18.4 焦耳定律（知识解读）-2024-2025学年九年级物理全一册同步知识解读与专题训练（人教版）

18.4 焦耳定律（知识解读）（原卷版） •知识点1 电热的利用与防止 •知识点2 实验探究电流通过导体产生的电热与哪些因素有关 •知识点3 焦耳定律的应用 •作业 巩固训练 知识点1 电热的利用与防止 1、电流的热效应：电流通过导体时电能转化成热，这个现象叫做电流的热效应。 2、电流热效应的实质：是电流通过导体时，由电能转化为内能。 3、电热器：电流通过导体时将电能全部转化为内能的用电器。其优点是清洁、无污染、 热效率高，且便于控制和调节电流。 4、有时人们利用电热，如电饭锅、电熨斗等；有时人们防止电热产生的危害，如散热孔、 散热片、散热风扇等。 5、方法点拨 （1）电流有三大效应：热效应、磁效应、化学效应。 （2）任何用电器，只要有电阻存在，电流通过时就会有热效应；电流流过超导体不会有热效应。 【典例1-1】以下过程中，可以看成为电流化学效应的是（　　） A．工业上用电来提炼铝、铜金属 B．化学电池供电使电灯发光 C．暴露在空气中的电热丝长期使用会发生氧化 D．电炉把饭烧焦 【典例1-2】如图所示的电饼铛方便了人们的生活，其主要部件是发热体。它的发热的原理是 ，加热过程中，食品的内能是通过 增加的，电饼铛的指示灯是个发光二极管，二极管主要是由 材料制成的。 【变式1-1】将规格都是“220V　100W”的一台电风扇和一床电热毯，接入家庭电路中，通电时间相同，下列说法正确的是（　　） A．电风扇产生的热量多 B．电热毯产生的热量多 C．二者产生的热量一样多 D．无法比较二者产生的热量 【变式1-2】如图所示，是某型号的浴室防雾镜，防雾镜的背面粘贴有等大的电热膜，通电后镜面受热，使凝结在镜面的小水珠迅速 （填物态变化名称），起到防雾作用，该过程利用了电流的 效应。 知识点2 实验探究电流通过导体产生的电热与哪些因素有关 1、实验目的、原理、方法 （1）实验目的：探究电流通过导体产生的电热与哪些因素有关； （2）实验原理：根据U形管液体升高高度来判断电流通过电阻丝通电产生电热的多少； （3）实验方法：控制变量法、转换法。 2、实验器材及图像：密闭容器两个、U形管两个、导线若干、不同阻值电阻丝若干、电源。 3、电流产生的热量与电阻的关系 （1）实验步骤 步骤①如图甲所示，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。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边容器中的电阻比较大； 步骤②两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个U形管中液面高度的变化； 步骤③整理实验器材。 （2）实验结论：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。 4、电流产生的热量与电流的关系 （1）实验步骤 步骤①如图乙所示，两个密闭容器中的电阻一样大，在其中一个容器的外部，将一个电阻和这个容器内的电阻并联，因此通过两容器中电阻的电流不同； 步骤②通电时间相同的情况下，观察两个U形管中液面高度的变化； 步骤③整理实验器材。 （2）实验结论：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。 【典例2-1】如图，甲、乙是“探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气。下列分析正确的是（　　） A．通过U形管两侧液面高度差反映电流通过导体产生热量的多少，利用了等效替代法 B．甲实验通电一段时间后，右侧容器内空气吸收的热量更多 C．乙实验探究的是电流通过导体产生的热量与电阻的关系 D．乙实验通电一段时间后，左侧容器内电阻产生的热量与右侧容器内电阻产生的热量之比为2∶1 【典例2-2】如图是小明为探究“电流产生的热量与哪些因素有关”设计的实验装置。小明要探究电流产生的热量与电阻的关系，应该选择实验装置 ；小明用乙实验装置正确的完成了相关因素的实验探究，接着将电阻a的换为阻值10Ω定值电阻，用新装置进行实验探究，可以探究“电流产生的热量与 的关系”。 【典例2-3】实验小组想探究“电流通过导体产生的热量与什么因素”有关，设置的实验装置如图甲、乙所示，然后将装置两侧的线头与电源连接起来。甲、乙两装置中的两个透明容器中密封着等量空气。 (1)在实验中电流产生多少热量是通过观察 来体现的。这种用能直接观测的量来显示不容易被直接观测的量的实验方法叫 ； (2)图甲为了探究电流产生的热量与 的关系； (3)图乙中加热一段时间后左右两侧U形管液面高度差如图所示，由此可以得到结论导体电阻与通电时间一定时，通过导体的 越大产生的热量越多。 【变式2-1】如图是“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，U 形管中液面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．通电后，电阻丝内能增大方式和容器中空气内能增大方式是相同的 B．乙图中实验装置探究的是电流产生热量的多少与电阻的关系 C．U形管中液面高度发生变化是因为U形管中液体的热胀冷缩造成的 D．通电后，乙图左、右容器中电阻丝的发热功率之比是9：4 【变式2-2】某兴趣小组用如图甲所示的装置探究“电流通过导体产生热量与哪些因素有关”。实验中Ra＝5Ω，Rb＝10Ω，分别密封在装有等量空气的相同瓶内，细玻璃管内有等高的相同液柱，该实验探究的是电流产生的热量与的 关系。Ra与Rb产生的热量之比为 。如图乙所示玻璃管内液柱的高低是由 （选填“瓶内的空气”或“玻璃管内的液体”）热胀冷缩导致的。 【变式2-3】如图是探究“电流通过导体时产生热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气。 (1)实验中通过观察两个U形管中 的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少； (2)甲装置可探究电流产生的热量与 的关系，通电一段时间后， （选填“左”或“右”）侧容器中U形管中液面的高度差大； (3)乙装置可探究电流产生的热量与 的关系，电阻的作用主要是 ； (4)如果乙装置中发生了断路，则左侧容器中电阻丝的发热功率将 （选填“变大”、“变小”或“不变”）； (5)利用甲装置还可以研究电压一定时，电流通过导体时产生热量与电阻的关系。可将甲装置做如下改动：将接在B接线柱上的导线改接在A处，再取一根导线连接在 两个接线柱之间即可。 知识点4 焦耳定律的定义和应用 1、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，这个规律叫焦耳定律。 2、公式：Q=I2Rt，公式中的电流I的单位要用安培（A），电阻R的单位要用欧姆（Ω），通过的时间t的单位要用秒（s）这样，热量Q的单位就是焦耳（J）。 