第十八章 第4节 焦耳定律-【支点·同步系列】2024-2025学年九年级下册物理（人教版）

第4节 焦耳定律 知识清单 ................... ................... 知识拓展 知识点1 电流的热效应 电流的三种效应 能,这种现象叫做 1.电流通过导体时电能转化成① 1. 电流的热效应;电流 电流的热效应。 通过导体时会产生热量。实 2.探究“影响导体发热的因素” 际应用有白炽灯、电热毯、电 越 (1)在电流、通电时间相同的情况下,导体的② 慰斗、电烤箱等。 大,导体产生的热量越多 2.电流的磁效应;电流 (2)在通电时间、电阻相同的情况下,通过导体的③ 通过导体时,导体周围会产 越大,导体产生的热量越多 生磁场。实际应用有电磁 知识点2焦耳定律 铁、电磁继电器等。(第二十 1.内容:电流通过导体产生的热量跟④ 章将学习) 成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比 3.电流的化学效应:电 2.公式:Q-PRt。 流通过酸、减、盐等的水溶液 其中:Q表示热量,单位为焦耳() 时,溶液会发生化学变化。 I表示电流,单位为安培(A); 实际应用有电解水、电键等。 R表示电阻,单位为欧姆(2); 课堂点拨 1表示时间,单位为秒(s)。 在非纯电阻电路中,电 说明:焦耳定律虽然是一个实验定律,但可以通过理论来推 流做功,只有一部分电能转 导。焦耳定律公式Q一R为计算热量时普遍适用的公式,只 化成内能,所以消耗的电能 有当导体消耗的电能全部转化为内能时,才可以使用Q一W一 大于电热,即WQ,例如. Pt-UIt来计算热量。 电流通过电动机,一小部分 知识点③电热的利用和防止 电能转化成内能,还有一大 1.电热的利用:电热器是利用 来加热的设备,电 部分电能转化成机械能,此 炉、电烙铁、电慰斗、电饭锅、电烤箱等都是常见的电热器。 时W一Q+W。在非纯电 2.防止电热的危害:很多情况下人们不希望用电器的温度 阻电路中,计算消耗的电能 过高。电视机外壳装有散热窗、计算机内部装有散热风扇等,这 (电功)只能用W一P-UIt 些措施都是为了降温。 计算电热只能用Q-I^Rt。 归类探究 S.,记录此时通过的电流I,通电相同时间,记 考点1探究影响导体发热的因素 录煤油的末温度2,结果如下表所示。则R 、R 【例1】用下图所示的装置探究影响电流热 所在烧瓶中的煤油升温所吸收的热量之比为 效应的因素,三个相同的烧瓶内均装有质量相 比较①③可知,导体产生的热 量与 等的煤油:电阻丝R、R。、R。浸没在煤油中,其 有关;比较 中R=R=6O,R-3O。闭合开关前,记录 (填序号)可知,导体产生的热量与电阻有关。 煤油的初温度t。:接通电源,同时闭合开关S、 若要探究导体产生的热量与通电时间的关系, 物理 九年级B题 应进行的操作是 考点③电热的利用和防止 【例3】下列措施中,属于利用电流热效应 ( 的是 ) 温度计 A. 电视机的后盖有很多孔 B.电饭锅的电热板 C.与空调器相连的导线很粗 D.电脑的主机中安装微型风扇 【点拨】利用电流的热效应,即使导体中通 有电流时,电流所做的功几乎全部转化为 电热。 电阻 电流I/A 序号 初温度t。/C末温度t/C ............ 基础达标 ① R 1.0 20 30 R ② 24 1.0 20 一、填空题 R。 20 ③ 1.5 44 1.小华将电阻丝R 和R(R 【点拨】根据Q。=cm(t-t)求出R.、R:所 R。)分别浸没在质量和初温 在烧瓶中的煤油升温所吸收的热量之比;根据 均相同的煤油中,按右图所示 控制变量法,找出不变的量和变化的量,确定 的方式接入电路。开关闭合后,通过两电阻 丝的 导体产生的热量与变化量之间的关系;根据控 相等,根据温度计示数的 变化可比较电阻丝产生 制变量法,探究导体产生的热量与电阻的关 的多 系,应保持电流和通电时间相同,电阻不同;根 少。通电一段时间,发现甲瓶中温度计的示 据控制变量法,探究导体产生的热量与通电时 数上升 间的关系,应保持电流和电阻相同,通电时间 2.(2024南昌青山湖区期末)家用空调的功率 不同。 一般比较大,因此通过它的电流较 考点② 焦耳定律 (选填“大”或“小”)。