2020-2021【物理】物理 焦耳定律的应用问题的专项 培优练习题含答案

一、初中物理焦耳定律的应用问题
1．一个“220V 300 W"的电热杯，一个“220 V 300W”的煮蛋器，一台“220V 300 W"的小型洗衣机，分别接在220V的电压下，则相同时间内它们产生的热量
A．小型洗衣机最少B．电热杯最少
C．煮蛋器最少D．一样多
【答案】A
【解析】
【详解】
由题意可知，三种仪器的额定功率相同，但小型洗衣机主要将电能转化为机械能；而电热杯、煮蛋器将电能全部转化为内能，故小型洗衣机产生热量最少，故选A。

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。

3．两个发热电阻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，R 1、R 2两端的电压之比：
11122214
U IR R U IR R ===； 已知110ΩR =，则
214410Ω40ΩR R ==⨯=；
根据2
U Q W t R
==得两个电阻在100s 内产生的热量为：
2222
1212(4V)(4V)100s 100s 200J 10Ω40Ω
U U Q W W t t R R =+=+=⨯+⨯=总．
4．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
-。

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
1
1
14U U Q Q t t R R R R R R ====：：：：：
7．如图所示，灯泡L 上标有“6 V 6 W”字样(不计灯丝电阻的变化)。

电源电压6 V 且保持不变。

定值电阻40ΩR =。

只闭合开关S 1和S 3，电阻R 在100 s 产生的热量是________J ；电路在工作状态下整个电路消耗的最小功率是________W 。

【答案】90 0.78 【解析】 【详解】
[1]只闭合开关1S 和3S ，定值电阻R 和灯泡L 并联接在电路中，定值电阻R 两端的电压
R 6V U U ==
那么电阻R 在100 s 产生的热量是
()2
2
R
6V 100s 90J 40Ω
U Q t R =⋅=
⨯= [2]电路在工作状态下整个电路消耗的功率最小，根据2
U P R
=可知，要求总电阻最大；灯
泡L 的电阻是
()2
2
L
L L 6V 6Ω6W
U R P ===
当电阻R 与灯泡L 串联在电路中时，此时电路中的电阻最大，只需要闭合开关S 2，这种情况下电路消耗的最小功率是
()2
22
L 6V 0.78W 40Ω6Ω
U U P R R R ===≈++总
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．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．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 。

11．如图所示电路，电源电压恒为6V ，定值电阻R 1为10Ω，滑动变阻器R 2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R 1两端的电压
B ．当变阻器R 2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R 2接入电路的阻值范围是2~10Ω
D ．当变阻器R 2接入电路中的阻值是8Ω时，通电1min 电阻R 1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，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，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R 1两端的电压变化，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．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。

13．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 。

14．如图所示是一个玩具汽车上的控制电路，小明对其进行测量和研究发现：电动机的线圈电阻为1Ω，保护电阻R 为4Ω，当闭合开关S 后，两电压表的示数分别为6V 和2V ，则（ ）
A ．电路中的电流为4A ，电源电压为6V
B ．电动机的功率为16W ，它两端的电压为4V
C ．1min 在电阻R 上产生的热量是60J ， 电动机线圈产生的热量是120J
D ．电动机工作时将电能转化为机械能，若将儿阻R 换成滑动变阻器，可调节电动机的转速 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】
由电路图中可知，电动机与保护电阻串联，电压表V 1测量电源电压；电压表V 2测量保护电阻R 两端的电压
A.由题意可知，闭合开关后，电阻R 两端的电压为2V ，则通过电阻R 的电流
R 2V
=0.5A 4Ω
U I R =
= 因为串联电路电流处处相等，电路中的电流为0.5A ，故A 不符合题意；
B ．电压表V 1测量电源电压，则结合题中数据可知，电源电压为6V ，因为串联电路总电压电压各用电器电压之和，所以电动机的电压为
U M =U-U R =6V-2V=4V
电动机的功率为
P M =U M I =4V×0.5A=2W
故B 不符合题意；
C ．1分钟在电阻R 上产生的热量
Q=I 2Rt =(0.5A)2×4Ω×60s=60J
1 分钟电动机线圈产生的热量是
()2
'2'0.5A 1Ω60s =15J Q I R t ==⨯⨯
故C 不符合题意；
D ．电动机工作时把电能转化成机械能，将电阻R 换成滑动变阻器，可以调节电路中电流的大小，从而起到调节电动机转速的作用，故D 符合题意。

故选D 。

15．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2
Q U t R =可得：40Ω电阻丝产生的热量2
1
11U Q t R = ， 10Ω电阻丝产生的热量2
222
U Q t R = ， 则2
1
1121221222
1010140208
U t Q R R t min U Q R t min t R Ω==⨯=⨯=Ω， 即34
2188 1.510 1.210Q Q J J ==⨯⨯=⨯，故A 正确为答案．
16．两个定值电阻12R R 、并联在电路中，如图甲所示，通过它们的电流与其两端的电压关系如图乙所示。

闭合开关S ，经过相同的时间，12R R 、产生的热量之比为（ ）
A ．1:3
B ．3:1
C ．1:9
D ．9:1
【答案】B
【解析】
【分析】 本题考查热量的计算，应用并联电路的特点及I -U 图象。

【详解】
由题可知R 1、R 2并联连接，结合图乙知，当U =3.0V 时，通过R 1、R 2的电流分别为I 1=0.6A ，I 2=0.2A ，即通过两电阻的电流之比
I 1:I 2=0.6A:0.2A=3:1
由Q =UIt 得，在相同的时间内，R 1、R 2产生的热量之比
Q 1:Q 2=UI 1t :UI 2t = I 1:I 2=0.6A:0.2A=3:1
故ACD 不正确，B 正确。

故选B 。

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 ．
18．两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 。

19．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，R 1、R 2是两个相同的电阻，设
R 1=R 2=R
由图可知，当闭合开关S 1，断开S 2、S 3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
2U R
×10×60s 闭合S 2、S 3，断开S 1时两电阻并联，总电阻为2
R ，产生相同热量，则
Q =22U
R ×t =2
2U R ×t 22U R ×10×60s=2
2U R
×t t=150s=2.5min
故选A 。

20．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
2202A 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。