3、变形公式：，Q=UIt。 4、在纯电阻电路中，电能全部转化为热能，电功等于电热，即W=Q；在非纯电阻电路中，电能大部分转化为其他能，已小部分转化为热能，电功大于电热，W=Q+W其他。 5、探究电热与哪些因素有关：①怎样用转换法体现电热：用温度计升高的度数；用细管内液柱升高的高度；用气球膨胀的大小；②怎样用控制变量法研究与电阻的关系：串联时控制电流和通电时间一定，并联时控制电压与通电时间一定。 6、焦耳定律在实际中的应用 （1）纯电阻电路：纯电阻电路就是除电源外，只有电阻元件的电路，或有电感和电容元件，但它们对电路的影响可忽略．电压与电流同频且同相位．电阻将从电源获得的能量全部转变成内能，这种电路就叫做纯电阻电路．　基本上，只要电能除了转化为热能以外没有其他能的转化，此电路为纯电阻电路。 （2）焦耳定律的推导公式：，Q=UIt，适用范围，纯电阻电路。 （3）电热器的“双挡”问题 ①“双挡”中的电阻：电热器通常设计有“高温挡”和“低温挡”。根据可知，当U一定时，电阻越大，电功率越小；电阻越小，电功率越大，所以高温挡总电阻最小，低温挡总电阻最大。 ②“双挡”的控制开关 a短路式：两个电阻串联，把开关与其中一个电阻并联，如下图所示。 当闭合开关时，有一个电阻短路，只有一个电阻工作，此时为高温挡；当断开开关时，两电阻串联，电阻大一些，电热器的功率小一些，此时为低温挡； b单刀双掷式：主要工作电阻放在干路上，一条支路用导线，一条支路连接在附加电阻上，如下图所示。 当开关掷向附加电阻的支路时，两电阻串联，为低温挡；当开关掷向导线支路时，只有主要工作电阻工作，此时为高温挡。 ※注意：电流通过电动机做功消耗的电能，一部分转化为机械能，另一部分是转化为内能，也就是W≠Q．那么，用来计算电功的公式W=UIt不能用来计算电热，电热智能用焦耳定律Q=I2Rt来计算。 7、焦耳定律的计算公式及其应用 （1）公式：Q=I2Rt。 Q表示电热，单位是焦耳J。 I表示电流，单位是安培A。 R表示电阻，单位是欧姆Ω。 t表示时间，单位是秒s。 （2）推导式：和Q=UIt。（仅适用于纯电阻电路） （3）电热与电能的关系：纯电阻电路时Q=W；非纯电阻电路时Q＜W。 （4）电热与电功的关系 应用公式 电功 电功率 焦耳定律 适用范围 基本公式 W=UIt P=UI Q=I2Rt 普遍适用 导出公式 =I2Rt  =I2R =UIt  纯电阻电路W=Q （5）公式Q=I2Rt是电流产生热效应的公式，与W=UIt不能通用．W=UIt是电流做功的计算公式，如果电流做功时，只有热效应，则两公式是等效的；如果电流做功时，同时有其他能量转化，像电动机工作时，电能既转化为热能，也转化为动能，则Q=I2Rt只是转化为电热的部分，W=UIt则是总的电功，只有对纯电阻电路才有W=Q，对非纯电阻电路Q＜W。 【典例3-1】关于电流通过导体时产生的热量，以下说法正确的是（　　） 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 【典例3-2】如图甲所示，电源电压不变，将小灯泡和电阻接入电路中，只闭合开关时，小灯泡的实际功率为。图乙是小灯泡和电阻的图象。只闭合开关时，的电阻为 ；再闭合开关后，在内电阻产生的热量是 。 【典例3-3】如图所示，电源电压恒定不变，灯L标有“6V，3W”字样，滑动变阻器R上标有“8Ω，3A”字样；当S闭合，S1、S2断开，滑片P滑到中点时，灯L正常发光；求： (1)小灯泡正常发光时的电流； (2)当S闭合，S1、S2断开，滑片P滑到中点时，滑动变阻器R消耗的电功率； (3)保持滑片P的位置不变，再闭合S1、S2，电流表的示数为2.5A，则定值电阻R0在5min内产生的热量？ 【变式3-1】如图所示的是某型号电暖气的简化电路图，其中R1、R2为加热电阻丝，R1=55Ω，R2=44Ω。该电暖气工作时分高温、中温、低温三挡。下列说法中正确的是（　　） A．若要使电暖气在“低温挡”工作，只需要闭合开关S2 B．电暖气在“中温挡”正常工作时功率为880W C．电暖气在“高温挡”正常工作5min，电路产生的热量为5.94×105J D．闭合开关S1、S2时，通过R1、R2的电流之比为5∶4 【变式3-2】如图所示为某家用电热水器工作电路简化图，其中发热电阻，，通过开关通断可实现高中低三挡位加热。当开关、闭合时，电热水器为 挡位；高挡位正常工作100秒放出热量为 。 【变式3-3】如图甲所示是围炉煮茶时用的电围炉，电围炉内部简化电路如图乙所示，其额定电压为220V，R1是标有“10A 48Ω”的滑动变阻器，R2是电热丝。闭合开关S，调节滑片P可以改变R2的发热功率，当P在最下端时，R2的发热功率最大，为1210W。求：    (1)电热丝R2的电阻； (2)通过电围炉的最小电流； (3)电热丝R2的最小发热功率。 一、单选题 1．以下关于物理知识的几个选项中，正确的是（　　） A．电视机的后盖有很多孔是为了防止电流的热效应带来的危害 B．拦河大坝的截面上窄下宽呈梯形，应用了连通器原理 C．原子的原子核由电子和中子构成 D．冬天手冷向手“哈气”是用做功的方法改变物体的内能 2．如图甲所示是额定电压为12V的小灯泡L的I﹣U关系图象，L与电阻R接入图乙所示的电路中。只闭合开关S，电流表的示数为0.3A，再闭合开关S1，电流表的示数0.9A。下列说法正确的是（　　） A．此时小灯泡的电阻是30Ω B．电路的电源电压是12V C．整个电路的消耗的电功率是3.6W D．通电10s电阻R产生的热量是36J 3．如图所示，电源电压恒定不变，电阻R1和R2分别浸没在初温相同的等量“红色热消失”液体中（温度越高，液体颜色越浅）。通电1min，R2对应的液体的颜色比R1浅，下列说法正确的是（　　） A．电阻R1<R2 B．电压U1>U2 C．电流I1<I2 D．热量Q1>Q2 4．如图甲所示的电路中，电源电压保持不变，闭合开关S后，滑片P从b端移动到a端的过程中，电压表示数U与电流表示数I的关系图像如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．R1两端的电压与通过R1的电流成反比 B．电源电压为8V C．当滑片P在b端时，通电10s，R1产生的热量为8J D．滑动变阻器是通过改变接入电路中电阻丝的横截面积来改变电阻大小的 5．如图，电路中标有“3V 2W”的灯泡L1和标有“3V 1W”的灯泡L2灯以及滑动变阻器R串联，电源电压恒为6V，不考虑灯丝电阻的变化。下列说法正确的是（　　） A．闭合开关S，通过两灯泡的电流之比是2∶1 B．保证两灯安全的情况下，通电1min电路产生的热量最多是180J C．保证两灯安全的情况下，滑动变阻器R连入电路的最小值为4.5Ω D．滑片P从最左端向右端移动；使其中一盏灯泡刚好正常发光，则另一盎灯的实际功率为1W 6．如图所示，电源电压6V不变，小灯泡标有“6V 3W”，滑动变阻器标有“20Ω 1A”，电流表所接量程为“0～0.6A”，电压表所接量程为“0～3V”，不考虑温度对灯丝电阻的影响．