【物理】培优 易错 难题焦耳定律的应用问题辅导专题训练附答案

一、初中物理焦耳定律的应用问题
1．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。

2．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。

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．将阻值为R 甲=40Ω和R 乙=10Ω的两个电阻串联后接在电源上，相同时间内，两电阻中产生热量较多的是 _____。

若将两电阻并联后接在4 V 的电源上，1 min 内两电阻产生的总热量为_____J 。

【答案】R 甲 120 【解析】 【分析】 【详解】
[1]已知R 甲＞R 乙，根据焦耳定律Q =2I Rt ，两个电阻串联后，通过的电流相等，相同时间内，电阻R 甲产生热量较多。

[2]两电阻并联，由Q =2I Rt ,I =
U
R
得， Q 甲=2U t R 甲=()24V 60s 40Ω⨯=24J ，Q 乙=2U t R 乙=()24V 60s 10Ω
⨯=96J
共产生的热量
Q =Q 甲+Q 乙=24J+96J=120J
5．电动机是将电能转化成机械能的机器，但由于线圈内部有电阻，所以同时还有一部分电能转化成内能。

若一台玩具电动机接在6V 的电源两端，使其正常转动时，通过电动机中的电流为0.3A ；短暂地卡住电动机转轴，使其不能转动，通过电动机中的电流为3A 。

则这台电动机线圈的电阻为______Ω，正常转动时的效率是_____。

【答案】2 90% 【解析】 【分析】 【详解】
[1]电动机转轴卡住时电流为3A ，故电动机线圈电阻为
R =
U I =6V 3A
=2Ω [2]设电动机正常运转时，在t 时间内消耗的电能为
W=UIt =6V×0.3A ×t
在t 时间产生的热量为
Q =I 2Rt =(0.3A)2×2Ω×t
电动机正常运转时的效率
η=W W 有总=-W Q W =()26V 0.3A -0.3A 2Ω6V 0.3A t t t
⨯⨯⨯⨯⨯⨯=90%
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．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 。

8．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
11124048
12V=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
2
211148V 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 。

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。

11．如图所示，在四个相同水槽中盛有质量相等和温度相同的纯水，现将阻值为R1、R2的电阻丝（R1<R2）分别按图中的四种方式连接放入水槽，并接入相同电源．通电相同时间后，水温最高的是
A．
B．
C ．
D ．
【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】
由串并联电路特点可知，串联电路电阻越串越大，并联电路电阻越并越小；由电路图及已
知R 1＜R 2可知，图D 中电路总电阻最小，四个电路电压相等，通电时间相等，Q =2
U R
t 可知，D 产生的热量最多，水吸收的热量越多，水的温度最高，故选D 。

【点评】
电路产生的热量越多，水吸收的热量越多，水的温度越高，由串并联电路的特点判断各电路的阻值大小、熟练应用电功公式是正确解题的关键．
12．a 和b 两个定值电阻的电流与电压的关系如图所示，下列说法正确的是( )
A ．将a 和b 串联接入电路中，a 、b 两端的电压之比是1：2
B ．将a 和b 串联接入电路中，a,b 消耗的功率之比是2：1
C ．将a 和b 并联接人电路中，通过a 、b 的电流之比是1：2
D ．将a 和b 并联接入电路中，相同时间内电流通过a 、b 产生的热量之比是4：1 【答案】A 【解析】 【详解】
A ．由图可知若将a 和b 串联接入电路中，a 、b 两端的电压之比是1：2，故A 正确；
B ．由图可知若将a 和b 串联接入电路中，a 、b 消耗的功率之比为
:::2A 1:2a b a b a a P P U I U I U I U I ===
故B 错误；
C ．由图可知若将a 和b 并联接人电路中，通过a 、b 的电流之比是2：1，故C 错误；
D ．由图可知若将a 和b 并联接入电路中，相同时间内电流通过a 、b 产生的热量之比为
22:::2:1a b a a b b a b Q Q I R t I R t UI t UI t ===
故D 错误。

13．在家庭电路中，导线相互连接处往往比别处更容易发热,甚至引起火灾，原因是连接处（ ）
A ．电流比别处大，产生的热量多
B ．电流比别处小，产生的热量多
C ．电阻比别处小，产生的热量多
D ．电阻比别处大，产生的热量多 【答案】D 【解析】 【分析】
由焦耳定律知道，电流通过导体产生的热量跟电流的平方、电阻大小和通电时间成正比。

导线相互连接处因为接触不良，易造成电阻变大，因为导线连接处与其他导线串联在电路中，通电时间是相同的，由焦耳定律可知电阻大的产生的热量越多，据此分析。

【详解】
在家庭电路中，导线相互连接处因接触不良，该处的电阻较大，在电流、通电时间相同时，产生的热量较多，往往比别处更容易发热，甚至引起火灾。

故选D 。

14．电动自行车有行驶工作、蓄电池充电两种状态，局部电路图如图所示，断开S 后，充电插口可以外接充电器对电池进行充电，电动自行车行驶过程中，其电动机正常工作电压为48V ，此时通过电动机线圈的电流为5A ，电动机线圈的电阻是0.5Ω，下列说法正确的是（ ）
A ．对蓄电池充电时，蓄电池相当于电路中的电源
B ．电动自行车的电动机把电能全部转化为机械能
C ．电动机正常工作1min ，电流通过线圈所产生的热量为14400J
D ．电动机正常工作1min ，消耗的电能为14400J 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】
A ．对蓄电池充电时，电能转化为化学能储存起来，则蓄电池相当于用电器，故A 错误；
B ．由于电动机会发热，则电动自行车的电动机把电能转化为机械能和内能，故B 错误；
C ．电动机正常工作1min ，电流通过线圈所产生的热量为
Q =I 2Rt =(5A)2×0.5Ω×60s=750J
故C 错误；
D ．电动机正常工作1min ，消耗的电能为
W =UIt =48V×5A×60s=14400J
故D 正确。

故选D 。

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．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V1测量电源电压；电压表V2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V1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=I2Rt=(0.5A)2×4Ω×60s=60J
1 分钟电动机线圈产生的热量是
()2
'2'0.5A1Ω60s=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。

17．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
11
1
U
Q t
R
=，
10Ω电阻丝产生的热量
2
22
2
U
Q t
R
=，
则
2
1
1121
2
212
2
2
10101
40208
U
t
Q R R t min
U
Q R t min
t
R
Ω
==⨯=⨯=
Ω
，
即34
21
88 1.510 1.210
Q Q J J
==⨯⨯=⨯，故A正确为答案．
18．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S1、S2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2
Q 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 。

19．两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 。

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 ＝I 2Rt ，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 。