14.5　焦耳定律 --2023-2024学年初中物理鲁科版（五四制）九年级上册

第五节　焦耳定律 一、电流的热效应 1.定义:电流通过导体时,电能转化为　　　　能的现象。  2.影响因素:电流产生的热量与　　　　、电阻和通电时间有关。  二、焦耳定律 1.内容:电流通过导体产生的热量,跟　　　　　　　成正比,跟导体的　　　　 成正比,跟　　　　　　成正比。  2.表达式:Q=　　　 　。  内 电流 电流的平方 电阻 通电时间 I2Rt 4.非纯电阻电路:W电=Pt=UIt,Q=I2Rt。 三、电热的利用和防止 1.利用:电热器是利用　　　　　　　　制成的加热设备,其主要组成部分是发热体;常见的电热器有电炉、电饭锅、电热水器、电热孵化器等。  2.防止:安装散热风扇、安装散热片、安装散热窗等。 > 电流的热效应 电流通过导体时产生热量的多少与什么因素有关 [典例1]如图所示,物理实验小组探究“电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关”的实验装置。两个透明容器中封闭着等量的空气,且都有一段电阻丝。将透明容器与U形管相连,接入电路。 (1)组装之前,U形管内注入适量红墨水,U形管　　 　　(选填“属于”或“不属于”)连通器。  甲 乙 属于 (2)图甲是探究在通电时间相同和　　　　　相同的情况下,导体产生的热量与　　　　大小是否有关的装置。  (3)实验中通过观察　　　　 　　　　变化反映密闭空气温度的变化,这是应用了　 法。 (4)如图乙所示,电流表的示数为　　　A,在这种情况下,右侧容器中定值电阻在10 s内产生的热量是　　　J。  (5)某实验小组发现通电一段时间后,其中一个U形管中的液面高度几乎不变,发生此现象的原因可能是　 。  电流 电阻 U形管液面高度差 转换 2 400 透明容器密闭性不好(或透明容器漏气或对应电阻丝短路) [针对训练1]小远同学利用如图所示装置完成“电流通过导体时产生热的多少与哪些因素有关”的探究实验。 电流和通电时间 (1)通电后观察甲、乙两个实验装置,可以得出结论:在　　　　　　 　　一定时,　　　　越大,产生热量越多。  (2)若要探究电流对电热的影响,应选择观察　　 　两个实验装置。  (3)通电相同时间,与　　 　(选填“甲”“乙”或“丙”)密闭容器相连的U形管两端液面高度差最小。  电阻 甲、丙 丙 [针对训练2]如图所示是“探究电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”的实验电路,下列说法正确的是(　　) A.先闭合开关S1,再闭合开关S2,通过右容器中电阻丝的电流变小 B.先闭合开关S1,再闭合开关S2,电流表示数保持不变 C.闭合开关S1、S2,通过三根电阻丝的电流相同 D.闭合开关S1、S2一段时间后,右边U形管内的液面高度差比左边U形管内的液面高度差大 A 焦耳定律及应用 [典例2](2021天门)如图所示,电源电压为6 V,定值电阻R1、R2的阻值分别为12 Ω、18 Ω,闭合开关S。求: (1)当S1闭合、S2接1时,通过R1的电流。 (2)当S1断开、S2接1时,通电1 min,R2产生的热量。 (3)电路总功率的最小值与最大值。 答案:(1)0.5 A　(2)43.2 J　(3)1.2 W　5 W [针对训练3]为了缓解用眼疲劳,妈妈购买了一款如图甲所示的电加热眼罩,如图乙所示是电热眼罩的工作原理图,可以通过手动调节高、中、低三挡加热。其相关数据如表所示。R1、R2都是电热丝,S3为单刀双掷开关(即S3只能接在触点a或b)。求: 额定充电(放电)电压 5 V R2的阻值 10 Ω 中挡额定功率 5 W 甲 乙 (1)R1的阻值。 (2)当眼罩在低温挡正常工作时电功率。 (3)眼罩在高温挡正常工作10 min产生的热量。 答案:(1)5 Ω　(2)1.67 W　(3)4 500 J 1.下列用电器在正常工作时消耗相同的电能,产生热量最多的是(　　) B A.洗衣机 B.电暖气 C.电风扇 D.电视机 D 3.夏天常用的电热驱蚊器是利用电流的　　　效应工作的,驱蚊器与电灯、电风扇等其他家用电器是　　　联在电路里的,其发热元件正常工作时的电阻为8 800 Ω,接在家庭照明电路中,正常工作100 s产生的热量是　　　J。  