闭合开关，为保证电路安全，下列正确的是（　　） A．电路中允许通过的最大电流为1A B．小灯泡的最小功率为0.75W C．小灯泡正常发光5min，灯泡产生的热量为15J D．滑动变阻器可以接入电路的阻值为0～20Ω 二、填空题 7．1841年英国物理学家 通过实验得出电流通过导体时将电能转化为内能的规律，即焦耳定律。该规律的内容是：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；表达式为 。 8．冬天人们常用的一种电热暖手宝，电热暖手宝工作时利用了电流的 效应，其内部液体通常采用水，这是利用水的 较大的特性，为了使用时更加安全，它的内部采用了双重温控保护开关，当温度过高时自动切断电路，两个温控开关应是 （选填“串联”或“并联”）起来使用的。 9．如图甲所示的煎饼锅具有高温和低温两个挡位，图乙是其内部简化电路图。当处于高温挡时，煎饼锅的加热功率为，则R1= ；处于低温挡时，煎饼锅的工作电流为1A，通电1min产生的热量为 J。 10．如图所示，是某种电热器的电路图，电源电压220V，的阻值分别为110Ω、220Ω，通过旋转扇形开关S，接触不同触点，实现高温、中温、低温三个挡位的转换，若开关S的触点b接触点c，此时电热器处于 挡，若在高温挡正常工作1min产生的热量是 J。 11．导体A和B的I一U图象如图所示，把导体A和B并联在电源两端，干路中的电流是0.6A，则通电1min后导体A产生的热量是 J。 三、实验题 12．如图是探究“电流通过导体时产生热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气。 (1)实验中，通过观察 ，可比较电阻丝产生的热量的多少； (2)甲装置可探究电流产生的热量与 的关系； (3)乙装置中的电阻R3的作用主要是 。 13．如图所示为“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”实验装置。 (1)将、两电阻串联在电路中，目的是 ；两电阻产生热量的多少可以通过观察 来比较； (2)连接好电路后闭合开关，通电一段时间后，可以得出结论： ； (3)家用电暖器，发热管热的发红，而串联的电线却不怎么热，主要是因为发热管的 比电线的大； (4)完成上述实验后，小明同学受到启发，对装置进行改造，准备探究“比较不同物质的吸热能力”的实验，A、B两个电阻丝的电阻应该是 （选填“相同”或“不同”）的； (5)两个烧瓶中分别加入初温相同、 相等的水和煤油，通电一段时间后，煤油的温度更高，说明 （选填“水”或“煤油”）的吸热能力更强。 四、计算题 14．当空气湿度比较低时，很多人家里都会使用电热加湿器（如图甲），其工作原理如图乙，电热加湿器的电热丝浸没在加热仓的水中产生热量，使加热仓中的水沸腾变成水蒸气喷出；当加热仓中的水减少到一定程度时，自动阀门智能打开。 工作电压/V 220 工作频率/Hz 50 最大运行功率/W 40 储水箱容量/L 2.4 气雾调节器最大电阻/Ω 990 (1)当电热加湿器以最大运行功率工作时，电热丝R1的阻值为多大？ (2)如果加热仓内冷水的温度为20℃，用最大运行功率正常工作，经过5min36s恰好使水沸腾产生水蒸气，求加热仓中水的质量？假设电热丝R1产生的热量全部被水吸收，当地气压为1标准大气压，水的比热容为 (3)电热加湿器以最低气雾量工作时，求气雾调节器R2消耗的电功率？ 15．小明想利用家用汽车12V的点烟器为电源设计一款车载电热杯，其电路如图所示：开关S控制电热杯可处于“加热”或“保温”状态。加热电阻丝、阻值均为2.4Ω。求： (1)电路处于保温状态时，电路的电流； (2)电路在加热状态下，每分钟所产生的热量；这些热量最多可使0.3kg的茶水升高的温度；［］ (3)在调试时小明发现，水杯给水加热的实际升温较慢，于是他想把加热的功率调为原来4倍。在只增加或更换一个元件的条件下，请你通过计算，设计出一种可行的办法，使加热的功率调为原来4倍。 16．在如图所示的电路中，灯泡L标有“6V，3W”字样，电源电压及灯泡电阻均保持不变，滑动变阻器最大阻值为48Ω。求： (1)灯泡的电阻。 (2)当S、S1都闭合，滑片P移动到最左端时，灯泡L正常发光，电流表示数为1.1A，求R0的阻值。 (3)当S闭合、S1断开，且滑片P移动到中点时，通电1min电路产生的总热量。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 18.4 焦耳定律（知识解读）（解析版） •知识点1 电热的利用与防止 •知识点2 实验探究电流通过导体产生的电热与哪些因素有关 •知识点3 焦耳定律的应用 •作业 巩固训练 知识点1 电热的利用与防止 1、电流的热效应：电流通过导体时电能转化成热，这个现象叫做电流的热效应。 2、电流热效应的实质：是电流通过导体时，由电能转化为内能。 3、电热器：电流通过导体时将电能全部转化为内能的用电器。其优点是清洁、无污染、 热效率高，且便于控制和调节电流。 4、有时人们利用电热，如电饭锅、电熨斗等；有时人们防止电热产生的危害，如散热孔、 散热片、散热风扇等。 5、方法点拨 （1）电流有三大效应：热效应、磁效应、化学效应。 （2）任何用电器，只要有电阻存在，电流通过时就会有热效应；电流流过超导体不会有热效应。 【典例1-1】以下过程中，可以看成为电流化学效应的是（　　） A．工业上用电来提炼铝、铜金属 B．化学电池供电使电灯发光 C．暴露在空气中的电热丝长期使用会发生氧化 D．电炉把饭烧焦 【答案】A 【详解】A．工业上用电来提炼铝、铜金属，是电流流过导体时，导体发生了化学变化，是电流的化学效应，故A符合题意； B．化学电池供电使电灯发光，电流流过灯泡时灯丝产生热量，发光，是电流的热效应，不是化学效应，故B不符合题意； C．暴露在空气中的电热丝长期使用会发生氧化，是高温的电热丝与空气中的氧气发生化学反应的结果，与电流流过电热丝无关，不是电流的化学效应，故C不符合题意； D．电流流过电炉使电炉丝发热，是电流的热效应，但电炉把饭烧焦，是电炉温度太高造成的，与电流无关，因此电炉把饭烧焦不是电流的化学效应，故D不符合题意。 故选A。 【典例1-2】如图所示的电饼铛方便了人们的生活，其主要部件是发热体。它的发热的原理是 ，加热过程中，食品的内能是通过 增加的，电饼铛的指示灯是个发光二极管，二极管主要是由 材料制成的。 【答案】 电流的热效应 热传递 半导体 【详解】[1]电流通过发热丝时将电能转化为内能，因此电饼铛是利用电流的热效应工作的。 [2]在用电饼铛加热食物的过程中，食物从电饼铛上吸收热量，温度升高，是通过热传递改变食物的内能。 [3]半导体材料具有单向导电性，所以制造发光二极管的主要材料是半导体材料。 【变式1-1】将规格都是“220V　100W”的一台电风扇和一床电热毯，接入家庭电路中，通电时间相同，下列说法正确的是（　　） A．电风扇产生的热量多 B．电热毯产生的热量多 C．二者产生的热量一样多 D．