中考物理 焦耳定律的应用问题 综合题及答案

一、初中物理焦耳定律的应用问题
1．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。

2．一台电动机正常工作时，两端的电压为220V，通过线圈的电流为10A，若此线圈的电阻为2Ω，则这台电动机1min内产生的热量是______J，这台电动机的效率是______．【答案】1.2×104 90.9%
【解析】
【分析】
【详解】
已知线圈的电阻和通过的电流以及通电时间，根据公式Q=I2Rt可求这台电动机1min内产
生的热量．已知电动机两端的电压和通过的电流，根据公式P=UI 可求电动机的总电功率；再根据公式P=I 2R 计算线圈消耗的功率，总功率减去线圈消耗的功率就是电动机的输出功率，输出功率与总功率的比值就是这台电动机的效率．
（1）这台电动机1min 内产生的热量：
Q=I 2Rt=（10A ）2×2Ω×60s=1.2×104J ；
（2）电动机的电功率：
P 总=UI=220V×10A=2200W ，
线圈消耗的功率：
P 圈=I 2R=（10A ）2×2Ω=200W ，
输出功率：
P 出=P 总-P 圈=2200W-200W=2000W ，
这台电动机的效率：
η= P 出/ P 总=2000W/2200W=90.9%．
3．两个发热电阻R 1:R 2=1:4,当它们串联在电路中时，R 1、R 2两端的电压之比U 1:U 2=_____；已知R 1=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．小刚用如图甲所示电路来探究电流与电压的关系，闭合开关S ，将滑动变阻器的滑片P 从a 端移至b 端，电流表和电压表的示数变化关系如图乙所示，由图象可知定值电阻R 1的阻值是____Ω．实验时，电源电压保持5 V 不变，当滑片P 位于a 端时，由图象可得滑动变阻器消耗的电功率是_____W ．此时，电阻R 1在10 min 内产生的热量为_____J ．
【答案】10 0.4 60
【解析】
【分析】
【详解】
当P 在b 端时R 2=0Ω，此时电压示数和电流示数最大，且均为R 1的数据，所以R 1的阻值为：R 1=5V =0.5A
U I 总=10Ω．当滑动变阻器的滑片移到a 端时，R 2两端电压U 2=U 总-U 1=5V-1V=4V ，由图象知，当R 1的电压是1V 时，电流为0.1A ，根据串联电路的电流处处相等，∴I 2=I 1=0.1A ，∴P 2=U 2I 2=4V×0.1A=0.4W ，Q 1=W 1=U 1It=1V×0.1A×600s=60J 。

5．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 2Q 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
221A 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。

6．下列关于物理中常见电现象和磁现象的说法中一定正确的是（ ）
A ．两个轻质小球放在一起时相互排斥，则两球一定带同种电荷
B ．一个开关能同时控制两盏灯，则这两盏灯一定是串联的
C ．两盏白炽灯串联通电发光，则更亮一点的电阻一定更大
D ．电功率相同的电热水壶和电风扇工作相同的时间，发热一定相等
【答案】AC
【解析】
【分析】
【详解】
A．据“同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引”知，两个轻抚小球放在一起相互排斥，则两球一定带同种电荷，故A正确；
B．一个开关同时控制两盏灯，则这两盏灯可能是串联，也有可能是并联，因为两灯并联，开关在干路，则可同时控制两盏灯，故B错误；
C．串联电路中，通过两盏灯的电流相等，据P=I2R得，电阻越大，实际功率越大，则亮度越亮，故C正确；
D．电功率相同的电热水壶和电风扇在额定电压下工作相同时间，消耗的电能相等，但发热是电热水壶的大于电风扇的。

因为电热水壶基本将所有的电能上转化为内能，而电风扇将大部分电能转化为机械能，小部分电能转化为内能。

故D错误。

故选AC。

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．如图是探究电流通过导体时产生热量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形管中液面的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．该实验装置是为了探究电流产生的热量与电流大小的关系
B．将左边容器中的电阻丝换成10Ω的，可以探究电流产生的热量与电阻的关系
C．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多少的
D．通电一段时间后，左侧电阻丝产生的热量比右侧电阻丝产生的热量多
【答案】AD
【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，故 A正确；
B．将左边容器中的电阻丝换成10Ω的电阻丝后，左右容器中的电阻和电流都不同，没有控制好变量，所以不能探究电流产生的热量与电阻的关系，故B错误；
C．该实验装置是利用U形管中空气的热胀冷缩来反应热的多少，虽然产生热量的多少不能直接观察，但可以通过U形管液面高度差的变化来反映，故C错误；
D．通过左边容器中的电阻丝的电流大，由Q=I2Rt可知，左边电阻丝产生的热量多，温度升得较快，故D正确。

故选AD。

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R0、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．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 。

11．下列表述不正确．．．
的是（ ）
A ．两灯串联在 220V 的电路中，甲灯较亮
B ．细绳悬挂的两轻质带电小球保持静止，则两球一定带同种电荷
C ．验证焦耳定律实验中，装置通电一分钟后，右管中的液面较高
D ．每消耗1kW h ⋅ 的电能，电能表上的转盘转过3000 转
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】
A ．由图可知P P 额甲额乙＞ ，甲乙两灯额定电压相同，由2
U R P =额额得
R R 甲乙＜
甲乙两灯串联在电路中，所以电流相等，由2
P I R =实
得 P P 实甲实乙＜
灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率，所以乙灯较亮，故A 错误，A 符合题意； B ．细绳悬挂的两轻质带电小球保持静止，两球相互排斥，则两球一定带同种电荷，故B 正确，B 不符合题意；
C ．装置通电一分钟后，由焦耳定律可知，右侧电阻较大，产生的热量较多，所以右管中的液面较高，故C 正确，C 不符合题意；
D ．由表上的信息可知，每消耗1kW h ⋅ 的电能，电能表上的转盘转过3000 转，故D 正确，D 不符合题意。

故选A 。

12．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 。

13．如图(甲)所示，两电热丝R 1与R 2并联， R 1＝20Ω，电源电压保持不变，闭合开关，电流表A 1和电流表A 2表盘指针均指如图(乙)所示位置，则以下判断不正确的是（ ）
A ．R 1: R 2＝5：1
B ．电源电压是10 V
C ．R 2的电功率是20W
D ．R 1工作2分钟所放出的热量为600J
【答案】A
【解析】
【详解】 由电路图可知，R 1与R 2并联，电流表A 1测干路电流，电流表A 2测R 1支路的电流； B ．因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，且两电流表指针的位置相同，所以，电流表A 1的量程为0～3A ，分度值为0.1A ，干路电流I =2.5A ，电流表A 2的量程为0～0.6A ，分度值为0.02A ，通过R 1的电流I 1=0.5A ，根据并联电路的电流特点可得，通过R 2的电流：
21 2.5A 0.5A 2A I I I =-=-=， 因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，由U I R
=可得，电源的电压： 110.5A 20Ω10V U I R ==⨯=，
故B 正确，不符合题意；
A ．则R 2的阻值：
2210V =5Ω2A
U R I =
=， 则 1220Ω5Ω41R R ==：：：，
故A 错误，符合题意；
C ．R 2的电功率：
2210V 2A 20W P UI ==⨯=，
故C 正确，不符合题意；
D ．R 1工作2分钟所放出的热量：
()2
21110.5A 20Ω260s 600J Q I R t ==⨯⨯⨯=，
故D 正确，不符合题意。

14．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 。

15．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2Q 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。

16．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。

17．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。

18．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。

19．一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2U 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 。

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 。