为使与空调串联 【例2】右图所示的是超市 的导线减少发热,应该选用直径较 常用的塑料袋封口夹电路原理 (选填“大”或“小”)的导线。 图,电源电压为5V,电热丝R 3.将电能输送到几百千米之外的用户,在输电 阻值为10。闭合开关S,电热丝温度升高,利 线上会有能量的损耗,这主要是电流的 用电流的 效应实现高温封口,3s内 效应引起的。某段输电线路的总电 产生的热量为 I。若使用时总把塑 阻为0.50,输送电流为100A,每输电 料袋烫坏,可以 (选填“增大”或 1min,这段线路便会损耗 “减小”)电热丝的阻值。 的电能。 二、选择题 【点拨】电流通过电阻时,产生了热量,这 种现象叫做电流的热效应;纯电阻电路产生的 4. 下列事例属于防止电流的热效应产生危害 的是 ) A.家里使用电热水壶烧水 产生的热量越少。 B.利用电视机后盖的小孔散热 下册 第十八章 C. 家里使用电饭锅煮饭 电热水壶处于加热状态 D. 小佳妈妈使用电慰斗慰衣服 时,开关S 5.将规格均为“220V 180W”的一台电冰箱 (选填“闭合”或“断220V R 一台电风扇和一张电热毯,分别接入同一家 开”)。电热水壶处于保 庭电路中。若通电时间相同,则下列说法正 温状态时,R正常工作1min产生的热量为 确的是 C ) A.电冰箱产生的热量最多 二、选择题 B.电风扇产生的热量最多 3.用“220V 800W”的电热水壶烧水。若不 C.电热毯产生的热量最多 计电阻的变化且不考虑能量损失,当把它接 D.三者产生的热量一样多 人110V的电源上时,在32min内可将一壶 6. 计算电流通过电风扇产生的热量,下列公式 水烧开。若将该壶接在220V的电源上,烧 选用正确的是 ) 开同样一壶水所用时间为 ) 1### A.UIt A. 12 min B. 16 min C. 24 min D. 8 min 4.(多选)有一个家用电热水壶,下图所示的是 C.PR D.前面三个都可以 其内部电路的简化图,R、R。均为加热电阻, 7.小明家连接插线板的导线折断后,他把两根 通过旋转旋针开关可以实现加执和保温两种 导线拧在一起继续使用,用久后发现连接处 挡位的切换。电热水壶的加热功率为 容易发热。其主要原因是连接处 _ 1000W,保温功率为44W。用此电热水壶加 A.电阻较小 B.电流比别处电流小 热初温为20C、体积为1L的水,加热400s. C.电阻较大 D.电流比别处电流大 水刚好沸腾。[忽略温度对电阻的影响,大气 8.右图所示的是某小组同学 压为1个标准大气压,c* 设计的多挡位电热器电路 R 4.2×10J/(kg·C).p =1.0×10}kg/m] U不变,R、R:为电阻丝且 下列说法正确的是 C ) R.R,则电热器功率最大时,开关状态为 _开关 ) A.S闭合,S:接a B.S 团合,S.接/ C.S 断开,S:接a D.S 断开,S接b 能力提速 .......... A.旋转旋钗开关到“1”时,电热水壶处于保 一、填空题 温挡 1.一台电动机正常工作时线圈两端的电压为 B.水吸收的热量为3.36×10{1 380V,线圈的电阻为2Q.线圈中的电流为 C.此电热水壶加热挡的热效率为84% 10A。则这台电动机正常工作1s消耗的电 D.在保温时,电路的电阻为48.40 能为 1.产生的热量为 三、计算题 J。 _I.转化成的机械能是 5.在右图所示电路中,电源 2.(2024九江永修期末)下图所示的是某电热 电压不变,R-10Q,R= 水壶的内部电路图,R=220,R。=1980. 50。 R.和R。均为定值电热丝,S为自动开关。 (1)只闭合开关S,断开 物理 九年级B题 S.、S.时,电流表的示数为0.4A,求电源 其 (选填“质量”或“体积”)相 电压。 等的水,还必须使电热丝R。、R:阻值 (2)闭合开关S、S,断开S.时,求通电10s. (选填“相同”或“不同”)。水和煤油 电阻R产生的热量。 的初温均为,通电一段时间后,水和煤油的 末温分别为、&:请写出煤油比热容的表 达式:(油一 。(已知水 的比热容为() 思维拓展 某型号电饭堡有加热和保温功能,图甲所示 的是其内部电路原理图,图乙是该电饭屡工 作时电功率与时间的关系图象。 Pw 800 220V1 200 ...- 。 