2020-2021中考物理压轴题专题焦耳定律的应用问题的经典综合题含答案解析

一、初中物理焦耳定律的应用问题
1．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 。

2．如图，电源电压保持不变，R 1=10 Ω，开关S 闭合，S 0拔至b 时电压表的示数是拔至a 时的三分之一，则R 2=_____Ω；若电源电压为3 V ，当开关S 0拔至b 时，R 1在10 min 内产生的热量是_____J 。

【答案】20 60
【解析】
【分析】
【详解】
[1]闭合开关S ，开关S 0拨至b 时，两电阻串联，电压表测R 1两端的电压；闭合开关S ，开关S 0拨至a 时，两电阻串联，电压表测电源的电压，因串联电路中总电压等于各分电压之和，且开关S 0拨至b 时电压表示数是拨至a 时的三分之一，所以，两电阻两端的电压之比
312312
U U U U U ＝＝-
因串联电路中各处的电流相等，所以，由I ＝U R
可得，两电阻的阻值之比 11122212
U R U I U R U I
＝＝＝ 则R 2的阻值
R 2＝2R 1＝2×10Ω＝20Ω
[2]若电源电压为3V ，当开关S 0拨至b 时，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以
电路中的电流I ＝
123V 10Ω20Ω
U R R ++＝＝0.1A R 1在10min 内产生的热量
Q 1＝I 2R 1t ＝(0.1A)2×10Ω×600s ＝60J
3．小明将线圈电阻为4.84Ω的电动机接人220V 的家庭电路中，关闭其它用电器，只让电动机工作时，观察到他家标有2000imp/(kW.h)的电能表3min 内闪烁了100次，则电动机在这段时间内消耗的电能为________kW.h ，电动机线圈产生________J 的热量。

【答案】0.05 41.810⨯
【解析】
【分析】
【详解】
[1]电动机在这段时间内消耗的电能为
0100kW h=kW h 0.05kW h 2000
n W n =⋅⋅=⋅ [2]根据公式W UIt =可以求出电动机线圈的电流为
60.05 3.610J 100A 220V 360s 22
W I Ut ⨯⨯===⨯⨯ 电动机线圈产生热量为
224100(A) 4.84Ω180s=18000J=1.810J 22
Q I Rt ==⨯⨯⨯
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】21rP 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 2221P r P P Pr U P P U
η-===-实 所以输电线输送电能的效率为2
1rP U -。

5．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 。

6．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R 1、R 2是电热丝．R 1：R 2：R L =1：2：2，S 1、S 2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 ．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也同时闭合时，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R 1和R 2产生的热量之比为2：1
D ．S 1、S 2也同时闭合时，若电流表示数为6A ，则R 1的实际功率为880W
【答案】ABD
【解析】
S 闭合，S 1 、S 2 断开时，R 1 和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P=U 2/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 、S 1 、S 2 同时处于闭合状态，R 2 被短路，R 1 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=U 2/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，S 1 、S 2 断开时，R 1 和R 2 串联，Q 1 ：Q 2 =I 2 R 1 t ：I 2R 2 t=R 1 ：R 2 =1：2，故C 错； 开关S 、S 1 、S 2 都处于闭合状态时，R 2 被短路，R 1 和灯泡L 组成并联电路；
∵I=U/R ，R 1 ：R L =1：2，∴I 1 ：I L =R L ：R 1 =2：1，∵I =6A ，∴I 1 =4A ，I L =2A ，∵U L =U 1
=U =220V ，∴P 1 =U 1 I 1 =220V×4A=880W ，故D 正确；
故选ABD ．
7．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 。

8．下列用电器中，主要是利用电流热效应来工作的是
A ．电风扇
B ．电视机
C ．电饭锅
D ．LED 灯
【答案】C
【解析】
【详解】
A ．电风扇工作是电能主要转化为机械能，利用通电导体在磁场中受到力的作用，故A 不符合题意；
B ．电视机工作是电能主要转化为光能，故B 不符合题意；
C ．电饭锅工作是电能主要转化为内能，主要是利用电流热效应来工作，故C 符合题意；
D ．LED 灯工作是电能主要转化为光能，故D 不符合题意。

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．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 。

11．小明同学在活动课上表演了一个小魔术：用金属片点燃火柴。

他将一金属片接在学生电源上（如图所示），则将火柴放在哪个位置效果最明显（ ）
A ．a 点
B ．b 点
C ．c 点
D ．都一样
【答案】A
【解析】
【详解】 影响电阻大小的因素是材料、长度、横截面积，由图可知a 点横截面积最小，故a 的电阻
最大，a 、b 、c 是串联的，电流相同，根据2Q I Rt =可知，在相同时间内a 产生的热量多，
故放在a 点效果最明显。

故选A 。

12．电冰箱起动时，与电冰箱并联的台灯变暗。

关于这一现象，下列说法中不正确的是（ ）
A ．进户线中电流变大
B ．线路中电阻变大
C ．线路中热损耗变大
D ．灯泡两端的电压变小
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
A ．当使用大功率的电冰箱时，电路中的总功率过大，家庭电路的电压一定，由P UI =可知，干路中的电流变大，故A 正确，不符合题意；
B ．因电冰箱和台灯是并联的，根据并联电路电阻的特点知，线路中的总电阻变小，故B 错误，符合题意；
C ．干路中的电流变大，由2Q I Rt =知，线路中的热损耗变大，故C 正确，不符合题意；
D ．因干路中的电流变大，由U IR =知，线路电阻分压变大，台灯两端的电压变小，所以台灯将变暗，故D 正确，不符合题意。

故选B 。

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R 3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=I 1+I 2
两电阻的阻值相等，则支路中电流相等，即I 1=I 2，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 =I 2Rt 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 ．R 3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
R 3发生断路后，电路中只有R 1和R 2串联，则总电阻为
R′总=5Ω+5Ω=10Ω
R 3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．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2Q 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 。

15．如图所示，电源电压为6V ，110R =Ω，220R =Ω，35R =Ω。

闭合开关1S 后，当2S ，3S 全部闭合和全部断开时，在相同的时间内电流通过1R 产生的热量之比是（ ）
A ．4∶9
B ．9∶4
C ．2∶3
D ．3∶2
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】 当开关都闭合时，R 3被短路，R 1与R 2并联，此时R 1两端的电压为电源电压U 。

当开关S 1闭合，S 2、S 3全部断开时，R 2被开路，R 1与R 3串联，此时
311310251
R U R U ΩΩ＝＝＝ 则此时R 1两端的电压为U 1＝23
U ，则相同的时间内电流通过1R 产生的热量之比是 22
212111
92'43U t R Q U U U Q U U t R ⎛⎫ ⎪⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭ ⎪⎝⎭＝＝＝＝ 故选B 。

16．从产品说明书得知，一台“6V 3W ”的迷你型小风扇，电动机线圈阻值为0.1Ω。

当小风扇正常工作时，则下列说法中正确的
A ．小风扇1min 消耗的电能为18J
B ．小风扇1min 将180J 电能转化成机械能
C ．电动机线圈1min 产生的热量为1.5J
D ．电动机线圈1min 产生的热量为15J
【答案】C
【解析】
【详解】
A ．由W P t
=得，小风扇1min 消耗的电能为： 3W 60s 180J W Pt ==⨯=；
故A 项错误；
BCD ．由P UI =得，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： 220.5A 0.1Ω60s 1.5J Q I Rt ==⨯⨯=（）；
所以小风扇1min 内电能转化成的机械能小于180J ；故BD 项错误；C 项正确。

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 。

19．两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 。

20．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
22
22121 2
Q 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。