4.从产品说明书得知,一台“6 V　3 W”的迷你型小风扇,电动机线圈阻值为1 Ω,则小风扇正常工作1 min消耗的电能为　　　J,电动机线圈1 min产生的热量为　　　J。  热 并 550 180 15 5.某型号热水壶的原理图如图所示,它有加热和保温两挡,通过单刀双掷开关S进行调节,R0、R为电热丝。当开关S接加热挡时,电路的功率为1 100 W,当开关S接保温挡时,电路的总功率为44 W,R0、R阻值恒定不变。 (1)在加热挡正常工作时,电路中的电流是多少? (2)电热丝R0、R的阻值多大? 答案:(1)5 A　(2)44 Ω　1 056 Ω 第五节　焦耳定律 1.如图所示,给电炉通电后,电炉丝热得发红,而用手触摸与其连接的导线却不觉得烫手,这是因为(　 　) A.电流通过导线时没有产生热效应 B.通过电炉丝的电流比通过导线的电流大得多 C.电炉丝的电阻比导线的电阻小得多 D.电炉丝消耗的电功率比导线消耗的电功率大得多 D 电流通过导体时产生热量的多少与什么因素有关 2.如图所示为“研究焦耳定律”的实验装置。在两个相同的烧瓶中装满初温相同的煤油,插入两个相同的温度计,瓶中电阻丝为定值电阻,其关系为R甲>R乙。 (1)图中的两段电阻丝连接的方式为　 　(选填“串联”或“并联”)。  (2)实验中,通过观察　 来判断电流通过导体产生热量的多少。  (3)闭合开关一段时间,观察到甲瓶中煤油的温度高于乙瓶。这表明:在　 　和　 _　相同时,　 　越大,电流产生的热量越多。  (4)实验探究过程中用到两个物理研究方法是　 　法和　 　法。  串联 温度计升高的示数　 电流 通电时间 电阻 控制变量 转换 3.(2021宜昌)甲、乙两电热丝电阻之比为2∶3,通过的电流之比为3∶1,则相同时间内产生的热量之比为(　 　) A.2∶1　 B.6∶1　 C.1∶2　 D.1∶6 4.把一个标有“10 V　3 W”的小灯泡和定值电阻R串联后接在电压为12 V的电源上(如图所示),小灯泡恰能正常工作。该电路工作10 s,定值电阻产生的热量是(　 　) A.6 J　 B.30 J　 C.36 J　 D.60 J B 焦耳定律及应用 A 5.在如图所示电路中,定值电阻R0的阻值为20 Ω,电动机线圈电阻为2 Ω。闭合开关,电流表A1、A2的示数分别为0.8 A、0.3 A,则该电路电源电压为　 　V,10 s内电路消耗的电能为　 J,10 s内电流通过电动机产生的热量为　 　J。  6 48　 5 6.如图所示四个用电器中,主要利用电流热效应工作的是(　 　) C A.CPU上的散热风扇 B.平板电脑 C.电热水壶 D.电动玩具车 7.下列属于防止电流热效应产生危害的实例是(　 　) A.家里使用电热水壶烧水 B.利用电视机后盖的小孔散热 C.家里使用电饭锅煮饭 D.小佳妈妈使用电熨斗熨衣服 B 8.将规格都是“220 V　100 W”的一台电风扇、一台电视机和一个电热毯分别接入220 V电路中正常工作,通电时间相同,下列说法中错误的是(　 　) A.它们产生的热量相同 B.它们消耗的电能相同 C.它们的工作电流相同 D.它们的实际功率相同 9.小华家电热毯内的电阻丝断了,她爸爸将电阻丝的两个断头接上后继续使用,结果在使用中发现接头处的电热毯烧焦了,其原因可能是(　 　) A.电阻丝总长度变短,总电阻变小,电流变大 B.电阻丝总长度变短,总电阻变大,电流变小 C.接头处电阻变小,相同时间内释放的热量更多 D.接头处电阻变大,相同时间内释放的热量更多 A D 10.用如图所示的装置探究“影响电流热效应的因素”,电阻丝R1和R2分别密封在两只完全相同的烧瓶中,且R1<R2,瓶中装有质量相等的煤油。下列说法不正确的是(　 　) A.该装置用来探究电流热效应与电流大小的关系 B.闭合开关后,装R2电阻丝的烧瓶中温度计示数上升较快 C.实验中,通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少 D.该实验采用的是转换法和控制变量法 11.现有“6 V　3 W”和“12 V　6 W”字样的甲、乙两只灯泡,不考虑灯丝电阻的变化,下列说法正确的是(　 　) A.通电时间相同时,甲灯泡消耗的电能一定比乙灯泡少 B.通电时间相同时,电流通过乙灯泡比甲灯泡做功一定快 C.