无法比较二者产生的热量 【答案】B 【详解】由题意知，两种用电器的额定电压都是220V，额定功率都是100W；而家庭电路电压是220V，把这两个用电器接入家庭电路，用电器都正常工作，则其实际功率相同都等于额定功率，即 P实=P额=100W由W=Pt可知，两个用电器工作时间t相等，则两个用电器消耗的电能相同。由于电风扇工作时，主要把电能转化为机械能，产生的热量很小；电热毯工作时电热丝几乎把电能全部转化为内能，所以产生热量最多的是电热毯。 故选B。 【变式1-2】如图所示，是某型号的浴室防雾镜，防雾镜的背面粘贴有等大的电热膜，通电后镜面受热，使凝结在镜面的小水珠迅速 （填物态变化名称），起到防雾作用，该过程利用了电流的 效应。 【答案】 汽化 热 【详解】[1]小水珠吸收热量，由液态转化为气态，该过程称为汽化。 [2]电流具有热效应，电阻丝产生热量，温度升高，镜面受热，温度高于凝结在镜面的小水珠。 知识点2 实验探究电流通过导体产生的电热与哪些因素有关 1、实验目的、原理、方法 （1）实验目的：探究电流通过导体产生的电热与哪些因素有关； （2）实验原理：根据U形管液体升高高度来判断电流通过电阻丝通电产生电热的多少； （3）实验方法：控制变量法、转换法。 2、实验器材及图像：密闭容器两个、U形管两个、导线若干、不同阻值电阻丝若干、电源。 3、电流产生的热量与电阻的关系 （1）实验步骤 步骤①如图甲所示，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。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边容器中的电阻比较大； 步骤②两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过两段电阻丝的电流相同。通电一定时间后，比较两个U形管中液面高度的变化； 步骤③整理实验器材。 （2）实验结论：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。 4、电流产生的热量与电流的关系 （1）实验步骤 步骤①如图乙所示，两个密闭容器中的电阻一样大，在其中一个容器的外部，将一个电阻和这个容器内的电阻并联，因此通过两容器中电阻的电流不同； 步骤②通电时间相同的情况下，观察两个U形管中液面高度的变化； 步骤③整理实验器材。 （2）实验结论：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。 【典例2-1】如图，甲、乙是“探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气。下列分析正确的是（　　） A．通过U形管两侧液面高度差反映电流通过导体产生热量的多少，利用了等效替代法 B．甲实验通电一段时间后，右侧容器内空气吸收的热量更多 C．乙实验探究的是电流通过导体产生的热量与电阻的关系 D．乙实验通电一段时间后，左侧容器内电阻产生的热量与右侧容器内电阻产生的热量之比为2∶1 【答案】B 【详解】A．根据转换法知道，通过U形管两侧液面高度差反映电流通过导体产生热量的多少，故A错误； B．甲装置中，两电阻串联，通过的电流和通电时间相同，而电阻不同，根据转换法，右侧容器内空气吸收的热量更多，故B正确； C．乙装置中，右侧两电阻并联后再与左侧电阻串联，容器内两电阻大小相等，根据并联和串联电路电流的规律，通过左侧容器中电阻的电流大于通过右侧容器中电阻的电流，而通电时间相同，故乙实验可以研究电流产生的热量与电流的关系，故C错误； D．乙实验中，右侧两等值电阻并联，由并联电路电压的规律和欧姆定律知道，通过右侧两电阻的电流相等，根据串联电路电流的规律结合并联电路电流的规律，可知通过左侧容器的电流是通过右侧容器内电阻电流的2倍，由焦耳定律Q=I2Rt知道，在电流电阻和通电时间不变时，产生热量与电流的平方成正比，故通电一段时间后，左侧容器内电阻产生的热量与右侧容器内电阻产生的热量之比为4∶1，故D错误。 故选B。 【典例2-2】如图是小明为探究“电流产生的热量与哪些因素有关”设计的实验装置。小明要探究电流产生的热量与电阻的关系，应该选择实验装置 ；小明用乙实验装置正确的完成了相关因素的实验探究，接着将电阻a的换为阻值10Ω定值电阻，用新装置进行实验探究，可以探究“电流产生的热量与 的关系”。 【答案】 甲 电流 【详解】[1][2]探究电流产生热量跟电阻关系时，控制通电时间和电流不变，应该选择实验装置甲，接着将电阻a的换为阻值10Ω定值电阻，此时控制电阻和通电时间不变，探究电流产生热量跟电流关系。 【典例2-3】实验小组想探究“电流通过导体产生的热量与什么因素”有关，设置的实验装置如图甲、乙所示，然后将装置两侧的线头与电源连接起来。甲、乙两装置中的两个透明容器中密封着等量空气。 (1)在实验中电流产生多少热量是通过观察 来体现的。这种用能直接观测的量来显示不容易被直接观测的量的实验方法叫 ； (2)图甲为了探究电流产生的热量与 的关系； (3)图乙中加热一段时间后左右两侧U形管液面高度差如图所示，由此可以得到结论导体电阻与通电时间一定时，通过导体的 越大产生的热量越多。 【答案】(1) U形管液面高度差 转换法 (2)电阻 (3)电流 【详解】（1）[1][2]实验中，电流通过导体产生的热量不同，与密封容器相连的U形管两侧的液面高度差不同，所以通过U形管两侧液面高度差来反映电流产生热量的多少，这是转换法的应用。 （2）图甲中，两个阻值不同的电路串联在电路中，通过两个电阻的电流相同，所以探究的是电流产生的热量与电阻的关系。 （3）图乙中，右侧容器内的电阻与一个电阻并联后，再与左侧阻值相同的电阻串联，则通过两个容器内的电阻的电流不同，据并联电路的电流特点知，通过左侧容器内电阻的电流比右侧的大，且左侧U形管两侧液面的高度差大，所以可得：导体电阻与通电时间一定时 ，通过导体的电流越大，产生的热量越多。 【变式2-1】如图是“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，U 形管中液面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．通电后，电阻丝内能增大方式和容器中空气内能增大方式是相同的 B．乙图中实验装置探究的是电流产生热量的多少与电阻的关系 C．U形管中液面高度发生变化是因为U形管中液体的热胀冷缩造成的 D．通电后，乙图左、右容器中电阻丝的发热功率之比是9：4 【答案】D 【详解】A．通电后，通过电阻丝的电流做功，将电能转化为内能，是通过做功增大内能，而容器中空气内能是通过热传递增大的，故A错误； B．装置乙中右侧容器中5Ω的电阻与容器外的10Ω电阻并联后再与左侧容器中的5Ω电阻串联，右侧容器中5Ω的电阻处在支路上，左侧容器中5Ω的电阻处在干路上，所以左右两个容器内电阻的电流不同，电阻相同，根据控制变量法可知乙图中实验装置探究的是电流产生热量的多少与电流的关系，故B错误； C．