【物理】物理二模试题分类汇编——焦耳定律的应用问题综合

一、初中物理焦耳定律的应用问题
1．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。

2．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
-。

3．家用电吹风的简化电路如图所示，主要技术参数如表。

则该电吹风正常工作吹热风时，电热丝的阻值是___________Ω，正常工作吹热风5min 电热丝产生的热量是___________J 。

【答案】55 2.64×105 【解析】 【详解】
(1)[1]由表格数据可知，电吹风吹冷风时的功率，即电动机的功率为120W ，由图知，电吹风正常工作且吹热风时，电动机和电热丝并联，因电路的总功率等于各用电器功率之和，所以电热丝的功率：
1000W 120W 880W M P P P
=-=-=电热丝热；
并联电路中各支路两端的电压相等，由2
U P R
=可得电热丝的电阻：
()2
2
220V 55880W U R P ===Ω电热丝
电热丝
； [2]电吹风正常工作且吹热风时，5分钟内电流通过电热丝产生的热量：
5880W 560 2.6410J R Q W P t s ===⨯⨯=⨯。

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．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40ΩR =。

只闭合开关S 1和S 3，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】90 0.78 【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 100s 90J 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 6Ω6W
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S 2，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
6．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%
7．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。

8．电烙铁和电风扇上都标有“220V 60W”的字样，使它们分别在额定电压下工作相同的时间。

以下判断中正确的是
A．它们在工作时通过的电流一定相等
B．它们在工作过程中消耗的电能一定相等
C．它们在工作过程中产生的电热一定相等
D．它们在工作过程中的电功率一定相等
【答案】ABD
【解析】
【详解】
=得它们在额定电压下工作时通过的电流相等，故A正确；
A．根据P UI
=得它们在在额定电压下工作相同的时间消耗的电能相等，故B正确；B．根据W Pt
C．电烙铁工作时主要把电能转化为内能，电风扇工作时主要把电能转化为风能，所以它们在工作过程中产生的电热不相等，故C错误；
D．它们在额定电压下工作的电功率都等于60W，故D正确。

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．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 。

11．如图所示电路，电源电压恒为6V ，定值电阻R 1为10Ω，滑动变阻器R 2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8Ω时，通电1min 电阻R 1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，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，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R 1两端的电压变化，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 。

12．一个“220V 300 W"的电热杯，一个“220 V 300W ”的煮蛋器，一台“220V 300 W"的小型洗衣机，分别接在220V 的电压下，则相同时间内它们产生的热量 A ．小型洗衣机最少 B ．电热杯最少 C ．煮蛋器最少 D ．一样多
【答案】A 【解析】 【详解】
由题意可知，三种仪器的额定功率相同，但小型洗衣机主要将电能转化为机械能；而电热杯、煮蛋器将电能全部转化为内能，故小型洗衣机产生热量最少，故选A 。

13．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。

14．2019年3月，中国青年科学家曹原证实了石墨烯在特定条件下的超导性能，取得了国际超导科研领域的重大突破。

利用石墨烯超导的零电阻特性进行远距离输电，将实现电能零耗损。

其节能依据的原理是（）
A．牛顿第一定律B．帕斯卡定律C．欧姆定律D．焦耳定律
【答案】D
【解析】
【分析】
利用超导进行远距离输电，因为超导体的电阻为零，根据焦耳定律公式可知，没有热量产生，即没有内能的损耗。

【详解】
A．牛顿第一定律是指一切物体在不受力的情况下，将保持静止状态或匀速直线运动状态，与题无关，故A不符合题意；
B．帕斯卡定律是指加在密闭液体上的压强，能够大小不变地由液体向各个方向传递，与题无关，故B错误；
C．欧姆定律是指一段导体通过的电流跟加在导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比，与题无关，故C错误；
D．焦耳定律是指一段导体产生的热量跟导体通过的电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟导体的通电时间成正比；所以当电阻为零时，导体没有热量产生，即电能零损坏，故D正确。

故选D。

15．用电热水壶烧水，若不考虑能量损失和电热水壶电阻的变化，当它两端电压为U时，用16min可烧开一壶水，若它两端电压为0.8U时，烧开同样一壶水所用的时间为（）A．10min B．25min C．30min D．40min
【答案】B
【解析】
【分析】
电热水壶的原理是将电能转化为内能，在两端电压为U将水烧开和在0.8U的电压下烧开
一壶水消耗的电能相等，根据
2
U
W UIt t
R
==得出等式，据此求出在0.8U的电压下烧开
一壶水需要的时间。

【详解】
烧开同样一壶水消耗的电能相等，设电热水壶的电阻为R，由
2
U
W UIt t
R
==可得
()2
2
0.8U U t t R R
=' 所用的时间
()
2
2
1
16min 25min 0.64
0.8U t t U '=
=⨯= 故选B 。

16．两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 。

17．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R 1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 ．R 1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-=43
A 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 。

18．在综合实践活动课上，小明设计了如图甲所示的模拟调光灯电路。

电源电压恒定，R 1为定值电阻。

闭合开关S 后，将滑动变阻器R 2的滑片P 由最右端向左移动，直至灯泡L 正常发光。

此过程中，电流表A 的示数随两电压表V 1、V 2（电压表V 2未画出）示数变化关系
图像如图乙所示。

下列说法正确的是（ ）
A ．电源电压为5V
B ．电路允许的最大功率为1W
C ．小灯泡正常发光时，定值电阻R 1在1min 内产生的热量为26.25J
D ．再串联一个3Ω的电阻后，R 2的滑片可自由移动，灯泡能正常发光且安全
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
该电路为串联电路，滑片P 由最右端向左移动，V 2示数减小，说明V 2测滑动变阻器两端电压，则当电流为0.1A 时，R 1两端电压为
1-0.5V-3.5V=-4V R U U U =
R 1阻值表达式为
1-4V 0.1A
U R =
① 当电流为0.25A 时，R 1两端电压为 '1-0.75V-2.5V=-3.25V R U U U =
R 1阻值表达式为
1-3.25V 0.25A
U R =
② 联立①②解得 R 1=5Ω
U =4.5V
A ．由上述分析可知，电源电压为4.5V ，故A 错误；
B ．小灯泡正常工作时，电路最大电流为0.25A ，则电路允许的最大功率为
max max 4.5V 0.25A=1.125W P UI ==⨯
故B 错误；
C ．小灯泡正常发光时，电流为0.25A ，定值电阻R 1在1min 内产生的热量为
()2
20.25A 5Ω60s=18.7J =5Q I Rt =⨯⨯放
故C 错误；
D ．当滑动变阻器阻值为0时，再串联一个3Ω的电阻后，当小灯泡正常发光时，电流为0.25A ，两定值电阻分得电压为
()()1210.25A 5Ω+3Ω=2V 3L U I R +Ω⨯==
则灯泡两端电压为
12 4.5V-2V=2.5V L U U U =-=
为灯泡正常发光时的电压。

故D 正确。

故选D 。

19．小明同学在活动课上表演了一个小魔术：用金属片点燃火柴。

他将一金属片接在学生电源上（如图所示），则将火柴放在哪个位置效果最明显（ ）
A ．a 点
B ．b 点
C ．c 点
D ．都一样
【答案】A
【解析】
【详解】 影响电阻大小的因素是材料、长度、横截面积，由图可知a 点横截面积最小，故a 的电阻
最大，a 、b 、c 是串联的，电流相同，根据2Q I Rt =可知，在相同时间内a 产生的热量多，
故放在a 点效果最明显。

故选A 。

20．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。