两只灯泡串联工作时,甲灯泡产生的热量一定比乙灯泡少 D.两只灯泡并联工作时,干路中允许通过的最大电流为1 A A C 12.如图所示的电路中,在相同时间内产生热量最多的电路连接是(　 　) A.闭合S1、S2,断开S3 B.闭合S2,断开S1、S3 C.闭合S2、S3,断开S1 D.闭合S1、S3,断开S2 13.如图甲所示,电源电压保持不变,电阻R2=10 Ω,闭合开关S,电压表 V1、 V2的指针偏转情况完全相同,如图乙所示。则下列说法正确的是(　 　) A.电流表A的示数为0.6 A B.电阻R1的阻值为10 Ω C.电阻R2的电功率为9 W D.10 s内电阻R1产生的热量为36 J D 甲 乙 A 14.小明将口香糖的锡纸剥下来,剪成中间窄、两端宽的形状,将锡纸两端搭在两节干电池的正负极上,过一会儿,锡纸中间部分燃烧起来,如图所示。这是因为短路时锡纸中　 　很大,锡纸中部剪窄后与没剪时相比电阻　 　(选填“变大”“变小”或“不变”),所以短时间内锡纸窄处会产生较多电热。  15.如图所示为一电热饮水机的电路简图,其额定电压为220 V,具有加热、保温两种功能,对应功率分别为400 W和40 W。则R2的阻值为　 　Ω,电热饮水机在加热挡工作5 min产生的热量为　 J。  电流 变大 1 089 1.2×105　 16.如图所示电路,闭合开关S,电流表A1和A2指针偏转角度相同,则电阻R1、R2在相同时间内产生的热量之比Q1∶Q2=　 　。  4∶1 17.探究“电流通过导体产生的热的多少与什么因素有关”。实验小组同学猜想:电流通过导体产生的热可能与通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关。于是他们利用如图所示器材进行了探究实验。甲、乙、丙三个装置的透明容器中各有一段电阻丝,容器中密封着等量的空气,U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。 甲 乙 丙 (1)选用　 　组合,并将它们　 　联接到电源两端进行实验,可以探究电热与电阻的关系。  甲、乙 串 (2)选用乙、丙组合,串联接到电源两端进行实验,可以探究电热与　 　的关系,其中15 Ω电阻的作用是　 　。  (3)选用乙、丙组合,串联接到电源两端进行实验,发现乙装置U形管中液面无高度差,丙装置U形管中液面有高度差,产生此现象的原因可能是乙装置　 。  电流 分流 漏气　 18.在“测量小灯泡电功率”的实验中,电路如图甲所示,电源电压恒为4 V,小灯泡标有“2.5 V”字样,滑动变阻器规格为“50 Ω 1 A”,实验得到小灯泡的I-U图象如图乙所 示。求: (1)小灯泡的额定功率。 甲 乙 答案:(1)0.75 W　 解析:(1)由图象可知,当灯泡电压为额定电压2.5 V时,其电流为0.3 A, 故灯泡的额定功率为P=UI=2.5 V×0.3 A=0.75 W。 (2)小灯泡正常发光时,滑动变阻器R接入电路的阻值。 答案:(2)5 Ω　 (3)当小灯泡消耗的功率为0.2 W时,通电1 min,滑动变阻器R产生的热量。 答案:(3)36 J 3.推导式:电流通过导体时,如果电能全部转化为热量,即为纯电阻电路时Q=W=UIt=t=I2Rt;如果电流做的功只有一部分用来产生热量,则W　　　Q。  2.关于电流通过导体时产生的热量,下列说法正确的是(　　) A.根据Q=I2Rt可知,电阻越大,相同时间内产生的热量越多 B.根据Q=t可知,电阻越大,相同时间内产生的热量越少 C.根据Q=UIt可知,相同时间内,电流产生的热量与电阻无关 D.根据Q=I2Rt可知,在电流一定时,电阻越大,相同时间内产生的热量越多 解析:(2)当灯泡正常发光时,滑动变阻器两端电压为UR=U-UL=4 V-2.5 V=1.5 V, 滑动变阻器R接入电路的阻值为 R===5 Ω。 解析:(3)由图象可知,当小灯泡消耗的功率为0.2 W时,灯泡两端电压为1 V,通过的电流为0.2 A,灯泡电阻为RL===5 Ω; 此时电路总电阻为 R===20 Ω, 此时滑动变阻器阻值为R′=R-RL=20 Ω-5 Ω=15 Ω, 通电1 min,即t=1 min=60 s,滑动变阻器R产生的热量为Q=I′2R′t=(0.2 A)2×15 Ω× 60 s=36 J。 $$