【物理】物理 焦耳定律的应用问题的专项 培优 易错 难题练习题附详细答案

一、初中物理焦耳定律的应用问题
1．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 。

2．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。

3．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
224100(A) 4.84Ω180s=18000J=1.810J 22
Q I Rt ==⨯⨯⨯
4．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 2221P r P P Pr U P P U
η-===-实
所以输电线输送电能的效率为2
1rP U -。

5．如图所示当甲电路中的开关S 闭合时，两个电压表所选量程不同，测量时的指针位置均为如图乙所示，则电阻R 1两端的电压为______V ，R 1∶R 2=______，当电阻R 1、R 2并联在电路中时，在相同的时间内电流通过R 1、R 2所产生的热量之比Q 1∶Q 2=_______。

【答案】10 4：1 1：4
【解析】
【详解】
[1][2]从图甲可以看到，开关S 闭合时，电压表V 1测的是电源电压，示数较大，电压表V 2测的是R 2两端的电压，示数较小，因为测量时的指针位置均为如图乙所示，那么电压表V 1的量程应该是0到15V ，它的读数是12.5V ，电压表V 2的量程应该是0到3V ，它的读数是
2.5V ，根据串联电路电压规律可知，电阻R 1两端的电压为
12-12.5V -2.5V 10V U U U ===
电阻R 1大小是
1110V U R I I
=
= 电阻R 2大小是 22 2.5V U R I I =
= 那么
1210V 2.5V 41R R I I
==：：： [3]当电阻R 1、R 2并联在电路中时，R 1、R 2两端的电压是相同的，在相同的时间内电流通过R 1、R 2所产生的热量之比是
2212211212
1114U U Q Q t t R R R R R R ====：：：：：
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=I2Rt=(0.3A)2×2Ω×t 电动机正常运转时的效率
η=W
W
有
总
=
-
W Q
W
=
()2
6V0.3A-0.3A2Ω
6V0.3A
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 。

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．在相等的时间内，电热丝甲比电热丝乙放出的热量少，则（ ）
A ．甲的电阻一定比乙的小
B ．通过甲的电流一定比乙的小
C ．甲两端的电压一定比乙的小
D ．甲消耗的电功率一定比乙的小
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】 由焦耳定律可知电热丝产生的热量与电流大小、电阻大小和通电时间有关。

ABC ．仅知道通电时间相同、电热丝甲放出的热量少，不能直接判定电阻、电流与电压的大小，故ABC 不符合题意；
D ．在相等的时间内，电热丝甲比电热丝乙放出的热量少，即电热丝甲消耗的电能较少，根据W P t
=
可知，甲的功率小，故D 符合题意。

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2Q 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．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。

14．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。

15．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。

16．一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。

17．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。

18．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。

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．下列用电器中，主要是利用电流热效应来工作的是
A ．电风扇
B ．电视机
C ．电饭锅
D ．LED 灯
【答案】C
【解析】
【详解】
A ．电风扇工作是电能主要转化为机械能，利用通电导体在磁场中受到力的作用，故A 不符合题意；
B ．电视机工作是电能主要转化为光能，故B 不符合题意；
C ．电饭锅工作是电能主要转化为内能，主要是利用电流热效应来工作，故C 符合题意；
D ．LED 灯工作是电能主要转化为光能，故D 不符合题意。