通电后，透明容器中电阻丝的电流做功，将电能转化为内能，空气的内能增加，温度升高，空气的体积膨胀，会引起U形管液面高度变化，故C错误； D．装置乙中右侧容器中的5Ω电阻与容器外10Ω的电阻并联后再与左侧容器中5Ω的电阻串联，根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，右侧容器的内外两个电阻阻值之比为1∶2，根据并联电流规律可知电流之比为2∶1，所以左右两个容器内电阻的电流之比为3∶2，根据可知，通电一段时间后左右两边容器内电阻产生的热量之比是9∶4。故D正确。 故选D。 【变式2-2】某兴趣小组用如图甲所示的装置探究“电流通过导体产生热量与哪些因素有关”。实验中Ra＝5Ω，Rb＝10Ω，分别密封在装有等量空气的相同瓶内，细玻璃管内有等高的相同液柱，该实验探究的是电流产生的热量与的 关系。Ra与Rb产生的热量之比为 。如图乙所示玻璃管内液柱的高低是由 （选填“瓶内的空气”或“玻璃管内的液体”）热胀冷缩导致的。 【答案】 电阻 1∶2 瓶内的空气 【详解】[1]如图甲所示，电流相同，根据控制变量法，实验中除了电阻不同外，其它条件均相同，所以该实验探究的是电流产生的热量与电阻的关系。 [2]Ra与Rb产生的热量之比为 [3]如图乙所示装置，加热时主要是对瓶内的空气进行加热，瓶内气压升高，所以，液柱的变化是由瓶内的空气热胀冷缩导致的。 【变式2-3】如图是探究“电流通过导体时产生热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气。 (1)实验中通过观察两个U形管中 的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少； (2)甲装置可探究电流产生的热量与 的关系，通电一段时间后， （选填“左”或“右”）侧容器中U形管中液面的高度差大； (3)乙装置可探究电流产生的热量与 的关系，电阻的作用主要是 ； (4)如果乙装置中发生了断路，则左侧容器中电阻丝的发热功率将 （选填“变大”、“变小”或“不变”）； (5)利用甲装置还可以研究电压一定时，电流通过导体时产生热量与电阻的关系。可将甲装置做如下改动：将接在B接线柱上的导线改接在A处，再取一根导线连接在 两个接线柱之间即可。 【答案】(1)液面高度差 (2) 电阻 右 (3) 电流大小 使通过和的电流不相等 (4)变小 (5)BD 【详解】（1）电流通过电热丝产生热量的多少不能直接观察，电热丝产生的热量被容器内空气吸收，各个容器内空气的温度变化可以通过U形管中液面高度差的变化来反映。 （2）[1]在甲装置中，将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过它们的电流与通电时间相同，故该实验是探究电流通过导体产生的热量与导体的电阻的关系。 [2]通电一段时间，因为右边容器的电阻10Ω大于左边容器的电阻5Ω，根据可知右边产生的热量多，右侧容器中U形管中液面的高度差大。 （3）[1]乙装置中，通过R1、R2的电流不同，但二者阻值相同，又因通电时间一定，故研究电流产生热量与电流大小的关系。 [2]为使R1、R2的电流不同，可将R3与R2并联。 （4）乙装置中R3发生断路，则右侧的电阻变大，根据串联电路的电阻关系可知电路的总电阻增大，根据欧姆定律可知，电路中的电流减小，根据公式可知，电阻丝R1的发热功率将变小。 （5）利用甲装置还可以研究电压一定时，电流通过导体时产生热量与电阻的关系，应将两电阻丝并联，所以将接在B接线柱上的导线改接在A处，再取一根导线在BD两个接线柱之间即可。 知识点4 焦耳定律的定义和应用 1、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，这个规律叫焦耳定律。 2、公式：Q=I2Rt，公式中的电流I的单位要用安培（A），电阻R的单位要用欧姆（Ω），通过的时间t的单位要用秒（s）这样，热量Q的单位就是焦耳（J）。 3、变形公式：，Q=UIt。 4、在纯电阻电路中，电能全部转化为热能，电功等于电热，即W=Q；在非纯电阻电路中，电能大部分转化为其他能，已小部分转化为热能，电功大于电热，W=Q+W其他。 5、探究电热与哪些因素有关：①怎样用转换法体现电热：用温度计升高的度数；用细管内液柱升高的高度；用气球膨胀的大小；②怎样用控制变量法研究与电阻的关系：串联时控制电流和通电时间一定，并联时控制电压与通电时间一定。 6、焦耳定律在实际中的应用 （1）纯电阻电路：纯电阻电路就是除电源外，只有电阻元件的电路，或有电感和电容元件，但它们对电路的影响可忽略．电压与电流同频且同相位．电阻将从电源获得的能量全部转变成内能，这种电路就叫做纯电阻电路．　基本上，只要电能除了转化为热能以外没有其他能的转化，此电路为纯电阻电路。 （2）焦耳定律的推导公式：，Q=UIt，适用范围，纯电阻电路。 （3）电热器的“双挡”问题 ①“双挡”中的电阻：电热器通常设计有“高温挡”和“低温挡”。根据可知，当U一定时，电阻越大，电功率越小；电阻越小，电功率越大，所以高温挡总电阻最小，低温挡总电阻最大。 ②“双挡”的控制开关 a短路式：两个电阻串联，把开关与其中一个电阻并联，如下图所示。 当闭合开关时，有一个电阻短路，只有一个电阻工作，此时为高温挡；当断开开关时，两电阻串联，电阻大一些，电热器的功率小一些，此时为低温挡； b单刀双掷式：主要工作电阻放在干路上，一条支路用导线，一条支路连接在附加电阻上，如下图所示。 当开关掷向附加电阻的支路时，两电阻串联，为低温挡；当开关掷向导线支路时，只有主要工作电阻工作，此时为高温挡。 ※注意：电流通过电动机做功消耗的电能，一部分转化为机械能，另一部分是转化为内能，也就是W≠Q．那么，用来计算电功的公式W=UIt不能用来计算电热，电热智能用焦耳定律Q=I2Rt来计算。 7、焦耳定律的计算公式及其应用 （1）公式：Q=I2Rt。 Q表示电热，单位是焦耳J。 I表示电流，单位是安培A。 R表示电阻，单位是欧姆Ω。 t表示时间，单位是秒s。 （2）推导式：和Q=UIt。（仅适用于纯电阻电路） （3）电热与电能的关系：纯电阻电路时Q=W；非纯电阻电路时Q＜W。 （4）电热与电功的关系 应用公式 电功 电功率 焦耳定律 适用范围 基本公式 W=UIt P=UI Q=I2Rt 普遍适用 导出公式 =I2Rt  =I2R =UIt  纯电阻电路W=Q （5）公式Q=I2Rt是电流产生热效应的公式，与W=UIt不能通用．W=UIt是电流做功的计算公式，如果电流做功时，只有热效应，则两公式是等效的；如果电流做功时，同时有其他能量转化，像电动机工作时，电能既转化为热能，也转化为动能，则Q=I2Rt只是转化为电热的部分，W=UIt则是总的电功，只有对纯电阻电路才有W=Q，对非纯电阻电路Q＜W。 【典例3-1】关于电流通过导体时产生的热量，以下说法正确的是（　　） 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 【答案】D 【详解】A．没有说明控制电流一定，故缺少条件，结论不一定正确，故A错误； B．