15.4 焦耳定律（知识点精讲+考点梳理+难度分层真题练）-2024-2025学年沪粤版物理九年级上册

15.4 探究焦耳定律 课程主题：焦耳定律 知识点1、通电导体放出的热量与哪些因素有关 电流热效应 电流通过导体时电能转化为内能的现象。 课题 电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关 实验装置 实验说明 ①两个透明容器中密封等量的空气； ②选用空气的原因是：空气质量小，相同条件下吸热，温度升高快（比热小），易进行观察； ①两个烧瓶中要装入质量相等的煤油。 ②煤油的比热容小，温度计示数变化明显，易进行实验现象观察 探究方法 控制变量法、转换法 实验设计 ①在电流和通电时间相同时，探究电热与电阻的关系（电路设计：两阻值不同的电阻串联，目的是控制电流和通电时间相同，如图甲）； ②在电阻和通电时间相同时，探究电热和电流的关系（电路设计：将阻值相同的电阻串联，并在右边容器的外部并联一个电阻分流，如图乙） 实验结论 ①在电流、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多； ②在电阻、通电时间相同的情况下，通过的电流越大，产生的热量越多。 知识点2、焦耳定律 内容 电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。 公式 （1）数学表达式：Q=I2Rt（适用于所有电路） （2）对于纯电阻电路，可推导得出：Q=I2Rt= t=UIt 电能与电热的比较 物理量 电能（电功） 电热 计算公式 W=UIt Q=I2Rt 快慢程度 P电=UI P热=I2R 关系 在纯电阻电路中：W=Q，P电=P热（如电阻丝，电能全部转化为内能） 在非纯电阻电路中：W>Q，P电>P热（如电动机，电能主要转化为机械能） 技巧 串联电路 I=I1=I2，由Q=I2Rt，可知Q1:Q2=R1:R2 并联电路 U=U1=U2，由Q= t，可知Q1:Q2=R2:R1 知识点3、电流热效应的应用与控制 电热利用 原理 电流的热效应 组成 主要组成部分——发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的合金丝绕在绝缘体材料上做成的 优点 ①清洁卫生；②热效率高；③可以方便地进行控制和调节温度 生活电器 电饭煲 热水壶 电熨斗 电取暖 电热危害 ①烧坏用电器；②加速绝缘材料的老化；③造成输送电能过程中电能损失 电热防止 可利用散热窗、散热片、风扇吹风等方法加快散热 生活电器 风扇散热 电视机后散热孔 CPU水冷散热 拓展小专题：非纯电阻小专题 主题 非纯电阻小专题（电机） 正常工作状态 电能大部分转化为发动机的机械能，小部分转化为线圈的内能 W=UIt=I2rt+W机械UI=I2r+P输出（r为线圈内阻） 卡死状态 电能全部转化为内能 UIt=I2rt UI=I2r r= 课程主题：焦耳定律 焦耳定律【速练篇】 1．要使电热器在单位时间内产生的热量减小到原来的一半，则应 （ ） A．电阻不变，使通过电热器的电流减小一半 B．电阻不变，使电热器两端的电压减小一半 C．电压不变，使电热器的电阻变为原来的2倍 D．电压不变，使电热器的电阻增大为原来的2倍 2.电风扇、电烙铁、电动机上都标有“220V160W”字样 ,它们都在额定电压下工作相同时间产生热量多的是( ) A.电风扇 B.电烙铁 C.电动机 D.一样多 3．据报道：近几年有许多重大火灾都是因线路连接处接触不良所造成的 ，教训十分深刻 ．线路连接处接触不良引起火灾的原因是：当线路连接处接触不良时，该处的电阻将 （减小/增大），电流通过该接触处产生的热量 （减少/增多），从而使局部温度升高，同时接触处的电阻又将随着温度的升高而 （减小/增大），… 形成电热的逐步积累和恶性循环，以致引发火灾． 4．如图，灯L标有“4V 2W”，R＝20Ω，闭合开关S时，灯L正常发光（灯丝的电阻不受温度影响），电流表示数为 A，通电1min 电路中产生的热量为 J。 5．如图所示为“探究电流通过导体产生的热量跟 的关系”的实验装置。实验中用U形管内液面高度差的大小来反映电流通过导体产生热量的多少，这种方法叫 （选填“控制变量”或“转换”）法。通电一段时间后，左侧容器内空气吸收的热量比右侧的 （选填“多”或“少”）。 6．