2020-2021中考物理——焦耳定律的应用问题的综合压轴题专题复习及答案解析

一、初中物理焦耳定律的应用问题
1．在相等的时间内，电热丝甲比电热丝乙放出的热量少，则（ ） A ．甲的电阻一定比乙的小 B ．通过甲的电流一定比乙的小 C ．甲两端的电压一定比乙的小 D ．甲消耗的电功率一定比乙的小
【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】
由焦耳定律可知电热丝产生的热量与电流大小、电阻大小和通电时间有关。

ABC ．仅知道通电时间相同、电热丝甲放出的热量少，不能直接判定电阻、电流与电压的大小，故ABC 不符合题意；
D ．在相等的时间内，电热丝甲比电热丝乙放出的热量少，即电热丝甲消耗的电能较少，根据
W
P t
=可知，甲的功率小，故D 符合题意。

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
1
11222
12
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．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
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．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 ====：：：：：
6．有两个灯泡L 1、L 2，L 1标有“6V 、3W ”字样，L 2没有标记，实验测得L 2的电阻为6Ω。

将L 1、L 2串联接在某一电路中，两灯L 1、L 2均能正常发光（忽略温度对电阻的影响），下列计算结果正确的是（ ） A ．该电路两端的总电压为9V B ．灯L2的额定功率为3W
C ．相同时间内，灯L 1、L 2消耗的电能之比W 1﹕W 2=1﹕1
D ．相同时间内，灯L 1、L 2产生的热量之比Q 1﹕Q 2=2﹕1 【答案】AD 【解析】 【详解】
A ．接入电路后正常发光，则电路中电流
1
13W 0.5A 6V
P I U =
==， 则L 2两端电压
220.5A 6Ω3V U IR ==⨯=，
则总电压
126V 3V 9V U U U =+=+=总，
A 正确；
B ．根据题意可知，L 2的功率为
()2
2220.5A 6Ω 1.5W P I R ==⨯=，
B 错误；
C ．根据W
Pt =可知，在相同时间内消耗电能之比等于功率之比为2：1，C 错误；
D ．灯泡产生的热量等于消耗的电能，因此产生的热量之比为2：1，D 正确。

7．有甲乙两台电暖器，甲的额定功率为1200W ，乙的额定功率为800W ，下列说法正确的是
A ．甲实际消耗的的电能可能比乙少
B ．电流通过甲做的功一定比乙多
C ．正常工作时，甲消耗电能比乙快
D ．电流通过甲和乙做功一样快
【答案】AC 【解析】 【详解】
AB ．甲的功率大于乙的功率，只能说甲做功快，不能说电流通过甲做功多；当甲的工作时间远小于乙的工作时间时，甲消耗的电能可能比乙少，电流通过甲做的功可能比乙少，故A 正确，B 错误；
CD 、甲的功率大于乙的功率，说明电流通过甲做功快，在相同的时间内，甲消耗电能多，故C 正确，D 错误。

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
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．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．如图所示是研究焦耳定律实验装置中的部分电路．两瓶中的电阻丝是串联的，甲电阻丝的阻值小于乙电阻丝的阻值．比较通电后两根电阻丝两端的电压U甲、U乙．以及它们在相同时间内产生的热量Q甲、Q乙，以下关系式中正确的是 ( )
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
【答案】C
【解析】
【详解】
由于两电阻丝串联，流过它们的电流I 相等，通电时间t 相等，由题意知：R R <甲乙，由U =IR 知：U U <甲乙；由焦耳定律Q =I 2Rt 知：Q Q <甲乙；故选C 。

11．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2
Q 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。

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．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。

14．一个电炉的电阻是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
3810J 200Ω210s
A Q I Rt ⨯⨯===
故选A 。

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 。

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．如右图所示，两透明容器中密封着等质量的空气，通电t 秒后（两容器都不向外放热），下列说法正确的是（ ）
A ．两容器中电阻产生的热量相同
B ．右边容器中空气的温度是左边容器中空气温度的两倍
C ．右边容器中空气温度的变化量是左边容器中空气温度变化量的两倍
D ．右边容器中空气温度的变化量是左边容器中空气温度变化量的四倍
【答案】C
【解析】
【分析】
根据焦耳定律2Q I Rt =判断两容器中电阻产生热量的多少，产生的热量越多，空气吸收热
量越多，U 形管中液柱越高；电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但液体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映，体现的是转换思想。

【详解】
A ．由图示可知，两个电阻丝是串联的，电流相同，电阻不同，所以相等的时间内产生的热量是不相同的，故A 错；
BCD ．右边容器中的电阻是左边容器电阻的二倍，所以右边容器中产生的热量是左边容器产生热的二倍，由于两个器中空气的质量相同，故可得右边容器中空气温度的变化量是左边容器中空气温度变化量的两倍，故C 正确、BD 错误。

应选C 。

19．一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=I2Rt=(10A)2×2Ω×1s=200J，
故选A。

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＝I2Rt，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。