没有说明控制电压一定，故缺少条件，结论不一定正确，故B错误； C．此公式是导出式，只能说明电热在数值上等于电流、电压、时间的乘积，与电阻是否有关要看定义式，故C错误； D．电流、时间一定时，电热与电阻成正比，故D正确。 故选D。 【典例3-2】如图甲所示，电源电压不变，将小灯泡和电阻接入电路中，只闭合开关时，小灯泡的实际功率为。图乙是小灯泡和电阻的图象。只闭合开关时，的电阻为 ；再闭合开关后，在内电阻产生的热量是 。 【答案】 4 48 【详解】[1]只闭合开关时，电路为小灯泡的简单电路，小灯泡的实际功率为，根据图乙可知，小灯泡两端电压为2V，通过小灯泡的电流为0.5A；所以，只闭合开关时，的电阻为 [2]再闭合开关后，小灯泡和定值电阻R并联，则R两端电压也为2V，由图乙可知，通过R的电流为0.2A，R的阻值为 在内电阻产生的热量是 【典例3-3】如图所示，电源电压恒定不变，灯L标有“6V，3W”字样，滑动变阻器R上标有“8Ω，3A”字样；当S闭合，S1、S2断开，滑片P滑到中点时，灯L正常发光；求： (1)小灯泡正常发光时的电流； (2)当S闭合，S1、S2断开，滑片P滑到中点时，滑动变阻器R消耗的电功率； (3)保持滑片P的位置不变，再闭合S1、S2，电流表的示数为2.5A，则定值电阻R0在5min内产生的热量？ 【答案】(1)0.5A； (2)1W； (3)1200J 【详解】（1）小灯泡正常发光时的电流 （2）当S闭合，S1、S2断开，电路为灯泡与滑动变阻器串联的电路。滑片P滑到中点时，灯L正常发光，此时电路中的电流为0.5A，灯两端的电压为6V，滑动变阻器连入电路的阻值为4Ω，串联电路电流相等，故滑动变阻器消耗的电功率为 电源电压 （3）保持滑片P的位置不变，再闭合S1、S2，灯被短路，R0与滑动变阻器R并联，电流表测干路中的电流。通过滑动变阻器的电流 通过R0的电流 由欧姆定律得R0的阻值 定值电阻R0在5 min内产生的热量 【变式3-1】如图所示的是某型号电暖气的简化电路图，其中R1、R2为加热电阻丝，R1=55Ω，R2=44Ω。该电暖气工作时分高温、中温、低温三挡。下列说法中正确的是（　　） A．若要使电暖气在“低温挡”工作，只需要闭合开关S2 B．电暖气在“中温挡”正常工作时功率为880W C．电暖气在“高温挡”正常工作5min，电路产生的热量为5.94×105J D．闭合开关S1、S2时，通过R1、R2的电流之比为5∶4 【答案】C 【详解】AB．当开关闭合、断开时，只有工作，当开关闭合、断开时，只有工作，当开关、都闭合时，、并联；根据并联电路的电阻特点可知，当开关、都闭合时，、并联，电路中的总电阻最小，由可知，电路中的总功率最大，电暖气处于高温挡；由于，所以，当开关闭合、断开时，只有工作，电路中的总电阻最大，总功率最小，电暖气处于低温挡，当开关闭合、断开时，只有工作，电暖气处于中温挡，所以电暖气在“中温挡”正常工作时，接入电路的电阻丝阻值为，电功率 故AB错误； C．当开关、都闭合时，、并联，电路中的总功率最大，电暖气处于高温挡；高温挡的电功率 电暖气在“高温挡”正常工作5分钟，电路产生的热量 故C正确； D．闭合、时，、并联，根据并联电路的特点可知，、两端的电压相等，都等于电源电压，通过、的电流之比 故D错误。 故选C。 【变式3-2】如图所示为某家用电热水器工作电路简化图，其中发热电阻，，通过开关通断可实现高中低三挡位加热。当开关、闭合时，电热水器为 挡位；高挡位正常工作100秒放出热量为 。 【答案】 低 2.42×105 【详解】[1]当开关、闭合时，电路的总电阻最大，由可知电路的总功率最小，处于低挡位。 [2]当三个开关都闭合时，两个电阻并联，电路的总电阻最小，由可知电路的总功率最大，处于高温挡，高挡位正常工作100秒放出热量为 【变式3-3】如图甲所示是围炉煮茶时用的电围炉，电围炉内部简化电路如图乙所示，其额定电压为220V，R1是标有“10A 48Ω”的滑动变阻器，R2是电热丝。闭合开关S，调节滑片P可以改变R2的发热功率，当P在最下端时，R2的发热功率最大，为1210W。求：    (1)电热丝R2的电阻； (2)通过电围炉的最小电流； (3)电热丝R2的最小发热功率。 【答案】(1)40Ω (2)2.5A (3)250W 【详解】（1）由图乙可知，闭合开关后，R1和R2串联，当R1的滑片在最下端时，R1短路，只有R2接入电路，此时R2的发热功率最大，则根据可得 （2）当R1的滑片在最上端时，R1接入电路中的阻值最大，电路中的总电阻最大，电流最小，因此通过电围炉的最小电流 （3）电热丝R2的最小发热功率 P2min=Imin2R2=(2.5A)2×40Ω=250W 一、单选题 1．以下关于物理知识的几个选项中，正确的是（　　） A．电视机的后盖有很多孔是为了防止电流的热效应带来的危害 B．拦河大坝的截面上窄下宽呈梯形，应用了连通器原理 C．原子的原子核由电子和中子构成 D．冬天手冷向手“哈气”是用做功的方法改变物体的内能 【答案】A 【详解】A．电流具有热效应，电视机的后盖有很多孔是为了帮助散热，防止电流的热效应带来的危害，故A正确； B．由于液体越深，液体产生的压强越大，因此拦河大坝的截面上窄下宽呈梯形，故B错误； C．原子核由质子与中子组成，原子由原子核和电子组成。故C错误； D．冬天手冷向手“哈气”是用热传递的方法改变物体的内能，故D错误； 故选A。 2．如图甲所示是额定电压为12V的小灯泡L的I﹣U关系图象，L与电阻R接入图乙所示的电路中。只闭合开关S，电流表的示数为0.3A，再闭合开关S1，电流表的示数0.9A。下列说法正确的是（　　） A．此时小灯泡的电阻是30Ω B．电路的电源电压是12V C．整个电路的消耗的电功率是3.6W D．通电10s电阻R产生的热量是36J 【答案】D 【详解】AB. 只闭合开关S，灯L单独接入电路，电流表测量通过灯的电流为0.3A，由图甲可知，此时灯两端电压为6V，即电源电压为6V，灯的电阻为 故AB错误； C. 同时闭合开关S、S1，定值电阻和小灯泡并联，电流表测量干路电流为0.9A，整个电路的电功率为 P=UI=6V×0.9A＝5.4W 故C错误； D. 由并联电路电流的规律知通过定值电阻R的电流为 IR＝I﹣IL＝0.9A﹣0.3A＝0.6A 通电10s电阻R产生的热量是 Q =W=UIRt=6V×0.6A×10s=36J 故D正确。 故选D。 3．如图所示，电源电压恒定不变，电阻R1和R2分别浸没在初温相同的等量“红色热消失”液体中（温度越高，液体颜色越浅）。通电1min，R2对应的液体的颜色比R1浅，下列说法正确的是（　　） A．电阻R1<R2 B．电压U1>U2 C．电流I1<I2 D．热量Q1>Q2 【答案】A 【详解】由图可知，电阻R1和R2串联，串联电路中电流处处相等，因此电流I1=I2。由题意可知，温度越高，液体颜色越浅，通电1min，R2对应的液体的颜色比R1浅，说明R2产生的热量大于R1产生的热量，即。由可知，，由可知，。故A正确，BCD错误。 故选A。 4．