2020-2021中考物理 焦耳定律的应用问题 培优 易错 难题练习(含答案)含详细答案

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．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．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。

4．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
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21rP 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
11
14U U Q Q t t R R R R R R ====：：：：：
8．电阻A 和B 连接在某一电路，通过它们的电流与其两端电压的关系如图所示。

由图中信息可知（ ）
A ．电阻A 的阻值为5Ω
B ．当通过电阻B 的电流为0A 时，电阻B 的阻值为0Ω
C ．当电阻A 、B 串联在电压为3V 的电源两端时，它们的电功率之比为A B :1:2P P =
D ．当电阻A 、B 并联在电压为3V 的电源两端时，5min 它们产生的电热之比:2:1A B Q Q = 【答案】ACD 【解析】 【分析】
本题考查串联、并联电路的特点，电功率的计算，电热的计算，应用I -U 图象和欧姆定律解题。

【详解】
A ．由图象可知，电阻A 、
B 的I -U 图象是倾斜的直线，则两个都是定值电阻，当A 两端的电压为3V 时，通过它的电流为0.6A ，那么A 的电阻
35Ω0.6U V R I A
=
== 故A 符合题意；
B ．导体的电阻是其本身的一种性质，其两端有无电压，不会影响其电阻的大小，故B 不符合题意；
C ．由图象可知，电阻A 、B 串联，电源电压为3V 时，通过电路的电流应该是0.2A ，此时A 、B 两端的电压分别为1.0V 和2.0V ，根据P =UI 得，各电阻的电功率之比为
P A :P B =U A :U B =1.0V:2.0V=1:2
故C 符合题意；
D ．当电阻A 、B 并联在电压为3V 的电源两端时，由图象可知，通过两电阻的电流分别为0.6A 和0.3A ，根据Q =UIt 得，在5min 内，两电阻产生的电热之比
Q A :Q B =I A :I B =0.6A:0.3A=2:1
故D 符合题意。

故选ACD 。

9．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=I 2Rt ，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．
10．如图所示的用电器中，利用电流热效应工作的是（）
A．电视机
B．电暖气
C．电风扇
D．计算器
【答案】B
【解析】
【详解】
A．通电后，电视机是把电能转化为电视机影像的光能和喇叭的声能，不是利用电流热效应工作，A项不合题意；
B．通电后，电暖气是把电能转化为内能，这是利用电流热效应工作，选项B符合题意；C．通电后，电风扇是把电能转化为扇叶的动能，不是利用电流热效应工作，C项不合题意；
D．通电后，计算器是把电能转化为显示屏上的光能和喇叭的声能，不是利用电流热效应工作，D项不合题意。

11．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，R1、R2是两个相同的电阻，设
R1=R2=R
由图可知，当闭合开关S1，断开S2、S3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=
2
2
U
R
×10×60s
闭合S2、S3，断开S1时两电阻并联，总电阻为
2
R
，产生相同热量，则
Q=
2
2
U
R×t=
2
2U
R
×t
2
2
U
R
×10×60s=
2
2U
R
×t
t=150s=2.5min
故选A。

12．如图所示，物理课上李老师给电炉通电后，电炉丝热得发红，而用手触摸与之连接的导线却不觉得烫手。

这是因为
A．电炉丝的电阻比导线的电阻小
B．电流通过导线时没有产生热效应
C．导线中的电流比电炉丝中的电流小
D．导线消耗的电功率比电炉丝消耗的电功率小
【答案】D
【解析】 【详解】
根据焦耳定律2
Q I Rt Pt ==可以知道，当通电时间一样时，电阻大的，电功率大，其产生的热量多，由于电炉丝的电阻远大于与之相连导线的电阻，所以当电炉丝热得发红，而与之连接的导线却没有发热，故选D 。

13．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。

14．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。

15．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。

16．一只电热水壶有两根电阻丝1R 、2R ，其阻值12R R >，现把这只电热水壶接入照明电路中将一壶水加热至沸腾，则下列说法正确的是（ ）
A ．只接入1R 所用时间最短
B ．只接入2R 所用时间最短
C ．两根电阻丝串联接入电路所用时间最短
D ．两根电阻丝并联接入电路所用时间最短
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】 将一壶水加热至沸腾时，产生的热量相同，根据热量的公式2
U Q t R
=可知，电源电压不变，接入电路的电阻越小，产生相同热量的时间越少，并联电路中总电阻小于任何一个分电阻，两根电阻丝并联接入电路时，总电阻最小，加热时间最短。

故选D 。

17．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 ．
18．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 。

19．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。

20．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 2211148V 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 。