2020-2021备战中考物理培优 易错 难题(含解析)之焦耳定律的应用问题含答案

一、初中物理焦耳定律的应用问题
1．小明在一次野炊活动中，将中间剪得较窄的口香糖锡箔纸（可看作导体）接在干电池正负两极上取火。

如图所示，锡箔纸较窄处最先燃烧，这是因为长度相同的锡箔纸较窄处比较宽处的
A．电阻小B．电流大C．电压小D．电功率大
【答案】D
【解析】
【详解】
较窄处更细，横截面积更小，电阻更大，所以在串联电流相等的前提下，根据公式2
P I R
可得，较窄处的电功率更大，故ABC不符合题意, D符合题意。

2．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R1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R1在10 min内产生的热量为_____J．
【答案】100.460
【解析】
【分析】
【详解】
当P在b端时R2=0Ω，此时电压示数和电流示数最大，且均为R1的数据，所以R1的阻值
为：R1=
5V
=
0.5A
U
I
总=10Ω．当滑动变阻器的滑片移到a端时，R2两端电压U2=U
总
-U1=5V-
1V=4V，由图象知，当R1的电压是1V时，电流为0.1A，根据串联电路的电流处处相等，∴I2=I1=0.1A，∴P2=U2I2=4V×0.1A=0.4W，Q1=W1=U1It=1V×0.1A×600s=60J。

3．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
=
2
U t
R
甲
=
()2
4V60s
40Ω
⨯
=24J，Q乙=
2
U t
R
乙
=
()2
4V60s
10Ω
⨯
=96J
共产生的热量
Q=Q甲+Q乙=24J+96J=120J
4．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40Ω
R=。

只闭合开关S1和S3，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】900.78
【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
100s90J
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
6Ω
6W
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S2，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
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．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 。

7．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 。

8．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 。

9．一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=I 2Rt 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%．
10．电路两端电压增为原来的3倍，电路的电阻降为原来的0.5倍，在相同时间内，电流产生的热量是原来的（ ） A ．6倍 B ．9倍
C ．18倍
D ．1.5倍
【答案】C 【解析】 【详解】
若原来电压为U 、原来电阻为R ，通电时间为t ，电流产生的热量为2
U Q W t R
==，现在
的电压为3U ，电阻为0.5R ，通电时间为t ，电流产生的热量为Q′：
()
2
2
318
0.51U t
Q R U Q t R
'==； 故C 正确。

11．如下图所示，当滑动变阻器的滑片P 滑至a 端时，定值电阻R 产生热量Q 用时是9min ；当滑片P 滑至b 端时，定值电阻R 产生相同热量Q 的用时是36min ，当滑片P 滑至ab 的中点时，若定值电阻R 再产生热量Q 的用时是（ ）
A ．20.5min
B ．20.05min
C ．20.25min
D ．22.25min
【答案】C 【解析】 【详解】
当滑动变阻器的滑片P 滑至a 端时，电路为R 的简单电路，产生热量等于消耗电能，则可由W
P t
=
得，产生热量Q 所用时间为 1221
W Q QR t U P U R
=
== 当滑片P 滑至b 端时，电路为R 与整个滑动变阻器串联电路，根据串联分压定律可求R 两端电压为
R
U U R R '=
+滑
产生热量等于消耗电能，则可由W
P t
=
得，产生热量Q 所用时间为 ()
2
222222
()Q R R W Q Q
t U RU P RU R R R +====
'+滑滑
当滑片P 滑至ab 的中点时，电路为R 与变阻器串联电路，此时滑动变阻器接入阻值为总阻值的一半，根据串联分压定律可求R 两端电压为
12
R
U U R R ''=
+滑
产生热量等于消耗电能，则可由W
P t
=
得，产生热量Q 所用时间为 2
32
2232
1
()212Q R R W Q Q t U RU P RU R R R +=
==
=
''⎛⎫
+ ⎪
⎝⎭
滑滑
由于第一次用时9min ，第二次用时36min ，带入式子求解可得，t 3=20.25min ，故选C 。

12．一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 。

13．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：
22
0.5A 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。

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。

15．如图所示电路，电源电压恒为6V，定值电阻R1为10Ω，滑动变阻器R2的规格为“20Ω 0.5A”，电压表量程为0～3V，电流表量程为0～0.6A。

下列说法正确的是（）
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5Ω时，通电1min 电阻R 1产生的热量是9.6J 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】
A ．由电路图可知，电压表是并联在R 2两端，测量的是电阻R 2两端的电压，故A 错误；
B ．当变阻器R 2的滑片P 向左移动时，R 2电阻增大，根据串联分压的特点， R 2两端电压增大，即电压表示数增大，故B 错误；
C ．由电压表量程“0∼3V ”， R 2两端电压最大为3V ，根据串联分压的特点，11U R =2
2
U R ，即
6V 3V 10Ω
- =23V
R 解得R 2=10Ω，由电流表量程“0∼0.6A ”，电路中最大电流为0.6A ，由滑动变阻器R 2的规格为“20Ω 0.5A ”，电路中最大电流为0.5A ，综合以上因素，电路中最大电流为0.5A ，则I
最大=
12
U
R R +，即 0.5A=
2
6V
10ΩR +
解得R 2=2Ω，故变阻器R 2接入电路的阻值范围是2∼10Ω，故C 正确； D ．当变阻器R 2接入电路中的阻值是5Ω时，电路中的电流
I ′='
12U R R +=6V 10Ω5Ω
+ =0.4A 通电1min 电阻R 1产生的热量
Q =(I ′)2R 1t =(0.4A)2×5Ω×1×60s=48J
故D 错误。

故选C 。

16．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S 1、S 2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
=可得，两者在相同时间内产生的热量
Q I Rt
不同，故A正确，不符合题意；
=可得两者相同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
时间内消耗的电能不同，故B正确，不符合题意；
=可得，两者电功率不同，C．电动机和电热丝两端的电压相同，但电流不同，根据P UI
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。

17．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 。

18．两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 。

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，R1、R2是两个相同的电阻，设
R1=R2=R
由图可知，当闭合开关S1，断开S2、S3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
2
U
R
×10×60s
闭合S2、S3，断开S1时两电阻并联，总电阻为
2
R
，产生相同热量，则
Q=
2
2
U
R×t=
2
2U
R
×t
2
2
U
R
×10×60s=
2
2U
R
×t
t=150s=2.5min
故选A。

20．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。