如图是研究“相同时间内导体产生的热量与 的关系”的装置。每只烧瓶中煤油质量均为 200g，电阻丝R1＝20Ω，电路中电流 I＝0.5A．通电 5min 后，左侧烧瓶中的煤油温度升高了2℃，煤油吸收的热量为 J，R1产生的电热为 J．[c煤油 ＝2.1×103J/（kg•℃）] 焦耳定律【易错篇】 1．小明家的电饭锅电源线坏了，他在网上新买了一根，使用时闻到橡胶的焦糊味，他立即拔下电源插头，发现这根电源线很热，其他用电器仍然正常工作，你认为引起电源线过热的原因可能是（ ） A． 电路的电压过高 B．新买的电源线过短 C．新买的电源线过粗 D．新买的电源线过细 2．如图是探究电流热效应的实验装置，烧瓶内装有质量和初温完全相同的煤油，铜丝和镍铬合金丝的长度、横截面积均相同，则下列说法错误的是（ ） A．利用甲图的实验装置可以探究电流产生的热量与电阻的关系 B．在甲图中，为了缩短实验时间，滑片应适当向左移动 C．实验中通过观察温度计上升的示数来比较电流产生的热量的多少 D．利用乙图的实验装置只能探究电流产生的热量与电流大小的关系 3．现有两电热水壶分别是甲“220V﹣1500W”、乙“220V﹣1000W”，甲壶中装有2kg 的水，乙壶中装有1kg 的水（水的初温相同） ，当同时给它们通电正常工作时， 壶（选填“ 甲”或“ 乙”） 电流做功快；要想把水烧开， 壶（选填“ 甲”或“ 乙”） 电流做功多； 壶（选填“ 甲”或“ 乙”）把水烧开需要的时间少。 4．某电水壶铭牌上 标有“220V 1500W”字样。如壶中装入1.5kg 水 ，把初温20℃的水加热到100℃, 这些水需要吸收的热量为 J。不计热量损失的情况下，该水壶正常工作 分钟能将水烧开。〔c水=4.2×103J/（kg·℃)〕 焦耳定律实验【经典题型汇编】 【不同加热器】例题1．学易姐和易优君为了探究“ 电流通过导体产生的热量与电阻的关系”，设计了如图所示的实验电路．两个烧瓶A、B中盛有质量、初温相等的煤油，RA与RB是阻值不同的电热丝. （1）RA与RB采用串联的连接方式，其目的是为了控制通电时间、 相等 . （2）学易姐为比较RA与RB阻值的大小，用电压表分别测出RA与RB两端电压大小，发现UA＜UB，则RA RB（选填“ ＞”、“ ＜”或“=”） . （3）在相同时间内 ，可通过观察 来比较电流通过电热丝产生的热量多少；为了升温较快，实验液体选用煤油而不选用水，主要是水的比热容比煤油的比热容 . （4）如果不增加其它器材，此套装置 （选填“能”或“不能”）探究“ 电流通过导体产生的热量与 电流大小的关系”. （5）易优君想改装实验装置用来“测量煤油的比热容的大小”，则他们应将烧瓶A中煤油换成与其 （选填“质量”或“体积”）相等的水 ，并将电热丝RA换成 的电热丝。实验中水和煤油吸热 的多少是通过 来反映的（选填“温度计示数”或“加热时间”）．该实验中装有 （选填“水”或“煤油”） 的烧瓶中温度计示数变化较大．实验中一般选择加热煤油或空气，这是因为它们的 ，效果明显且安全。测量时，水和煤油的初温均为t0，通电一段时间后，水和煤油的末温分别为t水、t煤油，请写出煤油比热容的表达式：c煤油= （水比热容为c水） 【相同加热器】例题2 ．易优君想利用如左图所示的装置来探究不同物质的吸热能力。 器材：两个相同规格的电加热器、两个相同的烧杯、两个相同的温度计、 、质量相等的水和煤油。 （1）在实验中取两个相同规格的电加热器的目的是： 。 物质 质量/g 初温/℃ 末温/℃ 时间/min 水 100 20 50 8 煤油 100 20 70 8 （2）在此实验中 ，如果要使水和煤油的最后温度相同，就要给 加热更长时间，因此我们还可以用：“使 的不同物质，升高相同的温度，观察加热时间的长短，来判断不同物质的吸热能力”； （3）通过所测量实验数据，我们可以得出， （填“水”或“煤油”）吸热的能力更强； （4）学易姐在利用甲、乙两种物质进行实验时绘制了如右图所示的图象 ，学易姐认为：“加热相同的时间时，甲升高的温度高一些，这说明甲吸收的热量会多一些。”这位同学的判断是否正确？ ，理由是 。 （5）如果在甲、乙两种物质中，已知甲物质的比热容是1.2×103J/（kg•℃), 且它们的质量相同，若在相同的热源下加热相同的时间，请你根据右图所给信息，求出乙物质的比热容是 J/（kg•℃)。 【烧水效率】例题3．