乙 四、实验与探究题 (1)请通过推理说明,当开关S接触点1时; 6.小明和小华同学为了 温度计 电饭屡处于加热状态还是保温状态。 探究“电流通过导体 (2)求R与R:阻值之比。 产生的热量与电阻的 关系”,设计了右图所 示的实验电路。烧瓶 A、B中盛有质量、初温相等的煤油,R。与 R。是阻值不同的电热丝。 (1)R,与R;采用串联的连接方式,是为了 控制通电时间、_ __相等。 (2)小明同学为比较R,与R。阻值的大小; 用电压表分别测出R,与R。两端的电压大 小,发现UU,则R (选填 “”“<”或“-”)Rn。 (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;为了使烧瓶中的液体升温较快,实 验中选用煤油而不选用水,主要是因为_ (4)小华改装此实验装置,用来测量煤油的 比热容大小,则他应将烧瓶A中煤油换成与 下册 第十八章可得出结论：小灯泡的亮度由实际功率决定，(3)由 断开开关S,调节R,的滑片，使电流表的示数为I。, ③知，将滑动变阻器的滑片P移到最左端，电流表示 此时小灯泡正常工作。②接若只断开开关S,闭合开 数为0.9A,可得电电压为U=IR。=0.9A×5n= 关S,保持R的滑片不动，调节R,使电流表的示数 4.5V。由②知，用5的定值电阻替换小灯泡，滑动 为I。:此时R接入电路的电阻等于小灯泡正常工作 变阻器的滑片P保持不动，闭合开关，电流表的示数 时的电阻，R消耗的电功率等于小灯泡的额定功率 U_4.5V 为0.3A.此时总电阻为R。=7一0.3A=150,滑动 ③读出此时电阻箱连入电路的阻值为R。④小灯泡 额定功率的表达式为P.=P:=R。 变阻器接入电路的电阻为Rg'=R。一R=15Q-5n =10Ω。由①知，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P, 第4节焦耳定律 使电流表的示数为025A.此时总电阻为R。'-吕 知识清单 =4.5y ①内②电阻③电流④电流的二次方⑤电热 0.25A=180。小灯泡的电阻为R'=R。'-R,’ 归类探究 =18n-10n=8n,则小灯泡的额定功率为P:= 1.5:2电流①②只闭合开关S,改变通电时间， ImRr'=(0.25A)×82=0.5W。 观察温度计示数的变化量（合理即可） 专项提优三特殊方法测量小灯泡的电功率 2.热75增大3.B 1.(1)B(2)小灯泡断路(3)左(4)0.5(5)1.8 基础达标 2.1R。1RI滑动变阻器 1.电流热量多2.大大 3.【实验步骤】(1)R(2)如下图所示(3)短路 3.热3×10 (4)0.6增大【拓展】(1)0.4(3)2.5V×(1 4.B5.C6.C7.C8.A 能力提速 0.4A) 1.38002003600 2.闭合1320J 3.D 4.ABC 5.解：(1)已知R,=102,R.=5n,只闭合开关S,断开 S,S时，R和R串联。 R。=R+R=102+52=152 电流表的示数为0.4A,电源电压 4.(1)电压如下图所示(2)左(3)0.625(4)②R U=1R。=0.4AX150=6V ④R (2)闭合开关S,S,断开S时，R和R并联，因为U -6V.R-10Q,所以通过R的电流1-是-品 =0.6A 通电10s,电阻R,产生的热量Q=FRt=(0.6A)× 102×10s=36J 6.(1)电流(2)<(3)温度计示数水的比热容比煤 【解析】(1)电压表串联在电路中测电源两端的电压，有 油的比热容大(4)质量相同生二】 1速油一t 示数。因为电压表的内阻很大，在电路中相当于断路， 思维拓展 所以电路中几乎无电流，电流表几乎无示数。造成这 解：(1)由电路图可知，当开关S接触点1时，只有R 种现象的原因是开关与小灯泡之间的导线连接错误， 工作，当开关S接触点2时，R,R。串联. 应将电压表并联在小灯泡两端。(2)电压表选用小量 根据串联电路的电阻特点可知，串联的总电阻大于任 程，分度值为0.1V,示数为1.8V。小灯泡的颜定电 一分电阻，则当开关S接触点1时，电路中的总电阻最 压为2,5V,要测量小灯泡的额定功率，应让小灯泡两 端的电压变大。