第16讲　电功率 第2课时　焦耳定律 2025年中考物理专题复习（山东）

物理 第一部分　回归教材　基础提升 第16讲　电功率 第2课时　焦耳定律 （人教九全P99－103；沪科九全P129－136；鲁科九上P85－90；教科九上P94－97） 焦耳定律 电流的热效应：当电流通过导体时，① 能转化成② 能的现象. 焦耳定律 发现：英国物理学家③ 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. 内容：电流通过导体产生的热量跟④ 成正比，跟⑤ ⁠ 成正比，跟⑥ 成正比. 公式：Q＝⑦ ⁠. 电　 内　 焦耳　 电流的二次方　 导体的电 阻　 通电时间　 I2Rt　 推导：电能全部转化为内能时，Q＝W＝UIt＝t或Q＝W＝Pt. 电热的应用：电热水器、电饭锅、电熨斗、电热孵化器等. 电热的危害与防止：电动机、电视机、计算机等装有散热片、散热窗、风扇等， 可将产生的热量及时散失，防止用电器因温度过高而产生安全隐患. 1. 下列用电器与电蚊香加热器工作原理相同的是（　C　） A. 电风扇 B. 电视机 C. 电饭煲 D. 电冰箱 2. （2024·安徽中考）如图所示，电源两端电压为6 V，电阻R2＝20 Ω，闭合开关 S，电压表示数为4 V，则通电100 s整个电路产生的热量为 J. C 120　 3. 【日常生活】在某汽车尾部的挡风玻璃上，有一种电加热除雾装置，它由5条 阻值均为12 Ω的电阻丝并联而成，简化结构如图所示.该装置与12 V的汽车电池 接通工作1 min，产生的总热量为 J. 3 600　 4. （2024·鸡西中考）如图所示是“探究通电导体产生的热量与 ⁠大小关 系”的实验装置.通过左侧容器中电阻丝的电流为0.4 A，在1 min内电流通过右侧 容器中电阻丝产生的热量为 J. 第4题图 电流　 12　 5. （2024·自贡中考）如图所示是一款有两个挡位的挂烫机的工作电路图，正常 工作电压为220 V，加热电阻R1＝44 Ω，R2＝88 Ω，只闭合开关S1时，挂烫机的功 率是 W. 同时闭合开关S1、S2，挂烫机工作1 min消耗的总电能为 J. 第5题图 1 100　 99 000 6. 某学习小组在老师的指导下，探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素 有关.他们用的实验器材如图甲所示，两个透明容器中密封着等量空气，U形管中 液面最初相平，两个密闭容器中都有一段电阻丝. （1）实验中通过观察U形管中液面高度的变化，可以比较电流通过导体产生热量 的多少.这种方法叫 ⁠. 转换法　 （2）图甲中将两段阻值不同的电阻丝串联接入电路，是为了探究电流产生的热 量与 的大小的关系，这种研究方法叫 法. （3）将图甲中开关闭合，通电一段时间后， （选填“左”或“右”）侧U 形管中液面高度变化大. 电阻　 控制变量　 右　 （4）让两个密闭容器中电阻丝的电阻一样大，在其中一个容器的外部将一个相 同阻值的电阻丝和这个容器内的电阻丝并联（如图乙所示），此时通过两容器中 电阻丝的电流不同，在通电时间相同的情况下， （选填“左”或“右”） 侧U形管中液面高度变化大，由此得到的结论是： ⁠ ⁠. 左　 在电阻和通电时间相同的情 况下，电流越大，产生的热量越多　 7. （2023·淄博中考）如图甲为一款养生壶，其加热原理如图乙所示.养生壶的额 定电压为220 V，R1、R2均是发热电阻，其中R2＝506 Ω.养生壶正常工作时，开 关置于“1”为加热挡，电路中电流为5 A；开关置于“2”为保温挡.求： （1）当开关置于“1”时，R1的阻值及R1消耗的电功率. 解：（1）当开关置于“1”时，电路为R1的简单电路，由欧姆定律可知，R1的阻 值R1＝＝＝44 Ω.由P＝UI＝I2R得，R1消耗的电功率P1＝I2R1＝（5 A） 2×44 Ω＝1 100 W. （2）当开关置于“2”时，养生壶1 min消耗的电能. 解：（2）当开关置于“2”时，电阻R1和R2串联，电路的总电阻R＝R1＋R2＝44 Ω＋506 Ω＝550 Ω.养生壶1 min消耗的电能W＝Pt＝t＝×60 s＝ 5.28×103 J. （3）将壶内500 g的水从20 ℃加热到100 ℃，水吸收的热量.[ c水＝4.2×103 J/ （kg·℃）] 解：（3）养生壶加热时，水吸收的热量 Q吸＝cm（t1－t0）＝4.2×103 J/（kg·℃）×500×10－3 kg×（100－20）℃＝ 1.68×105 J. 　