备战中考物理知识点过关培优训练∶焦耳定律的应用问题及详细答案

一、初中物理焦耳定律的应用问题

1．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。

2．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。

3．两个发热电阻R1:R2=1:4,当它们串联在电路中时，R1、R2两端的电压之比U1:U2=_____；已知R1=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，R1、R2两端的电压之比：

111 2221 4

U IR R

U IR R

===；

已知110Ω

R=，则

21

4410Ω40Ω

R R

==?=；

根据

2

U

Q W t

R

==得两个电阻在100s内产生的热量为：

2222

12

12

(4V)(4V)

100s100s200J

10Ω40Ω

U U

Q W W t t

R R

=+=+=?+?=

总

．

4．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R1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R1在10 min内产生的热量为_____J．

【答案】100.460

【解析】

【分析】

【详解】

当P在b端时R2=0Ω，此时电压示数和电流示数最大，且均为R1的数据，所以R1的阻值

为：R1=

5V

=

0.5A U

I

总

=10Ω．当滑动变阻器的滑片移到a端时，R2两端电压U2=U总-U1=5V-

1V=4V，由图象知，当R1的电压是1V时，电流为0.1A，根据串联电路的电流处处相等，∴I2=I1=0.1A，∴P2=U2I2=4V×0.1A=0.4W，Q1=W1=U1It=1V×0.1A×600s=60J。

5．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 4

1.810

?

【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 h0.05kW 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

==???

6．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R1两端的电压为______V，R1∶R2=______，当电阻R1、R2并联在电路中时，在相同的时间内电流通过R1、R2所产生的热量之比Q1∶Q2=_______。

【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V1测的是电源电压，示数较大，电压表V2

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 ====：：：：：

7．两定值电阻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．

8．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

2

211148V 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。

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．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】

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。

11．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 =22U 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

2U R ×t =2

2U R

×t

22U R ×10×60s=2

2U R ×t t=150s=2.5min

12．一个电炉的电阻是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2

Q I Rt =可知，通过这只电炉的电流是

3810J 200Ω210s

A Q I Rt ??===

故选A 。

13．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

故选D 。

14．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 。

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

2P I R = 可得，较窄处的电功率更大，故ABC 不符合题意, D 符合题意。

16．如图所示，电源电压为6V ，110R =Ω，220R =Ω，35R =Ω。闭合开关1S 后，当

2S ，3S 全部闭合和全部断开时，在相同的时间内电流通过1R 产生的热量之比是（ ）

A ．4∶9

B ．9∶4

C ．2∶3

D ．3∶2

【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】

当开关都闭合时，R 3被短路，R 1与R 2并联，此时R 1两端的电压为电源电压U 。当开关S 1闭合，S 2、S 3全部断开时，R 2被开路，R 1与R 3串联，此时

311310251

R U R U ΩΩ

＝＝

＝ 则此时R 1两端的电压为U 1＝

2

3

U ，则相同的时间内电流通过1R 产生的热量之比是 2

2

2

12111

9

2'43U t R Q

U U U Q U

U t R ?? ??? ? ???

???

＝＝＝＝ 故选B 。

17．两个定值电阻12R 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，12R 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．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 。

19．两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 。

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 ＝I 2Rt ，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 。