专题五 电功率的测量方法 焦耳定律【考点串讲】-2024-2025学年九年级科学上学期期末考点大串讲（浙教版）

期末复习·考点清单 九年级科学上册 •浙教版 专题五 电功率的测量方法 焦耳定律 01 02 03 方法模型归纳 易错题精炼 知识清单 目 录 04 巩固提升 知识清单 01 知识点一 测量小灯泡电功率 一、用电流表、电压表测量小灯泡电功率（伏安法） 1.伏安法测量小灯泡的电功率 实验目的 用电流表和电压表测量小灯泡的额定功率和实际功率 实验原理和方法 （1）原理：P=UI。 （2）根据电功率的计算公式P=UI，用电压表测量小灯泡两端电压，用电流表测通过小灯泡的电流，就可以求出小灯泡的电功率。 实验器材 两节电池、滑动变阻器、电压表、电流表、小灯泡一个（额定电压2.5V）、灯座、开关、导线 实验电路图和实物图 甲 乙 知识清单 01 知识点一 测量小灯泡电功率 一、用电流表、电压表测量小灯泡电功率（伏安法） 1.伏安法测量小灯泡的电功率 实验步骤 （1）根据实验要求，设计电路，画出电路图（如图甲所示）。 （2）按照图甲所示电路图连接实物电路，如图乙所示。在开关闭合之前，将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处（保护电路）。 （3）检查连接无误后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数等于小灯泡的额定电压，观察此时小灯泡的发光情况，记下此时电压表和电流表的示数，填在实验数据记录表中。 （4）调节滑动变阻器的滑片（改变小灯泡两端电压，实现多次测量），使小灯泡两端电压低于额定电压，观察此时小灯泡的发光情况与在额定电压下的发光情况有什么不同，记下此时电压表和电流表的示数，数据记录表中。 （5）调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数约为额定电压的1.2倍，观察此时小灯泡的发光情况与在额定电压下的发光情况有什么不同，记下此时电压表和电流表的示数，数据记录表中。 （6）实验结束后，断开开关，将连接电路的导线拆开，并整理好实验器材。 （7）根据测出的三组数据（不是为了求平均值，而是为了得到不同电压下的实际功率），计算出小灯泡在不同发光情况下的电功率，并填在实验数据表中。 知识清单 01 知识点一 测量小灯泡电功率 一、用电流表、电压表测量小灯泡电功率（伏安法） 1.伏安法测量小灯泡的电功率 实验数据记录表 实验次数 电压U/V 电流I/A 电功率P/W 小灯泡的亮度 1 2.5 0.24 0.6 正常 2 2.0 0.20 0.4 较暗 3 3.0 0.28 0.84 较亮 分析论证 （1）分析表格中的实验数据后，发现小灯泡两端的实际电压越高，小灯泡电功率越大，小灯泡越亮。 （2）小灯泡的亮度时由它的实际功率决定的。 （3）小灯泡的实际电功率有多个，额定功率只有一个。 实验结论 当U实=U额时，P实=P额，小灯泡正常发光，测得P额=0.6W。 当U实<U额时，P实<P额，小灯泡发光较暗。 当U实>U额时，P实>P额，小灯泡发光较亮。 知识清单 01 知识点二 焦耳定律 一、电流的热效应 1.电流的热效应 由于导体有电阻，所以当有电流通过导体时，导体总会发热，将电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应。 二、焦耳定律 1.焦耳定律 英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系，从而得到了焦耳定律。 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，跟它的时间成正比。 计算公式 Q=I2Rt（普遍适用） 单位 公式中，Q—表示热量，单位是J；I—表示电流，单位是A；R—表示电阻，单位Ω；t—表示它的时间，单位s。 知识清单 01 知识点二 焦耳定律 2.焦耳定律公式的理论推导 焦耳定律可通过理论推导得出。假设当电流通过导体时，电能全部转化为内能，则有电流产生的热量（Q）=电流做的功（W），结合欧姆定律可得：Q=W=UIt=IR·It=I2Rt。 