多挡位家用电器的相关计算 解决多挡位问题一定要搞清楚当开关断开或闭合时，电路所处的状 态，可单独画出电路图进行对比分析.此类问题的实质是判断电路总电阻的大小. 对于家庭电路，在不同挡位时总电压不变（220 V），根据P＝及总电阻大小可 知，用电器处于高温挡或低温挡. 【例1－1】　（2023·德州中考）如图所示，某家用电热水壶有“高温”“低 温”两挡，已知定值电阻R1与R2阻值相等，“低温挡”正常工作时的功率为484 W，则R2的阻值为 Ω.在标准大气压下，用“高温挡”加热初温为15 ℃、 质量为1 kg的水7 min，该过程消耗的电能为 J，若产生的热量全 部被水吸收，则水的温度升高了 ℃. [c水＝4.2×103 J/（kg·℃）] 50　 4.065 6×105　 85　 【例1－2】　小明家买了一台电烤箱，有高、中、低三个发热挡位，其发热功率 P高∶P中∶P低＝4∶2∶1，内部简化电路图如图所示.电源电压为220 V，只闭合 开关S1时，电烤箱的功率为1 100 W. （1）电烤箱电路设计时绝对禁止同时闭合开关 ⁠. （2）只闭合开关S1、S3，电烤箱处于 （选填“高”“中”或 “低”）温挡. （3）电阻丝R2的阻值为 Ω. （4）电烤箱处于低温挡时，20 min产生的热量是 J. S2和S3　 高　 44　 6.6×105　 【例1－3】　某电器厂设计了一种具有高、中、低温三挡的家用电火锅，该火锅 产品铭牌和电路图如图所示，其中R1＝R2. （1）当电火锅使用中温挡正常工作时，电路中电流是多大？接入电路的电热丝 的阻值是多少？ 解：（1）由表中数据可知，中温挡的额定功率为440 W，此时电路中的电流I中温＝＝＝2 A. 由图可知，当开关S1断开，S2接b时，电阻R2单独接入电路；当开关S1断开，S2接a时，两电阻串联接入电路；当开关S1闭合，S2接b时，两电阻并联接入电路.已知并联电阻小于其中任一电阻，串联电阻大于其中任一电阻，根据P＝可知，当开关S1断开，S2接b时，为中温挡.由欧姆定律可得，接入电路的电热丝的阻值R2＝＝＝110 Ω. （2）用电火锅高温挡在额定电压下烧水7 min，电流做了多少功？若电热丝 产生热量的80％被水吸收，在标准大气压下，能使1 kg初温为30 ℃的水温 度升高多少？ 解：（2）用电火锅高温挡在额定电压下烧水7 min，电流做的功W＝P高温t＝880 W×7×60 s＝3.696×105 J. 因电热丝产生的热量的80％被水吸收，则水吸收的热量为Q吸＝W×80％＝3.696×105 J×80％＝2.956 8×105 J. 由Q吸＝cmΔt可得，水升高的温度Δt＝＝＝70.4 ℃. 因为在标准大气压下，水的沸点是100 ℃，且水的初温为30 ℃， 所以只能使水温升高100 ℃－30 ℃＝70 ℃. （3）在物理综合实践活动中，小芳和小丽利用所学的物理知识，合作测量电火 锅高温挡的实际功率.电表上标着“1 200 r/（kW·h）”，他们把家中的其他用电 器都与电源断开，仅让电火锅接入电路中烧水，2.5 min电能表的转盘转了40 r， 求电火锅的实际功率. 额定电压 220 V 额定功率 高温挡 中温挡 低温挡 880 W 440 W 220 W 解：（3）电能表转盘转动40转消耗的电能W＝ kW·h＝ kW·h，时间t＝2.5 min＝ h＝ h.电火锅的实际功率P＝＝＝0.8 kW＝800 W. 　探究影响电流热效应的因素 1. 实验步骤 （1）请你用笔画线代替导线，把图甲中两个容器内的电阻丝连接到电路中. （2）①在图甲两透明容器中密封着等质量的空气，玻璃管内装有带颜色的液 体，我们通过观察U形管中液面的 ⁠来比较各容器中电热丝产生热量的 多少，用到的实验方法是 ⁠. ②图中U形管 （选填“是”或“不是”）连通器. ③甲装置可探究电流产生的热量与 的关系，将两段电阻丝串联的目的 是 ⁠. 高度差　 转换法　 不是　 电阻　 使通过两根电阻丝的电流相等　 通电一段时间后 （选填“a”或“b”）容器中U形管中液 面的高度差大，此实验现象表明：当 一定 时， 越大，导体产生的热量越多. b　 电流和通电时间　 电阻　 （3）①利用如图乙所示装置继续实验，可探究电流产生的热量与 ⁠的关 系，图乙中R2与R3并联，目的是使通过R1与R2的 不同， ②图乙中，若通电一段时间后发现右侧U形管的液面高度差逐渐变大，但左侧U 形管液面高度差几乎不变，经检查电路也没有出现故障，则可能的原因是 ⁠ ⁠. 