【物理】物理 焦耳定律的应用问题的专项 培优 易错 难题练习题附答案

一、初中物理焦耳定律的应用问题
1．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 。

2．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】21rP 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 -。

3．从产品说明书得知，一台“6 V 3 W ”的迷你型小风扇，电动机线圈阻值0.1Ω，则小风扇正常工作2min 电动机线圈产生的热量为____J 。

【答案】3 【解析】 【分析】 【详解】
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
Q =I 2Rt =(0.5A) 2×0.1Ω×2×60s=3J
4．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
5．有两个灯泡L 1、L 2，L 1标有“6V 、3W ”字样，L 2没有标记，实验测得L 2的电阻为6Ω。

将L 1、L 2串联接在某一电路中，两灯L 1、L 2均能正常发光（忽略温度对电阻的影响），下列计算结果正确的是（ ） A ．该电路两端的总电压为9V B ．灯L2的额定功率为3W
C ．相同时间内，灯L 1、L 2消耗的电能之比W 1﹕W 2=1﹕1
D ．相同时间内，灯L 1、L 2产生的热量之比Q 1﹕Q 2=2﹕1 【答案】AD
【解析】 【详解】
A ．接入电路后正常发光，则电路中电流
1
13W 0.5A 6V
P I U =
==， 则L 2两端电压
220.5A 6Ω3V U IR ==⨯=，
则总电压
126V 3V 9V U U U =+=+=总，
A 正确；
B ．根据题意可知，L 2的功率为
()2
2220.5A 6Ω 1.5W P I R ==⨯=，
B 错误；
C ．根据W
Pt =可知，在相同时间内消耗电能之比等于功率之比为2：1，C 错误；
D ．灯泡产生的热量等于消耗的电能，因此产生的热量之比为2：1，D 正确。

6．有甲乙两台电暖器，甲的额定功率为1200W ，乙的额定功率为800W ，下列说法正确的是
A ．甲实际消耗的的电能可能比乙少
B ．电流通过甲做的功一定比乙多
C ．正常工作时，甲消耗电能比乙快
D ．电流通过甲和乙做功一样快
【答案】AC 【解析】 【详解】
AB ．甲的功率大于乙的功率，只能说甲做功快，不能说电流通过甲做功多；当甲的工作时间远小于乙的工作时间时，甲消耗的电能可能比乙少，电流通过甲做的功可能比乙少，故A 正确，B 错误；
CD 、甲的功率大于乙的功率，说明电流通过甲做功快，在相同的时间内，甲消耗电能多，故C 正确，D 错误。

7．如图是探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气，U 形管中液面的高度的变化反映密闭空气温度的变化，下列说法正确的是（ ）
A．该实验装置是为了探究电流产生的热量与电流大小的关系
B．将左边容器中的电阻丝换成10Ω的，可以探究电流产生的热量与电阻的关系
C．该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反映电阻丝放出热量多少的
D．通电一段时间后，左侧电阻丝产生的热量比右侧电阻丝产生的热量多
【答案】AD
【解析】
【分析】
【详解】
A．装置中一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，根据串联电路的电流特点可知，右边两个电阻的总电流和左边电阻的电流相等，即
I右=I左
两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知
I右=I1+I2
两电阻的阻值相等，则支路中电流相等，即
I1=I2
所以右边容器中通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，即是研究电流产生的热量与电流的关系，故 A正确；
B．将左边容器中的电阻丝换成10Ω的电阻丝后，左右容器中的电阻和电流都不同，没有控制好变量，所以不能探究电流产生的热量与电阻的关系，故B错误；
C．该实验装置是利用U形管中空气的热胀冷缩来反应热的多少，虽然产生热量的多少不能直接观察，但可以通过U形管液面高度差的变化来反映，故C错误；
D．通过左边容器中的电阻丝的电流大，由Q=I2Rt可知，左边电阻丝产生的热量多，温度升得较快，故D正确。

故选AD。

8．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。

9．一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=I2Rt=（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=I2R=（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%．
10．如图所示是研究焦耳定律实验装置中的部分电路．两瓶中的电阻丝是串联的，甲电阻丝的阻值小于乙电阻丝的阻值．比较通电后两根电阻丝两端的电压U甲、U乙．以及它们在相同时间内产生的热量Q甲、Q乙，以下关系式中正确的是 ( )
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
【答案】C 【解析】 【详解】
由于两电阻丝串联，流过它们的电流I 相等，通电时间t 相等，由题意知：R R <甲乙，由U =IR 知：U U <甲乙；由焦耳定律Q =I 2Rt 知：Q Q <甲乙；故选C 。

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2
Q 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2
Q 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。

13．在家庭电路中，导线相互连接处往往比别处更容易发热,甚至引起火灾，原因是连接处
A．电流比别处大，产生的热量多
B．电流比别处小，产生的热量多
C．电阻比别处小，产生的热量多
D．电阻比别处大，产生的热量多
【答案】D
【解析】
【分析】
由焦耳定律知道，电流通过导体产生的热量跟电流的平方、电阻大小和通电时间成正比。