可见，当消耗的电能全部用来产生热量时，根据电功公式和欧姆定律推导出来的电流发热规律与焦耳定律实验得出的焦耳定律是一致的。 3.理解和应用焦耳定律时应注意的几个问题 （1）焦耳定律Q=I2Rt是由实验总结出来的，只要有电流通过导体，就可以用它来计算导体所产生的热量。 （2）公式中各物理量都是对同一导体或同一段电路而言的。 （3）运用公式时，各物理量要转换成国际单位中的单位后再代入公式进行计算。 方法模型归纳 02 一、测电功率的其他方法：伏阻法 方法模型归纳 02 二、测电功率的其他方法：安阻法 方法模型归纳 02 三、电热器的计算 1、串联电路中的高温挡和低温挡分析 判断电热器高温挡和低温挡的依据是电热器的功率，当电源电压一定时，串联的电阻越多，总电阻越大，总功率越小，温度挡位越小。 2、并联电路中的高温挡和低温挡分析 当电源电压一定时，并联电路中并联的电阻越电阻越小，总功率越大，温度挡位越大。 3、常见电热器类型 串联式   高温档P1= 低温档P2= 并联式   高温档P1= + 低温档P2= 易错题精炼 03 知识点01：电流的热效应与焦耳定律 易借点：忽略电流的热效应和焦耳定律的应用。 正确阐述：电流通过导体时会产生热量，这是电流的热效应。焦耳定律定量描述了电流通过导体产生的热 量与电流、电阻和通电时间的关系(Q=I2Rt)。需理解电流的热效应及其在实际生活中的应用，掌握焦耳 定律的计算方法。 易错题精炼 03 例1．（2023秋•柯桥区期末）如图所示为某手机的充电器，标有“5V，1A”，表示充电电压为5V，最大输出电流为1A。若手机锂电池充满电所储存的电能是1.08×105J，用该充电器充电至少需要 小时才能将这个空的锂电池充满。资料表明，最大输出电流越大，锂电池的充电时间越短；电池发热是影响锂电池使用寿命的主要原因。目前市场上有两种不同的充电器：甲“5V，1A”和乙“5V，2A”，你会选择哪种充电器，并说明理由： 。 易错题精炼 03 【解答】解：根据W＝UIt知，充满电的时间t21600s＝6h； 根据Q＝I2Rt，电池的内阻一定时，电流越大，发热越多，而电池发热是影响锂电池使用寿命的主要原因，因而选择电流较小的甲充电器。 故答案为：6；甲，充电电流较小，产生的热量较少，可以延长电池寿命。 易错题精炼 03 例2． （2021秋•临海市期末）某科技兴趣小组用一个88Ω的电阻R1、开关、导线等器材制作了一个电烤箱，先将电烤箱接入电压为220V的家庭电路，简化电路如甲所示，闭合开关，求   （1）通过R1的电流； （2）R1消耗的电功率； （3）小组发现烤熟蛋糕耗费时间过长，为解决这个问题，小组找来一个相同规格的电阻R2进行改装。 ①你认为应按照图 （选填“乙”或“丙”）进行改装； ②闭合开关S后，通电10min，求改装后电烤箱产生的热量。 易错题精炼 03 【解答】解：（1）通过电阻R1的电流I2.5A （2）R1消耗的电功率P＝UI＝220V×2.5A＝550W （3）①当按图乙方式连接电路时，电路的总功率P并＝2P＝2×550W＝1100W 当按图丙方式连接电路时，电路的总功率P串275W 烤熟相同的蛋糕所需的热量是相同的。根据W＝Pt可得：P并t并＝P串t串，则 即烤熟相同的蛋糕，采用图丙所示方式时所需的时间是采用图乙方式时所需时间的4倍。 ②通电时间为t＝10min＝600s 则这段时间内电烤箱产生的热量为W＝P并t＝1100W×600s＝6.6×105J 易错题精炼 03 例3． （2023秋•鹿城区期末）杭州梅家坞茶叶以自然品质优异而闻名。茶叶杀青是制茶工艺中的一个重要工序，该工序是通过高温破坏和钝化鲜茶青中的氧化酶活性，杀青一定时间后，要降低加热功率，使筒内温度下降。甲图是一种滚筒式茶叶杀青机，乙图是工作原理图，当筒内温度到达限定最高温度时，温控器能自动断电。加热电阻R1阻值为96.8欧、R2阻值为24.2欧。   （1）茶叶中的主要成分茶多酚（化学式为C22H18O11），下列关于茶多酚的叙述正确的是 。 A．茶多酚由C、H、O三种元素组成 B．茶多酚由22个碳原子、18个氢原子和11个氧原子构成 C．