电流　 电流　 装置 漏气　 ③图乙中，若通电一段时间后发现左侧U形管的液面高度差逐渐变大，但右侧U 形管液面高度差不变，经检查是电路故障引起的，则可能的原因是 （多 选，选填字母）. A. R1电阻丝断路 B. R2电阻丝断路 C. R3电阻丝断路 D. R3电阻丝短路 ④排除故障继续实验，发现 （选填“c”或“d”）容器 内液面上升得高，此实验现象表明：当电阻和通电时间一定 时，通过导体的 越大，导体产生的热量越 ⁠. BD　 c　 电流　 多　 （5）在图丙中，两个完全相同的烧瓶内分别装有质量和初温相同的煤油，相同 的温度计A和B. 通过观察 比较容器中电热丝产生热量的多少. 不选用水而选用煤油的原因是 ⁠. 温度计的示数　 煤油的比热容比水的比热容小　 （4）通电相同时间， （选填“a”“b”“c”或“d”）容器中电流产生的 热量最多. c　 2. 实验结论 导体产生的热量与电流、电阻和通电时间有关： （1）在导体电阻和通电时间相同的情况下，通过导体的电流越大，产生的热量 越 ⁠； （2）在通过导体的电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，产生的热 量越 ⁠； （3）在导体电阻和通过导体的电流相同的情况下，通电时间越长，产生的热量 越 ⁠. 多　 多　 多　 （1）本实验中用到的另一种实验方法是 法. （2）为了使图乙实验中两侧U形管液面高度差更明显，可将空气盒外电阻R3换为 阻值 （选填“大于”或“小于”）5 Ω的电阻. （3）电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝热得发红，而导线几乎不发热的现象 可以用图 （选填“甲”或“乙”）的实验结论来解释. （4）想利用图丙装置探究“水和煤油的吸热能力”，将其中一烧瓶中的煤油换 成等质量的水，为了保证相同时间内吸收的热量相同，还需要调整原电路满 足 的条件. 控制变量　 小于　 甲　 两个烧瓶中电阻丝的阻值应相同　 3. 反思交流 1. （2024·菏泽，1，2分）下列家用电器，利用电流的热效应工作的是 （　D　） A. 电冰箱 B. 洗衣机 C. 电脑 D. 电饭煲 D 1　焦耳定律的理解和应用 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2. （多选）（2024·滨州，15，4分）某次实践活动中，小滨观察了某型号家用电 热水器的铭牌如下表所示，他查看说明书发现其简化电路如图甲所示.已知ρ水＝ 1.0×103 kg/m3，c水＝4.2×103 J/（kg·℃）.下列分析正确的是（　ABD　） A. 当S接“1”时，电热水器为高温挡 B. 满箱水的温度由20 ℃升高到70 ℃，水吸 收的热量为1.26×107 J C. R的阻值为24.2 Ω D. 断开其他用电器，仅让电热水器高温挡正常加热1 min，可使图乙所示电能表 的转盘转100 r ABD 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 3. （多选）（2021·潍坊，15，4分）某电热水器的工作原理如图甲所示，用电磁 继电器控制加热和保温状态的转换.R1、R2为电热丝，且R2＝3R1，R3为滑动变阻 器，R0为热敏电阻（置于电热水器内），R0阻值随温度的变化规律如图乙所示. 电源E的电压为6 V，当R0中的电流I≥15 mA时，衔铁被吸下.电磁继电器线圈电 阻不计，下列说法正确的是（　AC　） AC A. 热水器的加热功率是保温功率的4倍 B. S1闭合，当衔铁吸下后，热水器处于加热 状态 C. 当热水温度设置为55 ℃时，R3连入电路的阻值为250 Ω D. 若提高热水设置温度，应向左移动R3滑片 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 4. 【物理观念】（2023·济南，19，4分）1953年我国第一条220 kV高压输电线路 工程破土动工，1981年500 kV超高压输变电工程正式投入运行，2009年1 000 kV 特高压交流试验示范工程投入商业运行，我国高压输电技术从“跟跑”到“领 跑”，已成为中国制造的“金色名片”.