2020-2021中考物理 焦耳定律的应用问题 培优易错试卷练习(含答案)及答案解析

一、初中物理焦耳定律的应用问题
1．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
Q I Rt
=可得，两者在相同时间内产生的热量不同，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。

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=I2R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．如图甲所示，为额定电压为 6V 的灯泡 L 的 I -U 图像．如图乙所示的电路，电源电压 12V 不变，R 1 为定值电阻，R 2 为滑动变阻器，闭合开关 S 1，滑片 P 从最右端移动到最左端，电压表示数变化范围为 2V~6V ，则灯泡的额定功率是____W ，R 1 的阻值为_____Ω，滑动变阻器 R 2 两端的最大电压为_____V ，移动滑片 P 使R 2 接入电路的阻值为变阻器最大阻值的 7/15，通电 1min R 2 产生的热量为_____J 。

【答案】3.6 10 6 105 【解析】 【分析】 【详解】
[1]由灯泡L 的I - U 图象可知，当额定电压U = 6V 时，灯泡的额定电流I = 0.6A ，则灯泡额定功率
6V 0.6A 3.6W P UI ==⨯=
[2]当滑片P 在在最左端时，变阻器没有连入电路，电压表示数为6V ，由图象可知，这时电路中的电流为
I 大=0.6A
由串联电路的电压特点和欧姆定律可得，电源电压
L 1U U I R =+大
即
112V 6V 0.6A R =+⨯
解得
110R =Ω
[3]由电路图可知，当滑片P 在最右端时，滑动变阻器全部接入电路，R 1与R 2灯泡串联，电 压表测灯泡两端电压，此时电压表示数最小，为
U 小= 2V
由图象可知，这时电路中的电流为
I 小= 0.4A
由串联电路的电压特点和欧姆定律可得，电源电压
12L U U I R U =++小小
滑动变阻器R 2两端的最大电压
212V 2V 0.4A 106V U =--⨯Ω=
[4]当滑片P 在最右端时，滑动变阻器全部接入电路，通过的电流为
I 小= 0.4A
则此时滑动变阻器的阻值为
226V =150.4A U R I =
=Ω小 移动滑片 P 使R 2 接入电路的阻值为变阻器最大阻值的 7/15，则此时滑动变阻器的阻值为
'27
15715
R =
⨯Ω=Ω 则
'''L 12U U I R I R =++
由图分析可知，当电流'=0.5A I ，灯泡两端电压U L =3.5V 时，等式
12V 3.5V+0.5A 10Ω+0.5A 7Ω=⨯⨯
成立，即此时通过R 2的电流为0.5A ，则通电1min R 2 产生的热量为
()2
'2'
20.5A 7Ω60s=105J Q I R t ==⨯⨯放
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．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 。

6．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 。

7．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。

8．一个“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 。

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
R 2＝2R 1＝2×10Ω＝20Ω
[2]若电源电压为3V ，当开关S 0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 ＝123V
10Ω20Ω
U R R ++＝＝0.1A R 1在10min 内产生的热量
Q 1＝I 2R 1t ＝(0.1A)2×10Ω×600s ＝60J
10．从产品说明书得知，一台“6V 3W ”的迷你型小风扇，电动机线圈阻值为0.1Ω。

当小风扇正常工作时，则下列说法中正确的
A．小风扇1min消耗的电能为18J
B．小风扇1min将180J电能转化成机械能C．电动机线圈1min产生的热量为1.5J D．电动机线圈1min产生的热量为15J 【答案】C
【解析】
【详解】
A．由
W P
t
=得，小风扇1min消耗的电能为：
3W60s180J
W Pt
==⨯=；
故A项错误；
BCD．由P UI
=得，电路中线圈的电流为：
3W
0.5A
6V
P
I
U
===；
电路中通过线圈的电流为产生的热量为：
22
0.5A0.1Ω60s 1.5J
Q I Rt
==⨯⨯=
（）；
所以小风扇1min内电能转化成的机械能小于180J；故BD项错误；C项正确。

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
122
1
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
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．甲、乙两个容积相等的电热水器，接在照明电路上，甲的电热丝阻值为121Ω，乙的电热丝阻值为72.6Ω，将它们都盛满温度相同的冷水后接入家庭电路中，通电6min 后乙电热水器中的水被烧开，则甲电热水器将水烧开需要的时间为（ ） A ．4 min B ．6 min
C ．8 min
D ．10 min
【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】
由题意可知容积相等即水的质量相等，接入家庭电路中即工作电压相等，水都烧开即升高
温度相同，则水吸收热量相等，由公式2
U Q t R =
可知2U Q t R =甲甲、2
U Q t R =乙乙，由这两个式子化简可得
6min
121Ω10min 72.6Ω
t t R R =
⋅=⨯=乙甲甲乙 故选D ．
13．如右图所示，两透明容器中密封着等质量的空气，通电t 秒后（两容器都不向外放热），下列说法正确的是（ ）
A ．两容器中电阻产生的热量相同
B ．右边容器中空气的温度是左边容器中空气温度的两倍
C ．右边容器中空气温度的变化量是左边容器中空气温度变化量的两倍
D ．右边容器中空气温度的变化量是左边容器中空气温度变化量的四倍 【答案】C 【解析】 【分析】
根据焦耳定律2
Q I Rt 判断两容器中电阻产生热量的多少，产生的热量越多，空气吸收热
量越多，U 形管中液柱越高；电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但液体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映，体现的是转换思想。

【详解】
A ．由图示可知，两个电阻丝是串联的，电流相同，电阻不同，所以相等的时间内产生的热量是不相同的，故A 错；
BCD ．右边容器中的电阻是左边容器电阻的二倍，所以右边容器中产生的热量是左边容器产生热的二倍，由于两个器中空气的质量相同，故可得右边容器中空气温度的变化量是左边容器中空气温度变化量的两倍，故C 正确、BD 错误。

应选C 。

14．一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380 V ，线圈电阻为2Ω，线圈中电流为10 A 。

这台电动机正常工作1 s 消耗的电能为W ，产生的热量为Q ，则 A ．W =3 800 J ，Q =200 J B ．W =3 800 J ，Q =3 800 J C ．W =72 200 J ，Q =200 J D ．W =72 200 J ，Q =3 800 J 【答案】A 【解析】 【详解】
电动机正常工作1s 消耗的电能：
W =UIt =380V×10A×1s =3800J ，
电动机正常工作1s 产生的热量：
Q =I 2Rt =(10A)2×2Ω×1s =200J ，
故选A 。

15．两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 。

16．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R 1＜R 2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．
17．根据以下新闻信息，下列选项正确的是
A ．石墨烯将来可以顶替硅制作光敏电阻
B ．石墨烯所制作的半导体导电性好，电阻可以为零
C ．电热丝如果用硝酸硼和石墨烯组装而成的绝缘体材料制作，能产生更多的热量
D ．因为石墨烯有优良的导热性，所以石墨烯适合用来制成保温隔热材料
【答案】A
【解析】
【详解】
A ．由文章内容可得，石墨烯电阻会随着光照强度改变，因此可以顶替硅制作光敏电阻，故A 选项正确；
B ．半导体材料是指其导电性能会随外界条件改变而改变，电阻并不可以为零，故B 选项错误；
C ．用绝缘材料制作电阻丝，通过电流极小，根据公式2Q Rt I
可知，无法产生很大的热
量；故C 选项错误；
D ．石墨烯有良好的导热性，因此热量容易散失，不适合用来制作保温隔热材料，故D 选项错误。

18．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 。

19．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。

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 。

20．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
【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=I2Rt=(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。