2020-2021备战中考物理二模试题分类汇编——焦耳定律的应用问题综合含答案解析

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．
3．一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%．
4．两个发热电阻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．
5．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】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。

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．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】
A ．根据P UI =得它们在额定电压下工作时通过的电流相等，故A 正确；
B ．根据W
Pt =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；
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。

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．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R 0、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 。

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
2
22222
()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．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R 3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=I 1+I 2
两电阻的阻值相等，则支路中电流相等，即I 1=I 2，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 =I 2Rt 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 ．R 3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
R 3发生断路后，电路中只有R 1和R 2串联，则总电阻为
R′总=5Ω+5Ω=10Ω
R 3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 。

13．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
2318
0.51U t
Q R U Q t R
'==
； 故C 正确。

14．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＝
2
3
U ，则相同的时间内电流通过1R 产生的热量之比是 2
2
2
12111
9
2'43U t R Q
U U U Q U
U t R ⎛⎫ ⎪⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭
⎪⎝⎭
＝＝＝＝ 故选B 。

15．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
111U Q t R = ， 10Ω电阻丝产生的热量2
222
U Q t R = ，
则2
1
11
21221222
10101
40208
U t Q R R t min U Q R t min t R Ω==⨯=⨯=Ω， 即34
2188 1.510 1.210Q Q J J ==⨯⨯=⨯，故A 正确为答案．
16．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2U 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。

17．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
=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。

18．两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】
【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 。

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，R 1、R 2是两个相同的电阻，设
R 1=R 2=R
由图可知，当闭合开关S 1，断开S 2、S 3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
2U R
×10×60s 闭合S 2、S 3，断开S 1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 22U R ×10×60s=2
2U R
×t t=150s=2.5min
20．如图所示，物理课上李老师给电炉通电后，电炉丝热得发红，而用手触摸与之连接的导线却不觉得烫手。

这是因为
A ．电炉丝的电阻比导线的电阻小
B ．电流通过导线时没有产生热效应
C ．导线中的电流比电炉丝中的电流小
D ．导线消耗的电功率比电炉丝消耗的电功率小
【答案】D
【解析】
【详解】
根据焦耳定律2
Q I Rt Pt ==可以知道，当通电时间一样时，电阻大的，电功率大，其产生的热量多，由于电炉丝的电阻远大于与之相连导线的电阻，所以当电炉丝热得发红，而与之连接的导线却没有发热，故选D 。