC 不符合题意, D 符合题意。

14．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 。

15．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 ．
16．一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 。

17．两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 。

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 =2
U t R
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】
=得它们在额定电压下工作时通过的电流相等，故A正确；
A．根据P UI
=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；B．根据W Pt
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。