2020-2021备战中考物理焦耳定律的应用问题(大题培优 易错 难题)及答案

一、初中物理焦耳定律的应用问题
1．如图所示的用电器中，利用电流热效应工作的是（）
A．电视机
B．电暖气
C．电风扇
D．计算器
【答案】B
【解析】
【详解】
A．通电后，电视机是把电能转化为电视机影像的光能和喇叭的声能，不是利用电流热效应工作，A项不合题意；
B．通电后，电暖气是把电能转化为内能，这是利用电流热效应工作，选项B符合题意；C．通电后，电风扇是把电能转化为扇叶的动能，不是利用电流热效应工作，C项不合题意；
D．通电后，计算器是把电能转化为显示屏上的光能和喇叭的声能，不是利用电流热效应工作，D项不合题意。

2．一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=I2Rt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%．
3．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。

4．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
100
kW 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
6
0.05 3.610J100
A
220V360s22
W
I
Ut
⨯⨯
===
⨯⨯
电动机线圈产生热量为
224
100
(A) 4.84Ω180s=18000J=1.810J
22
Q I Rt
==⨯⨯⨯
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
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．如图甲所示电路，电源电压保持不变，闭合开关S，滑动变阻器R'的滑片P在a点时，电流表示数为0.5A，将滑片P从a点移动到最右端的过程中，通过滑动变阻器的电流随电阻变化图像如图乙所示，则下列选项正确的是（）
A．电源电压为5V
B．R的阻值为15Ω
C．10s内定值电阻R产生的电热为9J
D．若无论怎样移动滑片，电流表有示数且保持不变，则一定是R'断路
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
A．由图乙可知，当滑片P在a点时，R'=10Ω，电流I1=0.3A，此时滑动变阻器的电压
1103A10Ω3V
U I R.
==⨯=
＇
滑动变阻器与定值电阻并联，所以滑动变阻器的电压等于电源电压
13V U U ==
故A 错误；
B ．滑动变阻器R '的滑片P 在a 点时，电流表示数为0.5A ，此时定值电阻的电流
210.5A 0.3A 0.2A I I I =-=-=
定值电阻的电阻R
2
3V 15Ω02A
U R I .=
== 故B 正确；
C ．10s 内定值电阻R 产生的电热为 ()2
2202A 15Ω10s 6J Q I Rt .==⨯⨯= 故C 错误；
D ．若无论怎样移动滑片，电流表有示数且保持不变，有可能是R '断路，也有可能是滑动变阻器R '两个下接线柱接在电路中，故D 错误。

故选B 。

8．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。

9．图中电源电压保持不变，灯泡标有"6V ，3W 字样，当开关s 闭合时.灯泡L 正常发光，电流表的示数为0.8A ，则电阻R =____Ω．.通电10s. R 产生的热量为______J.
【答案】20Ω 18J
【解析】
【分析】
【详解】
当闭合开关S 时，灯L 正常发光，说明电源电压为U =6V ，电流表测的是总电流，则I =0．8A ，
由P =UI 可知，灯泡中的电流：
I L =P 额/U 额=3W/6V=0.5A ，
根据并联电路的干路电流等于各支路电流之和可知：电阻中的电流:
I R =I-I L =0.8A-0.5A=0.3A ，
由I =U/R 得,电阻:
R =U /I R =6V/0．3A=20Ω；
通电1min 电阻R 产生的热量：
Q =W =UI R t =6V×0．3A×10s=18J 。

10．如图是科技小组为养鸡场设计的调控光照和室温设备的电路图。

此设备的作用是，夜晚对鸡舍内加温，同时增大光照量，白天只进行适当保温，不进行灯光照射，可增大鸡的产蛋量。

电路图中R 1、R 2，是电热丝，L 为照明灯泡（L 的电阻不随温度变化），1212R R R ==。

S 1、S 2，同时断开或闭合，以实现白天和夜晚的用电要求。

开关S 闭合时，下列说法错误（ ）
A ． S 1、S 2同时断开时，设备运行处于白天用电状态
B ． S 1、S 2同时闭合时，设备运行处于夜晚用电状态
C ． S 1、S 2同时断开时，在相同时间内和产生的热量之比为2∶1
D ． S 1、S 2同时闭合时，若电流表示数为6A ，则的实际功率为880W
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
S 闭合，S 1、S 2同时断开时，R 1、R 2组成串联电路，灯泡L 断路不发光，且电路中的电阻最大，由公式2
U P R
=可知，此时电路中的电功率最小，为保温状态，所以是白天在相同时间内R 1、R 2产生的热量之比
2222121
2Q Q I Rt I R t R R ====∶∶∶ 开关S 、S 1、S 2同时处于闭合状态，R 2被短路，R 1和灯泡L 组成并联电路，灯泡L 发光，且
电路中的电阻最小，由公式
2
U
P
R
=可知，此时电路中的电功率最大，为加热状态，所以
是晚上，因为
U
I
R
=，所以
1
1 2
L
R R=
∶∶
所以
L L
112 1
I I R R
==
∶∶∶因为R1= 6A
所以
I1=4A
I2=2A
因为
1 L 220V
U U U
===所以
11220V4A880W
P UI
==⨯=
故选C。

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．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，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：
11
0.5A20Ω10V
U I R
==⨯=，
故B正确，不符合题意；
A．则R2的阻值：
2
2
10V
=5Ω
2A
U
R
I
==，
则
12
20Ω5Ω41
R R==
：：：，
故A错误，符合题意；
C．R2的电功率：
22
10V2A20W
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
2
111
0.5A20Ω260s600J
Q I R t
==⨯⨯⨯=，
故D正确，不符合题意。

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．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。

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
3
18
0.5
1
U
t
Q R
U
Q
t
R
'
==；
故C正确。

16．如图所示，是研究电流热效应的部分实验电路，甲电阻丝的阻值大于乙电阻丝的阻值。

比较通电后两根电阻丝各自两端的电压U甲、U乙以及它们在相同时间内分别产生的热量Q甲、Q乙的大小，下面关系中正确的是（）
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乙
【答案】A
【解析】
【详解】
从图中可以看到，这两个灯泡是串联的，流过的电流大小相等，甲电阻丝的阻值大于乙电阻丝的阻值，根据U IR
=可知，U U
>
甲乙
；根据2
Q I Rt
=可知，时间相同，流过的电流大小相同，甲电阻丝的阻值大于乙电阻丝的阻值，那么Q Q
>
甲乙。

故选A。

17．两个定值电阻
12
R 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，12
R 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 。

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】
【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 。

19．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R 1、R 2的电阻丝（R 1<R 2）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．
20．电炉工作时，电炉丝很快变热但连接的电线却不怎么热，这是因为（）
A．电炉丝的电阻较大
B．电炉丝与导线是并联的
C．电炉丝的横截面大
D．通过电炉丝的电流较大
【答案】A
【解析】
【详解】
电炉丝横截面积小，电阻大，电炉子在使用时，电炉丝和导线串联，I电炉丝＝I导线，通电时间t相同，由焦耳定律Q＝I2Rt，R电炉丝＞R导线，可知Q电炉丝＞Q导线，从而出现电炉丝热得发红，而与电炉丝相连的导线却不怎么发热的现象。

故选A。