如图甲所示的电路中，电源电压保持不变，闭合开关S后，滑片P从b端移动到a端的过程中，电压表示数U与电流表示数I的关系图像如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．R1两端的电压与通过R1的电流成反比 B．电源电压为8V C．当滑片P在b端时，通电10s，R1产生的热量为8J D．滑动变阻器是通过改变接入电路中电阻丝的横截面积来改变电阻大小的 【答案】C 【详解】A．由欧姆定律可知，当电阻一定时，通过导体的电流与其两端的电压成正比，即通过的电流与R1两端的电压成正比，故A错误； B．由图甲可知，R1、R2串联，电压表测R2两端电压，当滑片在b端时，R2接入电路的电阻最大，电路中总电阻最大，电流最小，为0.2A，根据串联分压原理，此时R2两端电压最大，为8V，当滑动变阻器滑片在a端时，只有R1接入电路，此时电路中电阻最小，电流最大，为0.6A，因电源电压不变，则    ①    ② 由①②可得 ， 故B错误； C．当滑片P在b端时，R2接入电路的电阻最大，电路中总电阻最大，电流最小，为0.2A，通电10s，R1产生的热量为 故C正确； D．滑动变阻器在使用时，通过移动滑片改变接入电路中电阻丝的长度，从而改变电阻大小，故D错误。 故选C。 5．如图，电路中标有“3V 2W”的灯泡L1和标有“3V 1W”的灯泡L2灯以及滑动变阻器R串联，电源电压恒为6V，不考虑灯丝电阻的变化。下列说法正确的是（　　） A．闭合开关S，通过两灯泡的电流之比是2∶1 B．保证两灯安全的情况下，通电1min电路产生的热量最多是180J C．保证两灯安全的情况下，滑动变阻器R连入电路的最小值为4.5Ω D．滑片P从最左端向右端移动；使其中一盏灯泡刚好正常发光，则另一盎灯的实际功率为1W 【答案】C 【详解】A．串联电路电流处处相等，所以通过两灯泡的电流之比是1：1，故A错误； BCD．灯泡L1的额定电流 灯泡L2的额定电流 灯泡L1的正常发光时的电阻 灯泡L2的正常发光时的电阻 由于灯泡L1的额定电流I额1大于灯泡L2的额定电流I额2，所以当其中一灯正常发光时，正常发光的灯泡是L2，根据串联电路电流规律可知，此时通过灯泡L1的电流 灯泡L1两端的电压 灯泡L1的实际功率 在电路安全情况下，电路中的最大电流为，当灯泡是L2正常发光时，灯泡L1两端的电压 此时滑动变阻器两端的电压 滑动变阻器连入电路中的最小阻值 保证两灯安全的情况下，通电1min电路产生的热量最多 故C正确，BD错误。 故选C。 6．如图所示，电源电压6V不变，小灯泡标有“6V 3W”，滑动变阻器标有“20Ω 1A”，电流表所接量程为“0～0.6A”，电压表所接量程为“0～3V”，不考虑温度对灯丝电阻的影响．闭合开关，为保证电路安全，下列正确的是（　　） A．电路中允许通过的最大电流为1A B．小灯泡的最小功率为0.75W C．小灯泡正常发光5min，灯泡产生的热量为15J D．滑动变阻器可以接入电路的阻值为0～20Ω 【答案】B 【详解】A．由P=UI可得，灯L的额定电流 因串联电路中各处的电流相等，且电流表的量程为0~0.6A，滑动变阻器允许通过的最大电流为1A，所以，电路中的最大电流为I大=0.5A，故A错误； B．当电路中的电流最小时，灯泡的电功率最小，小灯泡的最小功率 故B正确； C．小灯泡正常发光5min，产生的热量为 故C错误； D．电路中电流最大时，灯泡两端的电压达到额定电压，也是电源的电压，所以，滑动变阻器接入电路中的最小阻值为0Ω，由可得，灯泡的电阻 当电压表的示数UR=3V时，电路中的电流最小，滑动变阻器接入电路中的电阻最大，此时灯泡两端的电压 电路中的电流 滑动变阻器接入电路中的最大阻值 所以，滑动变阻器R允许接入电路中的阻值范围是0~12Ω，故D错误。 故选B。 二、填空题 7．1841年英国物理学家 通过实验得出电流通过导体时将电能转化为内能的规律，即焦耳定律。该规律的内容是：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；表达式为 。 【答案】 焦耳 电流的二次方 电阻 通电时间 Q=I2Rt 【详解】[1][2][3][4][5]1841年英国物理学家焦耳通过实验得出电流通过导体时将电能转化为内能的规律—焦耳定律。该规律的内容是：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；表达式是Q=I2Rt。 8．冬天人们常用的一种电热暖手宝，电热暖手宝工作时利用了电流的 效应，其内部液体通常采用水，这是利用水的 较大的特性，为了使用时更加安全，它的内部采用了双重温控保护开关，当温度过高时自动切断电路，两个温控开关应是 （选填“串联”或“并联”）起来使用的。 【答案】 热 比热容 串联 【详解】[1]电热暖手宝工作时，把电能转化为内能，所以电热暖手宝是利用电流的热效应工作的。 [2]因为水的比热容较大，相同质量的水和其它物质比较，升高或降低相同的温度，由可知，水吸收或放出的热量多，所以电热暖手宝内部液体通常采用水。 [3]电热暖手宝采用双重温控保护开关，两个开关相互影响的，只有同时闭合才行，故应该是串联。 9．如图甲所示的煎饼锅具有高温和低温两个挡位，图乙是其内部简化电路图。当处于高温挡时，煎饼锅的加热功率为，则R1= ；处于低温挡时，煎饼锅的工作电流为1A，通电1min产生的热量为 J。 【答案】 51.6 13200 【详解】[1]由图乙可知，当两个开关都闭合时，电阻R2短路，电路只有R1，此时电路中电阻小，根据可知功率大，即为高温挡，则R1的电阻为 [2]当开关S1闭合，S2断开时，两个电阻串联，电路中电阻最大，根据可知功率小，即为低温挡，则通电1min产生的热量为 10．如图所示，是某种电热器的电路图，电源电压220V，的阻值分别为110Ω、220Ω，通过旋转扇形开关S，接触不同触点，实现高温、中温、低温三个挡位的转换，若开关S的触点b接触点c，此时电热器处于 挡，若在高温挡正常工作1min产生的热量是 J。 【答案】 低温 【详解】[1]由题意可知，电路电阻的连接有三种情况：R1单独接入电路中、R2单独接入电路中以及两电阻并联在电路中。根据串并联电路的电阻特点和可知，若开关S的触点b接触点c，此时R2单独接入电路中，电路的电阻最大，电功率最小，此时电热器处于低温挡。 [2]当开关S的触点c接触点d时，两电阻并联，电路的总电阻最小，根据可知，电路的电功率最大，此时电热器处于高温挡。根据可得，高温挡的电功率为 若在高温挡正常工作1min产生的热量是 11．导体A和B的I一U图象如图所示，把导体A和B并联在电源两端，干路中的电流是0.6A，则通电1min后导体A产生的热量是 J。 【答案】48 【详解】在并联电路中，各支路两端的电压都等于电源电压，且干路电流等于各支路电流之和。干路电流为0.6A，从图象中，在电压为2V时，导体A的电流为IA=0.4A，导体B的电流为IB=0.2A。这两个电流之和正好等于干路电流0.6A，因此电源电压为2V。