茶多酚中碳、氢和氧三种元素的质量比为22：18：11 D．茶多酚的相对分子质量为282g （2）调节切换开关可以使茶叶杀青机处于“关、高温、自动、低温”四种工作状态，则原理图中的切换开关连接触点“ ”时为高温挡。 （3）切换开关打到“3”位置时，求电路工作1分钟消耗的电能。 （4）高温工作状态时，将5千克的茶青由20℃加热到70℃需要多长时间？[电能的60%转化为茶青的内能，不考虑水蒸发，该茶青比热容为3.6×103J/（kg•℃）] 易错题精炼 03 【解答】解：（1）A、茶多酚由C、H、O三种元素组成的，故A正确； B、茶多酚是由茶多酚分子构成的，1个茶多酚分子由22个碳原子、18个氢原子和11个氧原子构成的，故B错误； C、茶多酚中碳、氢和氧三种元素的质量之比为（12×22）：（1×18）：（16×11）≠22：18：11，故C错误； D、相对分子质量单位是“1”，不是“克”，常常省略不写，故D错误。 故选：A； （2）由题意可知，R1＞R2，由P知切换开关连接触点4是关、切换开关连接触点1是高温挡、切换开关连接触点2自动挡、切换开关连接触点3低温挡； 易错题精炼 03 （3）切换开关打到“3”位置时，电路为R1的简单电路，电路工作1分钟消耗的电能： W1＝UI1tt1×60s＝3×104J； （4）茶叶吸收的热量：Q吸＝c茶叶m（t﹣t0）＝3.6×103J/（kg•℃）×5kg×（70℃﹣20℃）＝9×105J； 由η可得消耗的电能：W1.5×106J， 高温工作的功率为：P高2×103W， 由P得需要的加热时间：t′750s。 易错题精炼 03 知识点02：实验探究中的注意事项 易错点：实验电路连接错误或数据处理不当。 正确阐述：在进行与电功率相关的实验时，需确保电路连接正确无误，遵循实验步骤和操作规程。在实验 过程中要注意观察实验现象并记录相关数据以便后续分析处理。数据处理时要注意单位统一和有效数字的 保留规则以避免计算错误。同时要注意实验安全，遵守实验室规章制度。 易错题精炼 03 例4． （2022秋•长兴县期末）空气炸锅是以空气为介质，利用风机和加热管在封闭的小空间内形成高温循环热空气，达到加热食物的目的。如图甲所示为某品牌空气炸锅，其发热元件为两个电阻，R1＝50Ω，R2＝200Ω，额定工作电压为220V，发热部分内部电路可简化为图乙所示电路。请回答下列问题： （1）当开关S1断开，开关S接a时为 挡（选填“高温”、“中温”或“低温”）。 （2）当空气炸锅在高温挡工作时，R1、R2消耗的总功率是多少？ （3）用此空气炸锅加工薯条，原料薯条温度为20℃，炸熟至少需要达到170℃，一次炸熟200g薯条，烹制一次薯条需要10分钟，若该空气炸锅加热效率为75%，则此时炸锅消耗的功率是多大？[c薯条取3.63×103J/（kg•℃）] 易错题精炼 03 【解答】解：（1）当开关S1闭合，开关S接b端时两电阻并联，开关S1闭合，开关S接a时，电路为R2的简单电路，开关S1断开，开关S接a时，两电阻串联； 串联电路总电阻大于任何一个分电阻，并联电路总电阻小于任何一个分电阻， 根据P可知，当开关S1闭合，开关S接b端时，电路消耗的功率最大，空气炸锅处于高温挡，开关S1闭合，开关S接a时，电路消耗的总功率较小，空气炸锅处于中温挡，开关S1断开，开关S接a时，电路消耗的总功率最小，空气炸锅处于低温挡； （2）当空气炸锅在高温挡工作时，R1、R2并联， 则空气炸锅在高温挡工作时，R1、R2消耗的总功率：P高＝P1+P21210W； 易错题精炼 03 （3）薯条质量m＝200g＝0.2kg， 薯条吸收的热量：Q吸＝c薯条m（t﹣t0）＝3.63×103J/（kg•℃）×0.2kg×（170℃﹣20℃）＝1.089×105J， 由η可知，空气炸锅消耗的电能：W1.452×105J， 空气炸锅消耗的功率：P242W。 易错题精炼 03 例5． （2022秋•慈溪市校级期末）晚上睡觉前，小明同学用有预约功能的电饭煲为家人准备第二天早餐粥。他将大米等食材放入电饭煲内，接通220V家庭电路，经过了待机、加热、保温三个过程，吃早餐前断开电源，电饭煲消耗的电功率随时间变化的图像如图甲所示。   （1）加热过程电饭煲消耗的电能是 kW•h。 （2）已知小明家电饭煲加热和保温部分基本电路原理如图乙所示，S1是接通家庭电路的开关，S2是自动开关，R1和R2为电阻不变的电热丝，则当电饭煲处于保温挡时，S1、S2所处的状态是 。 （3）电热丝R2的阻值为多少？ （4）若此电饭煲的加热挡加热效率为84%，将1.5L水从20℃加热至100℃，需要多长时间？ 易错题精炼 03 【解答】解：（1）由图甲可知，0﹣5h这段时间是待机状态，待机功率P待＝44W；5﹣6h为加热状态，加热功率P加＝880W；6﹣7h为保温状态，保温功率P保＝220W， 加热过程的时间t加＝1h，P加＝880W＝0.88kW， 则加热过程消耗的电能：W加＝P加t加＝0.88kW×1h＝0.88kW•h； （2）S1、S2均闭合时，电路为R1的简单电路，总电阻较小，电源电压不变，根据P可知总功率较大，电饭煲处于加热挡； S1闭合、S2断开时，电路中R1、R2串联，总电阻较大，电源电压不变，根据P可知总功率较小，电饭煲处于保温挡； 故当电饭煲处于保温挡时，S1、S2所处的状态是S1闭合、S2断开； 易错题精炼 03 （3）S1、S2均闭合时，电路为R1的简单电路，电饭煲处于加热挡，根据P可知R155Ω； S1闭合、S2断开时，电路中R1、R2串联，电饭煲处于保温挡，根据P可知总电阻R串220Ω， 根据电阻串联的特点可知电热丝R2的阻值R2＝R串﹣R1＝220Ω﹣55Ω＝165Ω。 （4）水的体积：V＝1.5L＝1.5×10﹣3m3； 由ρ可知，水的质量：m＝ρ水V＝1.0×103kg/m3×1.5×10﹣3m3＝1.5kg； 水吸收的热量：Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×1.5kg×（100℃﹣20℃）＝5.04×105J； 由η可知，消耗的电能：W电6×105J； 由P可知，需要的时间：t682s。 故答案为：（1）0.88； 易错题精炼 03 例6． （2023秋•温州期末）秋冬季节，浴室内的镜子上常附有水雾而影响使用。为此，小明想将浴室镜改装为一个自动控温防雾镜。   （1）设计产品。如图甲是小明设计的自动控温防雾镜的结构示意图，如图乙为防雾膜的温控电路原理图。闭合开关S1和S2电磁铁L吸引衔铁使工作电路动触点与静触点接触，防雾膜工作电路启动高发热模式；当控制电路中的电流等于0.02安时，衔铁因电磁铁L吸力变小而弹回，防雾膜工作电路转为低发热模式，实现保温。R是热敏电阻，用以探测镜面温度。由图丙可知，小明选择的热敏电阻R的阻值随温度变化情况是 。 （2）测试产品。测试发现该防雾膜的低发热模式功率为8瓦。若R2的电阻为12欧，则防雾膜在高发热模式下工作1分钟，所产生的热量为多少焦？（写出计算过程） （3）改进产品。小明为了实现镜面温度可调，在图乙的控制电路中串联一个最大阻值为100欧的滑动变阻器，则镜面可调的温度范围为 。（电磁铁线圈电阻忽略不计） 易错题精炼 03 【解答】解：（1）由图可知，热敏电阻R的阻值随温度升高而增大； （2）由图乙可知，工作电路中，当动触点和静触点接触时，R1、R2并联，根据并联电路的电阻特点可知，此时电路中的总电阻最小，由P可知，电路中的总功率最大，防雾膜处于高发热模式； 当动触点和静触点分开时，只有R1工作，电路中的总电阻最大，总功率最小，防雾膜处于低发热模式； 高发热模式下，R2的电功率：P248W； 则高发热模式的总功率：P高＝P低+P2＝8W+48W＝56W， 由P可知，防雾膜在高发热模式下工作1分钟，所产生的热量：Q＝W＝P高t＝56W×1×60s＝3360J； （3）由I可知，控制电路中的电流为0.02A时，控制电路中的总电阻：R总400Ω， 根据串联电路的电阻特点可知，此时热敏电阻R的最小阻值：R小＝R总﹣R滑大＝400Ω﹣100Ω＝300Ω， 此时热敏电阻R的最大阻值：R大＝R总﹣R滑小＝400Ω﹣0Ω＝400Ω， 由图丙可知，镜面的温度变化范围为32℃﹣40℃。 巩固提升 04 1、（2023秋•越城区期末）小明用秒表和如图所示实验装置来探究“影响电流热效应因素”，他将R1、R2两电阻丝密封在两只完全相同的烧瓶内，瓶内装入等质量的煤油。