2020-2021中考物理压轴题专题焦耳定律的应用问题的经典综合题及答案解析

一、初中物理焦耳定律的应用问题
1．一个“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 。

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】10 0.4 60 【解析】 【分析】 【详解】
当P 在b 端时R 2=0Ω，此时电压示数和电流示数最大，且均为R 1的数据，所以R 1的阻值为：R 1=
5V
=0.5A
U I 总=10Ω．当滑动变阻器的滑片移到a 端时，R 2两端电压U 2=U 总-U 1=5V-1V=4V ，由图象知，当R 1的电压是1V 时，电流为0.1A ，根据串联电路的电流处处相等，∴I 2=I 1=0.1A ，∴P 2=U 2I 2=4V×0.1A=0.4W ，Q 1=W 1=U 1It=1V×0.1A×600s=60J 。

3．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2
1rP U -。

4．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
11
14U U Q Q t t R R R R R R ====：：：：：
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
6．两定值电阻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 50.6A
A A U R I ===Ω， 3V 100.3A
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 15U 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
2251102
A A A
B B B Q I R t R Q I R t R Ω====Ω．
7．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。

8．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 。

9．如图，电源电压保持不变，R 1=10 Ω，开关S 闭合，S 0拔至b 时电压表的示数是拔至a 时的三分之一，则R 2=_____Ω；若电源电压为3 V ，当开关S 0拔至b 时，R 1在10 min 内产生的热量是_____J 。

【答案】20 60 【解析】 【分析】 【详解】
[1]闭合开关S ，开关S 0拨至b 时，两电阻串联，电压表测R 1两端的电压；闭合开关S ，开关S 0拨至a 时，两电阻串联，电压表测电源的电压，因串联电路中总电压等于各分电压之和，且开关S 0拨至b 时电压表示数是拨至a 时的三分之一，所以，两电阻两端的电压之比
312312
U U U U U ＝＝- 因串联电路中各处的电流相等，所以，由I ＝
U
R
可得，两电阻的阻值之比 1
1122212
U R U I U R U I
＝＝＝ 则R 2的阻值
R2＝2R1＝2×10Ω＝20Ω
[2]若电源电压为3V，当开关S0拨至b时，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以
电路中的电流I＝
1
2
3V
10Ω20ΩU
R R
++
＝＝0.1A
R1在10min内产生的热量
Q1＝I2R1t＝(0.1A)2×10Ω×600s＝60J
10．如图(甲)所示，两电热丝R1与R2并联，R1＝20Ω，电源电压保持不变，闭合开关，电流表A1和电流表A2表盘指针均指如图(乙)所示位置，则以下判断不正确的是（）
A．R1: R2＝5：1 B．电源电压是10 V
C．R2的电功率是20W D．R1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，R1与R2并联，电流表A1测干路电流，电流表A2测R1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A1的量程为0～3A，分度值为0.1A，干路电流I=2.5A，电流表A2的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，通过R1的电流I1=0.5A，根据并联电路的电流特点可得，通过R2的电流：
212.5A0.5A2A
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：
110.5A20Ω10V
U I R
==⨯=，故B正确，不符合题意；
A．则R2的阻值：
2
210V
=5Ω2A
U
R
I
==，则
1220Ω5Ω41
R R==
：：：，故A错误，符合题意；
C．R2的电功率：
2210V2A20W
P UI
==⨯=，故C正确，不符合题意；
D．R1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。

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
2
232
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．如图所示是“探究在通电时间一定时，电流产生热量与哪些因素有关"的实验装置。

下列关于此实验的一些描述，正确的是
A ．在甲图中，探究的是电流产生热量与电阻的关系
B ．在乙图中，探究的是电流产生热量与电阻的关系
C ．在甲图中，闭合开关一段时间后a 容器连接的U 型管液面高度差更明显
D ．在乙图中，可得到结论：相同时间内，电流越大，容器内空气吸收热量越少 【答案】A 【解析】 【详解】
A. 在甲图中，两个电阻串联，电流相等，电阻阻值不同，所以探究的是电流产生热量与电阻的关系，故A 正确；
B. 在乙图中，两个电阻阻值相同，电流不同，所以探究的是电流产生热量与电流的关系，故B 错误；
C. 在甲图中，a 容器中的阻值小于b 容器中阻值，串联电路电流相同，由焦耳定律可知闭合开关一段时间后a 容器内产生的热量小于b 容器内，因此b 容器内连接的U 型管液面高度差更明显，故C 错误；
D. 在乙图中，探究的是电流产生热量与电流的关系，可得到结论是相同时间内，电流越大，容器内空气吸收热量越多，故D 错误。

13．一个电炉的电阻是200Ω，通电10s 产生8×103J 的热量，那么通过这只电炉的电流是（ ） A ．2A B ．4A
C ．20A
D ．40A
【答案】A 【解析】 【详解】
根据焦耳定律的公式2Q I Rt =可知，通过这只电炉的电流是
3810J 200Ω210s
A Q I Rt ⨯⨯===
故选A 。

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．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
可得，较窄处的电功率更大，故ABC不符合题意, D符合题意。

P I R
16．2019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。

17．如图所示，在四个相同水槽中盛有质量相等和温度相同的纯水，现将阻值为R1、R2的电阻丝（R1<R2）分别按图中的四种方式连接放入水槽，并接入相同电源．通电相同时间后，水温最高的是
A．
B．
C．
D．
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
由串并联电路特点可知，串联电路电阻越串越大，并联电路电阻越并越小；由电路图及已
知R1＜R2可知，图D中电路总电阻最小，四个电路电压相等，通电时间相等，Q=
2
U
R
t可
知，D产生的热量最多，水吸收的热量越多，水的温度最高，故选D。

【点评】
电路产生的热量越多，水吸收的热量越多，水的温度越高，由串并联电路的特点判断各电路的阻值大小、熟练应用电功公式是正确解题的关键．
18．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R1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 。

19．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 。

20．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 。