备战中考物理培优易错试卷(含解析)之焦耳定律的应用问题及详细答案

一、初中物理焦耳定律的应用问题
1．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 。

2．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
22
4100(A) 4.84Ω180s=18000J=1.810J 22
Q I Rt ==⨯⨯⨯
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
5．两定值电阻R A和R B中的电流与其两端电压的关系如图所示，若将两电阻串联在电压为3V的电源两端，电路的总功率为________ W，通电一段时间后，R A和R B产生的热量之比是________．
【答案】0.6 1：2
【解析】
【分析】
【详解】
由图象知，
U=3V时，I A=0.6A，I B=0.3A，
根据
U
R
I
=，电阻
3V
5
0.6A
A
A
U
R
I
===Ω，
3V
10
0.3A
B
B
U
R
I
===Ω，
两电阻串联时，电路总电阻
R=R A+R B=5Ω+10Ω=15Ω，
电路总功率
22
(3V)
0.6W
15
U
P
R
===
Ω
；
A、B两电阻串联流过它们的电流I相等，通电一段时间产生的热量之比
2
2
51
102
A A A
B B B
Q I R t R
Q I R t R
Ω
====
Ω
．
6．有两个灯泡L1、L2，L1标有“6V、3W”字样，L2没有标记，实验测得L2的电阻为6Ω。

将L1、L2串联接在某一电路中，两灯L1、L2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，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
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 。

9．一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=I2Rt=（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=I2R=（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．下列家用电器中，利用电流热效应工作的是
A．电冰箱B．电饭锅C．电视机D．电风扇
【答案】B
【解析】
【详解】
A．电冰箱的压缩机把电能转化为机械能，灯泡将电能转化为光能，故A不符合题意；B．电饭锅把电能转化为内能，是利用电流热效应来工作的，故B符合题意；
C．电视机主要是把电能转化为光能和声能，没有利用电流热效应，故C不符合题意；D．电风扇主要是把电能转化为机械能，不是利用电流热效应来工作，故D不符合题意。

11．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0~0.6 A。

则（）
A．电压表测量的是电阻R1两端的电压
B．当变阻器R2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R2接入电路的阻值范围是2~10Ω
D．当变阻器R2接入电路中的阻值是8Ω时，通电1min电阻R1产生的热量是53.3J
【答案】C
【解析】
【分析】
(1)根据电压表的正确使用判断所测的电路元件；
(2)由电路图可知，R1与R2串联，电压表测R2两端的电压，电流表测电路中的电流，根据滑片的移动可知接入电路中电阻的变化，根据欧姆定律可知电路中电流的变化和R1两端的电压变化，根据串联电路的电压特点可知电压表的示数变化；
(3)比较滑动变阻器允许通过的最大电流和电流表的量程确定电路中的最大电流，此时变阻器接入电路中的电阻最小，根据欧姆定律求出电路中的总电阻，利用电阻的串联求出变阻器接入电路中的最小阻值；当电压表的示数最大时，滑动变阻器接入电路中的电阻最大，根据串联电路的电压特点求出R 1两端的电压，根据串联电路的电流特点和欧姆定律得出等式即可求出变阻器接入电路中最大阻值，从而得出答案；
(4)当变阻器R 2接入电路中的阻值是8Ω时，根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的电
流，根据2
Q I Rt =求出1min 电阻R 1产生的热量。

【详解】
A ．由电路图可知，R 1与R 2串联，电压表测R 2两端的电压，电流表测电路中的电流，故A 错误；
B ．由电路图可知，滑动变阻器滑片右侧接入电路，当变阻器R 2的滑片P 像左移动时，接入电路的电阻增加，电压表的示数变大，故B 错误；
C ．因为滑动变阻器R 2的规格为“20Ω0.5A ”，所以接入滑动变阻器的最大电流是0.5A ，电路的最小电阻是
6V 12Ω0.5A
U R I =
== 滑动变阻器接入电路中的最小电阻
112Ω10Ω2ΩR R R -=-==小
当电压表的最大测量值为3V 时，滑动变阻器接入的电阻最大，为10Ω，故C 正确； D ．当变阻器R 2接人电路中的阻值是8Ω时，电路的总电阻
1210Ω8Ω18ΩR R R '=+=+=
此时电路中的电流
6V 1A 18Ω3
U I R '=
==' 通电1min 电阻R 1产生的热量
2211
(A)10Ω160s 66.7J 3
Q I R t '==⨯⨯⨯≈
故D 错误。