某电热水壶及其铭牌如图所示，易优君为了测量该电热水壶的实际功率和加热效率，进行了如 下实验： 关掉家里所有用电器，将该电热水壶装满水，接通电热水壶，测得壶中水温度从25℃上升到 35℃所用的时间为 50s ，同时观察到家中“220V 10（40）A 3200imp/kW•h”的电子式电能表的指示灯闪烁了80imp，水的比热容c＝4.2×103J/（kg•℃)。请结合本次实验记录的数据，回答以下问题： （1）除电子式电能表外，易优君还需下列哪些器材完成上述两个测量 （选填器材前面的序号） ①刻度尺 ②温度计 ③电压表 ④秒表 ⑤弹簧测力计 （2）若易优君利用水升温吸热计算消耗的电能，计算出电热水壶的功率和实际功率相比 （选填“偏大”、“偏小”或“相等”），主要原因是 。 （3）电热水壶的实际功率是 W。 （4）电热水壶的加热效率是 。 变式1．学易优物理兴趣小组同学在辅导员陈老师的指导下，利用休息日对家用电磁炉进行了相关的观察和研究， 并记录了电磁炉及电能表的有关数据，如表： 观察对象 有关记录 研究活动 电磁炉 铭牌 U额=220V P额=1kW ①用电磁炉加热一壶水；（水的质量m=2kg，初温t=30℃) ②关闭家里其它用电器，只将该电磁炉接入电路烧水，观察电能表，表盘在 5min内转了150r，此时用温度计测得水的温度为50℃ . 电能表 铭牌 220V 10（40）A 50Hz 2000r/kWh 比热表 C水=4.2×103J/（Kg•℃) 请你根据物理兴趣小组同学在活动中获得的有关资料 ，求解在这段时间内： （1）水所吸收的热量； （2） 电磁炉的实际功率； （3） 电磁炉烧水的效率. 变式2． 电热水壶是人常用的家用电器。若家庭电路中只有电热水壶工作，标有“3000r/（kW•h）”的电能表 的铝盘在 10min 内转了 500r ，则电热水壶消耗的电能为 J ．如加热效率为90%，则水吸收的热量为 J．如果水吸收的这部分热量用煤气来加热，至少需要完全燃烧煤气 m3（不考虑热量损失 ，q煤气＝4×107J/m3）。 【豆浆机交替工作】例题4．5月20日是“ 中国学生营养日”，学生的膳食结构越来越受到学校、家庭和社会的重 视。妈妈为了改善学易姐的早餐营养，买了一台全自动豆浆机。如图甲是豆浆机的工作原理图，其中电动机是用来带动刀头将原料进行粉碎打浆的，额定功率是200W．R是加热电阻，额定功率是 1100W ．图乙、丙是此豆浆机做一 次豆浆时的工作信息。学易姐妈妈向豆浆机中加入黄豆和清水共1.5kg，求： （1）豆浆机的加热电阻是多少？ （2）豆浆机正常工作时的最大电流是多少？ （3）从第 6min至第 9min，豆浆吸收的热量是多少？【c豆浆=4.0×103J/（kg•℃)】 （4）豆浆机正常工作做一次豆浆，总共消耗的电能是多少？ 变式．易优君对家中的豆浆机非常感兴趣，于是，他收集了如下信息：如图甲是豆浆机的工作原理图，其中电动机是用来带动刀头将原料进行粉碎打浆的，额定功率P1=200W；R 是加热电阻。额定功率 P2=1100W ．图乙是此豆 浆机做一次豆浆时的工作信息，请你根据信息解答以下问题： （1）豆浆机正常工作 ，打浆时的工作电流是 A。 （2）豆浆机加热电阻的阻值是 Ω。 （3）豆浆机正常工作做一次豆浆，总共消耗的电能是 kW•h。 （4）一次妈妈做豆浆时，易优君对豆浆机的实际加热电功率产生了怀疑，他用所学知识和妈妈进行了如下实验： 关掉家里的所有用电器，只让豆浆机单独工作，豆浆机在加热过程，他观察到家中的电子式电能表“220V，10A（40A），1800imp/（kW•h）”耗电指示灯 1min 闪烁了30imp（imp 表示闪烁次数），豆浆机1min内消耗的电能是 J， 易优君计算出豆浆机的实际加热电功率是 W。 焦耳定律【挑战篇】 【烧瓶串并联接法】例题1．为了探究“ 电流通过导体产生的热量跟什么因素有关”，某同学将两段阻值不同的电阻丝R1、R2分别密封在两个完全相同的烧瓶中，并设计了如图所示的甲、乙两套装置，已知所用蓄电池电压相等且保 持不变，R1＜R2，装入烧瓶的煤油质量均相等，下列有关此探究活动的各种表述，错误的是( ) A．在此实验中，将电流通过导体产生热量多少转化为煤油温度变化的大小 B． 甲装置可探究电流通过导体产生的热量与电阻是否有关 C．比较相同通电时间内a、c温度计示数变化，可探究电流产生的热量与电流是否有关 D．