为什么远距离输电的电压越来越高？原 来，当电流通过输电线时，由于电流的热效应，输电线上就不可避免地有电能损 失.在输电线电阻一定的情况下，要减小输电线上的电能损失，就要尽可能减 小 ；为了在一定时间内输送更多的电能，就应该采用 ⁠ 来输电. 输电电流　 更高电压　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 5. [2023·临沂节选，22（4），2分]为让肉串受热均匀，味道更好，部分店家使 用了一种新型电烧烤炉，这种烧烤炉可在电热丝烤肉串的同时，由电动机带动肉 串缓慢转动，简化电路如图所示，其中电热丝R的阻值为55 Ω，电动机的额定功 率为22 W，该烧烤炉正常工作时，通过电热丝R的电流为 A；电动机10 min 消耗的电能为 J. 4　 1.32×104　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 6. （2022·烟台，20，3分）如图所示，电源电压不变，灯泡L标有“6 V　6 W” 字样.闭合开关S1，灯泡L正常发光，此时灯泡L的电阻为 Ω；再闭合开关 S2，前后两次电流表的示数之比为2∶3，则电阻R的阻值为 Ω，电阻R在10 s内产生的热量为 J. 6　 12　 30　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 7. （2022·威海，19，2分）如图所示，电源电压恒为12 V，R0＝60 Ω，滑动变阻 器的规格为“50 Ω　2 A”，电流表的量程为“0～0.6 A”，小灯泡上标有“6 V　 3 W”字样，不考虑温度对灯丝电阻的影响.当开关S闭合，S1、 S2断开，小灯泡 正常发光，则通电1 min电流通过滑动变阻器产生的热量为 J；当S、 S1、 S2都闭合，为了保证电路中各元件的安全，滑动变阻器允许接入电路中的最小阻 值为 Ω. 180　 30　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 8. （2021·烟台，19，3分）为了防止电流过大将用电器核心部件烧毁，很多用电 器都装有保险管，如图甲所示.乙、丙两图分别是两个保险管的截面图，若两管 内保险丝的材料相同，长度相同，粗细不同，则 中保险丝的电阻大，当 乙、丙两保险管通过相同的电流时， 中保险丝的热功率大， ⁠中 保险丝更容易熔断.（均填“乙图”或“丙图”）. 丙图　 丙图　 丙图　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 9. （2024·潍坊，19，11分）中国茶文化源远流长.图示是一款智能煮茶机的简化 电路图，电源电压U＝220 V，R0、R1、R2是阻值不变的电热丝，用于“加热”或 “保温”，R1＝20.5 Ω，R2＝840 Ω，S为电源开关，通过温控开关S1可实现“加 热”和“保温”状态的切换，煮茶机的“加热”功率P加热＝800 W，“加热”效 率η＝80％.煮茶机会根据用户选择的茶品和所需茶水浓度不同进行智能工作，其 工作过程是首先将水“加热”至100 ℃，然后继续以“加热” 功率再进行相应时间的“煮茶加热”（“煮茶加热”时间如表 格所示），最后自动进入“保温”状态.将0.8 L、初温为20 ℃ 的水装入煮茶机，c水＝4.2×103 J/（kg·℃），水的密 度ρ＝1.0×103 kg/m3. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 茶品 低浓度“煮茶 加热”时间 中浓度“煮茶 加热”时间 高浓度“煮茶 加热”时间 乌龙茶 2 min 5 min 10 min 红茶 1 min 2 min 5 min 黑茶 2 min 5 min 7 min （1）求将水“加热”至100 ℃过程中水吸收的热量. 解：（1）将水“加热”至100 ℃过程中水吸收的热量Q吸＝cmΔt＝cρ水V水Δt＝4.2×103 J/（kg·℃） ×1.0×103 kg/m3×0.8×10－3 m3×（100 ℃－20 ℃）＝2.688×105 J . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 （2）求煮茶机的“保温”功率. 解：（2）由题意可知P加热＝， 则定值电阻R0的阻值R0＝－R1＝－20.5 Ω＝40 Ω. 