下列说法错误的是（　　）   A．本实验中，电流产生的热量多少通过温度计的示数变化来判断 B．本实验可以探究电流产生的热量与电阻、电流和通电时间的关系 C．烧瓶内选用比热容较小的煤油，可以使实验现象更明显 D．若要比较水和煤油的比热容大小，只需将一个烧瓶内的煤油换成等质量的水即可 巩固提升 04 【解答】解：A、通过温度计示数变化，判断电流产生热量的多少，这种方法是转换法，故A正确； B、该装置中电流和通电时间都相等，但两电阻丝的阻值不同，故可探究电流通过导体产生的热量多少与电阻大小、通电时间的关系，串联电路电流处处相等，故不能探究电流通过导体产生的热量多少与电流大小的关系，故B错误； C、在液体质量相同、吸收热量相同的情况下，比热容小的物质温度要升高的多，所以用比热容小的液体可以使实验现象更明显，故C正确； D、比较水和煤油的比热容大小时，要使它们在相同的时间内吸收相同的热量，所以要使两瓶中电阻丝的阻值相同，故D错误。 故选：BD。 巩固提升 04 2、（2023秋•路桥区期末）为测定小灯泡的额定功率，小柯利用电压恒为3伏的电源、滑动变阻器、标有“2.5V”字样的小灯泡等器材，按图甲方式连接电路进行实验。   （1）闭合开关，小柯将滑动变阻器的滑片移到某一位置后，电压表示数如图乙所示，此时电压大小为 V。为了使小灯泡正常发光，需将滑动变阻器的滑片向 端移动。（选填“A”或“B”） （2）根据图丙可知，该小灯泡的额定功率为 W。 巩固提升 04 【解答】解：（1）闭合开关，移动滑片P到某一位置，电压表示数如图乙所示，电压表选用小量程，分度值0.1V，其示数为2V，小于灯泡额定电压2.5V，为了测得小灯泡的额定功率，应增大灯泡两端的电压，根据串联电路电压规律，应减小滑动变阻器两端的电压，根据分压原理，应减小滑动变阻器接入电路的阻值，故应将滑动变阻器的滑片P向A端移动，使电压表的示数为2.5V； （2）由图丙可知，当灯泡两端电压为2.5V时，通过灯泡的额定电流为0.25A，则小灯泡额定功率为：P＝UI＝2.5V×0.25A＝0.625W。 故答案为：（1）2；A；（2）0.625。 巩固提升 04 3、（2023•鄞州区一模）某灯泡上标有“7.*，0.5A”的字样，其中额定电压值不清，估计在7.0V～7.9V之间，因为灯泡的电阻会随温度的升高而增大，要测定小灯泡的额定功率，必须测出其额定电压。现有实验仪 器：一只电压恒定的电源（电压值未知）一只电流表、一只标有“20Ω.5A”滑动变阻器R、一只阻值为10Ω的定值电阻、开关和导线若干。 某项目化小组反复讨论后，设计了图甲所示的电路图，并开展实验。 （1）滑片位于a端时，只闭合S和S1，电流表示数如图乙为 A，求出电源电压。 （2） （请补充具体操作），移动滑动变阻器的滑片，使电流表的示数为0.5A，此时小灯泡正常发光。 （3）当小灯泡正常发光时，保持滑动变阻器的滑片P不动，闭合开关S和S1、断开S2，读出电流表示数为0.6A，求出此时滑动变阻器接入电路的阻值R。 （4）通过计算得出灯泡的额定电功率为 W。 巩固提升 04 【解答】解：（1）滑片位于a端时，只闭合S和S1，滑动变阻器R电阻全部连入电路，且与定值电阻R0串联，灯泡正常发光时的电流为0.5A，则电流表选择小量程，示数为：I1＝0.4A； 则电压电压为： U＝I（R最大+R0）＝0.4A×（20Ω+10Ω）＝12V； （2）只闭合S和S2，调节滑动变阻器的滑片，使电路中的电流为0.5A，此时小灯泡正常发光； （3）当小灯泡正常发光时，保持滑动变阻器的滑片P不动，闭合开关S和S1、断开S2，读出电流表示数I2＝0.6A，则此时定值电阻两端的电压为： U定＝I2R0＝0.6A×10Ω＝6V， 此时滑动变阻器两端电压为：U'＝U﹣U定＝12V﹣6V＝6V， 则滑动变阻器连入电路的电阻为：R10Ω； 巩固提升 04 （4）当灯泡正常发光时，滑动变阻器两端的电压为：U“＝IR＝0.5A×10Ω＝5V， 则此时灯泡两端的电压即额定电压为： U额＝U﹣U″＝12V﹣5V＝7V， 灯泡的额定电功率为： P＝U额I＝7V×0.5A＝3.5W。 故答案为：（1）0.4；（2）只闭合S和S2；（4）3.5。 $$