在相同的通电时间内，d温度计所在烧瓶中的电阻丝产生的热量最多 【电吹风冷热风原理】例题2．电吹风是现代家庭常用的一种电器，如图所示是额定电压为220V格力牌电吹风的典型电路。其中电热丝通电后可以发热，电动机通电后可以送风，已知电动机的额定功率为120W。 （1）要送冷风，开关应该放在图中的 （选填“A”“B”“C”）位置。 （2）送热风时，电路消耗的总功率为560W，则电热丝R的阻值应为 Ω。 变式．家用电吹风的简化电路如图所示，主要技术参数如下表。则该电吹风正常工作吹热风时，电热丝的阻值是 Ω, 正常工作吹热风5min电热丝产生的热量是 J。 热风温度 50 ～75℃ 额定功率 热风时：1000W 冷风时：120W 额定电压 220V 质量 0.5kg 【热量与电流关系的探究】例题3．如图所示的装置探究“ 电流通过导体产生的热量与电流的关系”。相同烧瓶内装满了煤油。 （1）烧瓶中装入的煤油是 （选填“导体”或“绝缘体”）。 （2） 为达到实验目的，选用的两电阻丝R1与R2的阻值应 （选填“相等”或“不相等”），通过R1的电流 通过R2的电流（选填“大于”或“小于”）。 （3）通电一段时间后，乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大。说明在其他条件相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越 。（选填“多”或“少”） 变式．如图所示是“探究电流通过导体时产生热量的多少与什么因素有关”的实验装置，两个透明容器中密闭着等量的空气，R1＝R2＝R3，当开关 S 闭合后，下列说法正确的是 ( ) A．该实验装置是探究电流通过电阻时产生的热量与电阻大小的关系 B．通过电阻R1和R2的电流相等 C．通电一段时间后，右边U形管内液面的高度差比左边小 D．该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反映电阻放出热量的多少的 【电阻热量比例问题】例题4．如图所示，甲、乙两个透明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。现用该装置探究电热与电流的关系，则乙容器中的电阻丝R2= Ω,通电一定时间，观察到 （选填“ 甲”或“ 乙”）容器U形管的液面高度差较大，R1与R2产生的热量之比为 。 变式．如图所示是“探究电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关”的实验装置。两个透明容器中密封着 等量的空气，下列说法不正确的是 ( ) A ．U 形管液面高度变化是因为密闭容器内气体受热膨胀 B ．通电后透明容器中电阻丝的内能增大是通过做功方式改变的 C ．图乙所示的装置可以用来探究电流通过电阻产生的热量多少跟电流大小的关系 D ．乙图中 ，通电一段时间后 ，左右两边容器内电阻产生的热量之比是 2：1 焦耳定律【拓展篇】 主题 电动机（非纯电阻） 正常工作状态 电能大部分转化为发动机的机械能， 小部分转化为线圈的内能 W=UIt=I2rt+W机械⇒UI=I2r+P输出 （r为线圈内阻） 卡死状态 电能全部转化为内能 UIt=I2rt⇒UI=I2r⇒r= 例题1．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. 例题2．有一台“220V100W”的洗衣机，由于使用不当，造成电动机卡死，电动机的温度升高而被烧坏。从生产厂家得知，这种电动机内的线圈阻值为2Ω。（1）这台洗衣机正常工作时，1min耗电 J；（2） 电动机被卡死时，1min 产生热量 J. 变式1．一个额定电压为12V的小型电动机正常工作时，测得通过电动机的电流是0.5A，工作10min，电流做功为 J ，在这10min 内该电动机线圈产生的热量是360J，则电动机线圈的电阻是 Ω。 变式2．易优君家买了一个家用电吹风，其简化电路如图所示，主要技术参数如下表。电吹风在额定电压下工作， 请解答如下问题： （1）电吹风吹冷风时，通过电动机的电流是多大？ （2）电热丝工作时的电阻是多大？ （3）电吹风内电动机的电阻是1Ω, 电吹风吹冷风30min产生的热量是多少？ 热风温度 50～75℃ 额定功率 热风时：990W 冷风时：110W 额定电压 220V 质量 0.5kg 学科网（北京）股份有限公司 $$