煮茶机的“保温”功率P保温＝＝＝55 W. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 （3）若用户选择“红茶高浓度煮茶”，煮茶机经过将水“加热”至100 ℃、“煮 茶加热”和“保温”状态，共工作15 min，求这个过程煮茶机消耗的电能. 解：（3）将水“加热”至100 ℃过程中消耗的电能 W＝＝＝3.36×105 J. 将水“加热”至100 ℃过程需要的时间为 t＝＝＝420 s＝7 min. 由表格可知，若用户选择“红茶高浓度煮茶”，“煮茶加热” 时间为5 min，则保温时间为t保温＝15 min－7 min－5 min＝3 min. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 煮茶机经过将水“加热”至100 ℃、“煮茶加热”和“保温”状态，共工作15 min，这个过程煮茶机消耗的电能W总＝W加热＋W保温＝P加热t加热＋P保温t保温＝800 W×（7×60 s＋5×60 s）＋55 W×3×60 s＝5.859×105 J. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 10. （2023·东营，24，11分）小明家购置了一款多功能电暖器.如图甲所示，其 内装有4 kg导热油，转动旋钮可实现高、中、低不同挡位之间的切换.图乙是其内 部电路原理图，其中四个发热电阻阻值相同. （1）电暖器低温挡工作时，开关应处于 （选填“1”“2”或“3”）位置. 1　 （2）已知中温挡额定功率为1 000 W，求电阻R的阻值和高温挡的额定功率. 解：（2）中温挡时，根据P＝可知，R＝＝＝48.4 Ω.高温挡功率 P高＝＝＝2 000 W. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 （3）使用高温挡正常工作5 min，导热油温度由15 ℃升高到75 ℃.若消耗的电能 有84％被导热油吸收，求导热油的比热容. 解：（3）高温挡正常工作5 min产生的热量Q放＝P高t＝2 000 W×5×60 s＝ 6×105 J. 导热油吸收的热量Q吸＝ηQ放＝84％×6×105 J＝5.04×105 J. 导热油的 比热容c＝＝＝2.1×103 J/（kg·℃）. （4）根据所学的电学知识，请你提出一条安全使用电暖器的建议. 解：（4）为了安全，大功率用电器应接地线， 以防触电.（合理即可） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 11. （2023·枣庄，29，4分）在探究电流通过导体产生热量的多少与什么因素有 关的实验中.某兴趣小组猜想：电流通过导体产生的热量可能与通过导体的电 流、导体的电阻和通电时间有关.于是他们利用甲、乙、丙三个装置进行实验探 究，如图所示，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. 2　探究电流产生的热量与什么因素有关 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 （1）要探究电热与电阻的关系，应选用 组合，并将它们 ⁠接 到电源两端进行实验. （2）选用乙、丙组合，串联接到电源两端进行实验，在通电时间相同的情况 下，发现乙装置U形管中液面高度变化大，由此可得到的结论是：在电阻相同、 通电时间相同的情况下， ⁠. 甲、乙　 串联　 通过导体的电流越大，产生的热量越多　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 （3）实验中通过观察U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，在研究 许多物理问题时都会用到这种方法，下列实例采用研究方法与此相同的是 ⁠ （选填字母）. B　 A. 探究电流与电压、电阻的关系 B. 用铁屑显示磁体周围磁场分布 C. 研究光的传播时，引入“光线” D. 探究平面镜成像的特点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 请完成精练册第65页习题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 $$