根据焦耳定律可得，通电 1min导体A产生的热量 三、实验题 12．如图是探究“电流通过导体时产生热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气。 (1)实验中，通过观察 ，可比较电阻丝产生的热量的多少； (2)甲装置可探究电流产生的热量与 的关系； (3)乙装置中的电阻R3的作用主要是 。 【答案】(1)U形管中液柱的高度差 (2)电阻 (3)使通过R1、R2的电流不同 【详解】（1）利用转换法，通过观察U形管液面高度差，就可比较电阻丝产生的热量的多少。 （2）甲装置中两个电阻串联，当电流和通电时间相等时，探究电流产生的热量与电阻的关系。 （3）乙装置要探究电流产生的热量与电流的关系，所以需要控制电阻和通电时间相同，电流不同，将R3和R2并联，R3可以起分流的作用，使通过R1和R2的电流不相等。 13．如图所示为“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”实验装置。 (1)将、两电阻串联在电路中，目的是 ；两电阻产生热量的多少可以通过观察 来比较； (2)连接好电路后闭合开关，通电一段时间后，可以得出结论： ； (3)家用电暖器，发热管热的发红，而串联的电线却不怎么热，主要是因为发热管的 比电线的大； (4)完成上述实验后，小明同学受到启发，对装置进行改造，准备探究“比较不同物质的吸热能力”的实验，A、B两个电阻丝的电阻应该是 （选填“相同”或“不同”）的； (5)两个烧瓶中分别加入初温相同、 相等的水和煤油，通电一段时间后，煤油的温度更高，说明 （选填“水”或“煤油”）的吸热能力更强。 【答案】(1) 控制电流和通电时间相等 温度计升高的温度 (2)在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多 (3)电阻 (4)相同 (5) 质量 水 【详解】（1）[1]串联电路电流处处相等，将RA、RB两电阻串联在电路中，目的是为了控制通过两电阻的电流和通电时间相等。 [2]电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，根据转换法，实验中通过观察温度计升高的温度来反映电阻产生热量的多少。 （2）图甲中两不同的电阻串联，两电阻的电流和通电时间相同，可以得出的结论是：在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。 （3）电线的电阻远小于发热管的电阻，发热管和电线串联，通过的电流相等，由可知，相同时间，电流通过电线产生的热量较少，电流通过发热管产生的热量比较多，故家用电暖器，发热管热的发红，而串联的电线却不怎么热。 （4）为保证不同物质相同时间吸收相同的热量，需要让甲、乙两个电阻丝相同时间放出相同的热量，由可知，甲、乙两个电阻丝的阻值必须相同。 （5）[1]比较不同物质的吸热能力，要控制不同物质的质量相等，故两个烧瓶中分别加入初温相同、质量相等的水和煤油。 [2]两个烧瓶中分别加入初温相同、质量相等的水和煤油，通电一段时间后，由可知，两个电阻丝放出的热量相同，水和煤油吸收的热量也相同，煤油的温度更高，即煤油升高的温度更高，由可知，水的比热容更大，即水的吸热能力更强。 四、计算题 14．当空气湿度比较低时，很多人家里都会使用电热加湿器（如图甲），其工作原理如图乙，电热加湿器的电热丝浸没在加热仓的水中产生热量，使加热仓中的水沸腾变成水蒸气喷出；当加热仓中的水减少到一定程度时，自动阀门智能打开。 工作电压/V 220 工作频率/Hz 50 最大运行功率/W 40 储水箱容量/L 2.4 气雾调节器最大电阻/Ω 990 (1)当电热加湿器以最大运行功率工作时，电热丝R1的阻值为多大？ (2)如果加热仓内冷水的温度为20℃，用最大运行功率正常工作，经过5min36s恰好使水沸腾产生水蒸气，求加热仓中水的质量？假设电热丝R1产生的热量全部被水吸收，当地气压为1标准大气压，水的比热容为 (3)电热加湿器以最低气雾量工作时，求气雾调节器R2消耗的电功率？ 【答案】(1)1210Ω (2)0.04kg (3)9.9W 【详解】（1）当气雾调节器R2的滑片移到最左边时，它接入电路中的电阻为0，电路为R1的简单电路，加湿器以最大运行功率工作，由表格数据可知，加湿器的最大运行功率，由可得电热丝R1的阻值为 （2）电阻丝R1产生的热量 水吸收的热量 由可得加热仓中水的质量 （3）当滑片移到最右端时，接入电路中的电阻最大，此时R1与R2串联，加湿器以最低气雾量工作，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，电路中的电流为 此时气雾调节器R2消耗的电功率 15．小明想利用家用汽车12V的点烟器为电源设计一款车载电热杯，其电路如图所示：开关S控制电热杯可处于“加热”或“保温”状态。加热电阻丝、阻值均为2.4Ω。求： (1)电路处于保温状态时，电路的电流； (2)电路在加热状态下，每分钟所产生的热量；这些热量最多可使0.3kg的茶水升高的温度；［］ (3)在调试时小明发现，水杯给水加热的实际升温较慢，于是他想把加热的功率调为原来4倍。在只增加或更换一个元件的条件下，请你通过计算，设计出一种可行的办法，使加热的功率调为原来4倍。 【答案】(1)2.5A (2)3600J，3℃ (3)见解析 【详解】（1）当S接1时，电路处于保温状态时，串联，电路总电阻为 电路的电流 （2）电路在加热状态下，每分钟所产生的热量 这些热量最多可使0.3kg的茶水升高的温度 （3）方法一： 原加热的功率，加热的功率调为原来4倍，在电压不变的条件下，可将电阻变为原来的，即将换成阻值为0.6Ω的加热电阻丝。 方法二： 原加热的功率，加热的功率调为原来4倍，即，则加热的功率增加了 电压一定时 即可以将一个0.8Ω加热电阻与并联。 方法三： 原加热的功率，调为原来4倍，即，在电阻不变的条件下，可得 所以可以将电源电压改成24V。 16．在如图所示的电路中，灯泡L标有“6V，3W”字样，电源电压及灯泡电阻均保持不变，滑动变阻器最大阻值为48Ω。求： (1)灯泡的电阻。 (2)当S、S1都闭合，滑片P移动到最左端时，灯泡L正常发光，电流表示数为1.1A，求R0的阻值。 (3)当S闭合、S1断开，且滑片P移动到中点时，通电1min电路产生的总热量。 【答案】(1)12Ω (2)10Ω (3)63.5J 【详解】（1）由可知，灯泡的电阻 （2）由图可知，当S、S1都都闭合，滑片P移动到最左端时，电阻R0与灯泡L并联，由于灯泡L正常发光，所以灯泡两端的电压为6V，根据并联电路的电压特点可知，电源电压 由可知，通过灯泡的电流 根据并联电路的特点可知，通过R0的电流 根据欧姆定律可知，R0的阻值 （3）当S闭合、S1断开，且滑片P移动到中点时，R0与滑动变阻器串联，根据串联电路的电阻特点可知，电路中的总电阻 通电1min电路产生的总热量 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$