导线相互连接处因为接触不良，易造成电阻变大，因为导线连接处与其他导线串联在电路中，通电时间是相同的，由焦耳定律可知电阻大的产生的热量越多，据此分析。

【详解】
在家庭电路中，导线相互连接处因接触不良，该处的电阻较大，在电流、通电时间相同时，产生的热量较多，往往比别处更容易发热，甚至引起火灾。

故选D。

14．如图甲图是小灯泡L和电阻R2的I-U图象。

将小灯泡L、电阻R1和R2接入乙图所示电路中，电源电压恒定不变，只闭合开关S1时，电流表示数为0.8A；只闭合开关S3时，小灯泡L的实际功率为1.2W。

下列说法正确的是( )
A．只闭合开关S3时，小灯泡的电阻为5Ω
B．只闭合开关S1时，电路总功率为9.6W
C．R1的电阻为5Ω
D．所有开关都闭合，在15s内电路中产生的总热量为3200J
【答案】C
【解析】
【分析】
由图知，电阻2R 为定值电阻，其阻值为
1214V 10Ω0.4A
U R I =
== 只闭合开关S 1时，电阻1R 与灯L 串联，电流表测的是整个电路的电流，由甲图知，当
0.8A I =时，灯两端的电压为L 4V U =，由此可得电源电压
1R L 10.8A 4V U U U R =+=⨯+ ①
当只闭合开关S 3时，电阻2R 与灯L 串联，灯消耗的实际功率为1.2W ，图甲知，当
L 2V U =时，20.6A I =，灯消耗的功率为
L 22V 0.6A 1.2W P U I ==⨯=
2R 两端的电压为
2220.6A 10Ω6V U I R ==⨯=
根据串联电路电压的特点，可知电源电压为
2L 6V 2V 8V U U U =+=+=
A ．当只闭合开关S 3时，根据欧姆定律可得U
I R
=
，可得此时灯L 的电阻为 L L 22V
3.3Ω0.6A
U R I =
=≈ 故A 错误；
B ．只闭合开关S 1时，电路中消耗的总功率为
8V 0.8A 6.4W P UI ==⨯=
故B 错误； C ．将U 值代入①得
18V 0.84V A R =⨯+
解得
15ΩR =
D ．所有开关都闭合时，R 1和R 2并联，灯被短路，在15s 内电路中产生的总热量为
()2
2
815288J 10Ω3
V U Q t s R ==⨯=并
故D 错误。

故选C 。

15．下列表述不正确．．．
的是（ ）
A ．两灯串联在 220V 的电路中，甲灯较亮
B ．细绳悬挂的两轻质带电小球保持静止，则两球一定带同种电荷
C ．验证焦耳定律实验中，装置通电一分钟后，右管中的液面较高
D ．每消耗1kW h ⋅ 的电能，电能表上的转盘转过3000 转
【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】
A ．由图可知P P 额甲额乙＞ ，甲乙两灯额定电压相同，由2U R P =
额额
得
R R 甲乙＜
甲乙两灯串联在电路中，所以电流相等，由2
P I R =实
得 P P 实甲实乙＜
灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率，所以乙灯较亮，故A 错误，A 符合题意； B ．细绳悬挂的两轻质带电小球保持静止，两球相互排斥，则两球一定带同种电荷，故B 正确，B 不符合题意；
C ．装置通电一分钟后，由焦耳定律可知，右侧电阻较大，产生的热量较多，所以右管中的液面较高，故C 正确，C 不符合题意；
D ．由表上的信息可知，每消耗1kW h ⋅ 的电能，电能表上的转盘转过3000 转，故D 正确，D 不符合题意。

故选A 。

16．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S 1、S 2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；
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
=可得两者相同时间内消耗的电能不同，故B正确，不符合题意；
C．电动机和电热丝两端的电压相同，但电流不同，根据P UI
=可得，两者电功率不同，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。

17．两盏电灯并联接在同一电源上．甲灯的电阻为500Ω,乙灯的电阻为1200Ω.在相同的时间内
A．甲灯消耗的电能多B．乙灯消耗的电能多
C．甲、乙两灯消耗的电能一样多D．无法判断
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】
两盏电灯并联接在同一电源上时，因并联电路中各支路两端的电压相等，甲灯的电阻小，
工作相同的时间，由W=UIt=
2
U
t
R
可知，甲灯消耗的电能多，故A正确、BCD错误，故选
A。

18．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。

19．如图，电源电压不变，1R 、2R 是两个相同的电阻，当闭合开关1S ，断开2S 、3S ，通电10min ，电路产生的热量为Q ；同时闭合2S 、3S ，断开1S ，若要产生相同的热量Q ，则通电时间为（ ）
A ．2.5min
B ．10min
C ．20min
D ．40min
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】 由题可知，R 1、R 2是两个相同的电阻，设
R 1=R 2=R
由图可知，当闭合开关S 1，断开S 2、S 3时，两电阻串联，总电阻为2R ，电源电压不变，由焦耳定律可得，通电10min 电路产生热量
Q =2
2U R
×10×60s 闭合S 2、S 3，断开S 1时两电阻并联，总电阻为2
R ，产生相同热量，则 Q =2
2
U R ×t =2
2U R ×t 22U R ×10×60s=2
2U R
×t t=150s=2.5min
故选A 。

20．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 。