2020-2021中考物理焦耳定律的应用问题综合题附答案解析

一、初中物理焦耳定律的应用问题
1．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】
=得它们在额定电压下工作时通过的电流相等，故A正确；
A．根据P UI
=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；B．根据W Pt
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。

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=I2Rt，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．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 。

4．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 11122212
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
5．两个发热电阻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．
6．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。

7．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 '2715715R =
⨯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
8．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 ====：：：：：
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 =I 2Rt =(0.3A)2×2Ω×t
电动机正常运转时的效率
η=W W 有总=-W Q W =()26V 0.3A -0.3A 2Ω6V 0.3A t t t
⨯⨯⨯⨯⨯⨯=90%
11．用电热水壶烧水，若不考虑能量损失和电热水壶电阻的变化，当它两端电压为U 时，用16min 可烧开一壶水，若它两端电压为0.8U 时，烧开同样一壶水所用的时间为（ ） A ．10min
B ．25min
C ．30min
D ．40min
【答案】B
【解析】
【分析】
电热水壶的原理是将电能转化为内能，在两端电压为U 将水烧开和在0.8U 的电压下烧开一壶水消耗的电能相等，根据2U W UIt t R ==得出等式，据此求出在0.8U 的电压下烧开一壶水需要的时间。

【详解】
烧开同样一壶水消耗的电能相等，设电热水壶的电阻为R ，由2
U W UIt t R
==可得 ()2
2
0.8U U t t R R
=' 所用的时间 ()22116min 25min 0.64
0.8U t t U '=
=⨯= 故选B 。

12．如图是养鸡场冬季用来调控光照和室温设备的原理电路图．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．R 1：R 2：R L =1：2：2，S 1、S 2可以同时断开或闭合，以实现白天和夜晚的用电要求．开关S 闭合（ ）
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也同时闭合时，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R 1和R 2产生的热量之比为2：1
D ．S 1、S 2也同时闭合时，若电流表示数为6A ，则R 1的实际功率为880W
【答案】ABD
【解析】
S 闭合，S 1 、S 2 断开时，R 1 和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P=U 2/R 可知，此时电路中的电功率最小，为保温状态，所以是白天，故A 正确；
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P=U 2/R 可知，此时电路中的电功率最大，为加热状态，所以是晚上；故B 正确；
S 闭合，S 1 、S 2 断开时，R 1 和R 2 串联，Q 1 ：Q 2 =I 2 R 1 t ：I 2R 2 t=R 1 ：R 2 =1：2，故C 错； 开关S 、S 1 、S 2 都处于闭合状态时，R 2 被短路，R 1 和灯泡L 组成并联电路；
∵I=U/R ，R 1 ：R L =1：2，∴I 1 ：I L =R L ：R 1 =2：1，∵I =6A ，∴I 1 =4A ，I L =2A ，∵U L =U 1 =U =220V ，∴P 1 =U 1 I 1 =220V×4A=880W ，故D 正确；
故选ABD ．
13．如图甲所示电路，电源电压保持不变，电流表量程为0~0.6A 。