故选C 。

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．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。

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．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。

16．两个定值电阻12R R 、并联在电路中，如图甲所示，通过它们的电流与其两端的电压关系如图乙所示。

闭合开关S ，经过相同的时间，12R R 、产生的热量之比为（ ）
A ．1:3
B ．3:1
C ．1:9
D ．9:1
【答案】B
【解析】
【分析】 本题考查热量的计算，应用并联电路的特点及I -U 图象。

【详解】
由题可知R 1、R 2并联连接，结合图乙知，当U =3.0V 时，通过R 1、R 2的电流分别为I 1=0.6A ，I 2=0.2A ，即通过两电阻的电流之比
I 1:I 2=0.6A:0.2A=3:1
由Q =UIt 得，在相同的时间内，R 1、R 2产生的热量之比
Q 1:Q 2=UI 1t :UI 2t = I 1:I 2=0.6A:0.2A=3:1
故ACD 不正确，B 正确。

故选B 。

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。

18．一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。

19．如图电路，电源电压为12V且保持不变，闭合开关S，当滑片P置于变阻器的中点时，电压表的示数为4V；当滑片P置于变阻器的b端时，电压表的示数变化了2V，在10s 内定值电阻R1产生的热量为36J。

则下列结果正确的是（）
A．电路中的最大电流为1A
B．滑片P在中点时，10s内滑动变阻器R消耗的电能为60J
C．R1先后两次消耗的电功率之比为16:9
D．滑动变阻器R先后两次消耗的电功率之比为8:1
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A ．根据电路图可知，定值电阻R 1与滑动变阻器R 串联，电压表测R 两端电压。

根据串联电路分压原理知，滑片从中点到b 端时，R 连入阻值增大，它分得电压增大，即电压表示数增大了2V ，此时电压表示数为4V+2V=6V ，所以定值电阻R 1两端的电压
U 1=U -U R =12V-6V=6V
由Q =2
U R
t 可得 R 1=211U Q t =2
(6V)60J
×10s=6Ω 此时电路中的电流
1116V 1A 6Ω
U I R === 当滑片在a 点时，电路是只有R 1工作的简单电路，此时电路中电阻最小，电流最大，电路中的最大电流
I 最大=1U R =12V 6Ω
=2A 故A 错误；
B ．滑片在中点时，电路中的电流
I =I 1＇=
1R U U R -＇=12V 4V 6Ω-=43A 9s 内滑动变阻器R 消耗的电能
W R =U R ＇It =4V×
43
A×9s=48J 故B 错误；
C ．由P =UI 可得，R 1先后两次消耗的电功率之比 11P P ＇=11R U U I U I -（＇）=412V 4V A 36V 1A
-⨯⨯（）=169 故C 正确；
D ．由P =UI 可得，R 先后两次消耗的电功率之比
R R P P ＇=1R R U I U I ＇=44V A 36V 1A
⨯⨯=89 故D 错误。

故选C 。

20．下列说法不正确的是（ ）
A ．两个用电器组成的电路，通过它们的电流不相等，则它们一定是并联
B．三个用电器组成的电路任意一个损坏都不影响其他用电器，则它们一定是并联
C．家庭电路中若电热水壶被短路，则空气开关一定跳闸
D．功率相同的电风扇和电热水壶正常工作1h，产生的电热一定相等
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
A．两个用电器组成的电路，只有并联时通过它们的电流才不相等，故A正确，A不符合题意；
B．三个用电器组成的电路任意一个损坏都不影响其他用电器，则它们一定是并联，若其中两个或三个串联，则必须同时工作，故B正确，B不符合题意；
C．家庭电路中若电热水壶被短路，电路中电流过大，则空气开关一定跳闸，故C正确，C 不符合题意；
D．功率相同的电风扇和电热水壶正常工作1h消耗的电能相同，但因为电热水壶把电能几乎全部转化成热能，而电风扇主要是把电能转化成机械能，二者产生的电热不同，故D错误，D符合题意。

故选D。