图乙中A 、B 分别是小灯泡和电阻R 1两端的电压随电流变化关系图象。

只闭合开关S 、S 1，滑动变阻器的滑片P 移至a 端时，电路中的电流为0.2A ；滑动变阻器的滑片移至b 端时，小灯泡恰好正常发光。

只闭合开关S 、S 3，调节滑片P ，当滑动变阻器接入电路中的电阻为10Ω时，小灯泡两端的电压恰好为2V 。

则（ ）
A ．电源电压为10V
B ．小灯泡L 的额定功率6W
C ．只闭合开关S 、S 2，滑动变阻器的滑片移至a 端时，1.5min 电流通过R 1产生的热量为64J
D ．闭合开关S ，改变其它开关的通断及滑片的位置，电路消耗的最小功率可以达到1.2W
【答案】BC
【解析】
【分析】
【详解】
A ．由于灯泡灯丝电阻受温度影响，定值电阻阻值不发生变化，则小灯泡灯丝两端的电压随电流变化关系图象为曲线，定值电阻两端的电压随电流变化关系图象为过原点的直线，则由乙图数据可求R 1阻值为
1114V ==400.1A
I R U =Ω 已知闭合S 、S 3，调节滑片P ，当滑动变阻器接入电路中的电阻为10Ω时，小灯泡两端的电压恰好为2V ，此时电路为小灯泡与两电阻串联电路，由乙图可知此时电路电流为0.2A ，则电源电压为
L 12=2V+0.2A 40+0.2A 10=12V U U U U '=++⨯Ω⨯Ω
故A 不符合题意；
B ．当闭合开关S 、S 1，滑动变阻器的滑片移至b 端时，小灯泡恰好正常发光，此时滑动变阻器接入阻值为0Ω，此时电路为小灯泡的简单电路，小灯泡此时两端电压等于电源电压为12V ，对应乙图可知此时电流为0.5A ，则额定功率为
12V 0.5A=6W P U I ==⨯额额额
故B 符合题意；
C ．只闭合开关S 、S 1，滑动变阻器的滑片P 移至a 端时，电路中的电流为0.2A ，此时电路为小灯泡与滑动变阻器串联电路，且滑动变阻器接入阻值最大，由乙图可知此时小灯泡两端电压为2V ，电源电压为12V ，则由串联分压可知滑动变阻器两端电压为10V ，由欧姆定律可求滑动变阻器最大阻值为
2max 2max 210V =500.2A
U R I ==Ω 则当闭合开关S 、S 2，滑动变阻器的滑片移至a 端时，电路为R 1与R 2串联电路，由串联分压可求R 1两端电压为
1112404812V=V 40509
R U U R R Ω''==⨯+Ω+Ω 由于R 1为纯电阻，则1.5min 电流通过R 1产生的热量为 2211148V 9 1.560s=64J 40U W t R ⎛⎫ ⎪''⎝⎭==⨯⨯Ω
故C 符合题意；
D ．由于电源电压不变，则由2
U P R
=可知，当电路阻值最大时，电路总功率最小，则闭合开关S 、S 3，滑片滑到最大阻值处时电路电阻最大，功率最小，若最小功率为1.2W ，则此时电路电流为
min min 1.2W =0.1A 12V
P I U =
= 则此时电路总电阻为 max min 12V =1200.1A
U R I =
=Ω 则小灯泡此时电阻应为 R L 实=R max -R 1-R 2max =120Ω-40Ω-50Ω=30Ω
此时小灯泡分得电压应为
U L 实=I min R L 实=0.1A×30Ω=3V
但由乙图可知，当小灯泡电流为0.1A 时，小灯泡两端电压不足2V ，前后冲突，故D 不符合题意。

故选BC。

14．下列说法不正确的是（）
A．两个用电器组成的电路，通过它们的电流不相等，则它们一定是并联
B．三个用电器组成的电路任意一个损坏都不影响其他用电器，则它们一定是并联
C．家庭电路中若电热水壶被短路，则空气开关一定跳闸
D．功率相同的电风扇和电热水壶正常工作1h，产生的电热一定相等
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
A．两个用电器组成的电路，只有并联时通过它们的电流才不相等，故A正确，A不符合题意；
B．三个用电器组成的电路任意一个损坏都不影响其他用电器，则它们一定是并联，若其中两个或三个串联，则必须同时工作，故B正确，B不符合题意；
C．家庭电路中若电热水壶被短路，电路中电流过大，则空气开关一定跳闸，故C正确，C 不符合题意；
D．功率相同的电风扇和电热水壶正常工作1h消耗的电能相同，但因为电热水壶把电能几乎全部转化成热能，而电风扇主要是把电能转化成机械能，二者产生的电热不同，故D错误，D符合题意。

故选D。

15．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：
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。

16．一个“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。

17．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。

18．一个电炉的电阻是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
2A I === 故选A 。

19．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： 3W 60s 180J 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： 220.5A 0.1Ω60s 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。

20．将阻值为R 甲=40Ω和R 乙=10Ω的两个电阻串联后接在电源上，相同时间内，两电阻中产生热量较多的是 _____。

若将两电阻并联后接在4 V 的电源上，1 min 内两电阻产生的总热量为_____J 。

【答案】R 甲 120
【解析】
【分析】
【详解】
[1]已知R 甲＞R 乙，根据焦耳定律Q =2I Rt ，两个电阻串联后，通过的电流相等，相同时间内，电阻R 甲产生热量较多。

[2]两电阻并联，由Q =2I Rt ,I =U R
得， Q 甲=2U t R 甲=()24V 60s 40Ω⨯=24J ，Q 乙=2U t R 乙
=()24V 60s 10Ω⨯=96J 共产生的热量
Q =Q 甲+Q 乙=24J+96J=120J。