电源电压不变，根据串联电路的电压 小，根据P-尽可知，此时总功率最大，电饭煲处于加 特点，可让滑动变阻器两端的电压变小：根据申联电 热状态。 路的分压规律可知，应将滑片适当向左滑动。(3)小灯 当开关S接触点2时，R,R:串联，电路中的总电阻最 泡的额定电流为0.25A,小灯泡的额定功率为P=U1 大，总功率最小，电饭煲处于保温状态。 =2.5V×0.25A=0.625W.(4)①闭合开关S、S, (2)由图乙可知，电饭煲的加热功率P热=800W,电 156 物理九年级RJ版 U 饭煲的保温功率P=200W,由P=尺可知，R的 (2)电热水壶消耗的电能W=P4=1.5×10W×5×60s =4.5×10J 阻值R,一P U=(220V) 800W =60.52 电热水壶的加热效率7-景×100%=3.78X10× 4.5×10J R,R申联时的，总电阻R==(220) P 200 W =242n 100%=84% 根据串联电路的电阻特点可知，R的阻值R2=R一R (3)W=4.5×10J=0.125kW·h 电能表转盘的转数n=WN=0.125kW·h×3600r/ =2420-60.5n=181.5n 则R与R:阻值之比R:R=60.5n:181.5n (kW·h)=450r =1：3 5解：1)根据题意及P-发可知，当开关S闭合.S断 专项提优四家用电器电热综合计算 开时，R和R串联，电火锅为低温挡；当开关S,S闭 1.解：(1)水吸收的热量Q=cm(t一t)=4.2× 合时，R被短路，只有R工作，电火锅为高温挡。低 10J/(kg·℃)×1kg×(100℃-10℃)=3.78×10J 温挡的额定功率 (2)电热水壶的加热效率)一导×10%-号×10% Pa=U1u=220V×2A=440W (2)低温挡工作时的电阻为 3.78×102L×100%=90% 1000W×420s _U_220y=1100 Rs=了2A 2.解：(1)闭合开关，两电阻申联，当滑片在最左端时，滑 高温挡工作时的电阻为 动变阻器接人电路的阻值为O。根据P一卡可知此时 UP(220V) R,-P=2200W=220 该加热设备的最大电功率为 则R的阻值 _U-220Y2=2200w Pk-R。=220 R=R。-R2=1102-22n=88n (3)水吸收的热量 (2)水吸收的热量Q=cm△=4.2×10J/(kg·℃)× Qw=c*m△1=4.2×10J/(kg·℃)×2.2kg 2kg×(70℃-20℃)=4.2×10J (100℃-20℃)=7.392×10J 本次加热过程消耗的电能W=Q-4.2X10」-5× 电火锅消耗的电能 84% W=P每t=2200W×7×608=9.24×10J 103J 电火锅的加热效率 P550W (3)此时通过电路的电流1一元-20V-2.5A T广0×100%=深8×100%=0% 此时电路的总电阻R==220 I2.5A =88n 6.解：(1)由P=UI得，在恒温挡时通过电热毯的电流【 串联电路总电阻等于各分电阻之和，此时滑动变阻器 -号-Y-0.15A 接入电路的电阻 (2)当开关S接“1”，滑片在最右端时，电路中只有R R'=R-R=880-22n-66Q 3.解：(1)由P=U1可得，在保温状态下电路中的电流 工作，为润温挡，最大功率为10W,由P=U-只 1-号-器-.4A 得R-g-900 =4842 (2)由P=W可得，电热水壶消耗的电能 当开关S接“1”，滑片在最左端时，可变电阻R连入电 路的阻值最大，R与R:申联，为调温挡，最小功率为 W=Pmt=1210W×100s=1.21×10J (3)水吸收的热量 __220YW=9680 50W,电路的总电阻R:=P=50W Q-m△=4.2×10J/(kg·℃)×1kg×(100℃-50℃) 可变电阻R的最大阻值R大=R。一R=968n一484Q= =2.1×10J 484n 4.解：(1)这壶水的质量m=P*V=1.0×10kg/m× (3)水吸收的热量 1.5×10m2=1.5kg Qw=cwm(t-to)=4.2×103J/(kg·℃)×1kgX 这壶水吸收的热量 (50℃-20℃)=1.26×10J Q=ckm△t=4.2×10J/(kg·℃)×1.5kg×(100℃ 因为不计热损失，所以消耗的电能W=Q=1.26× 40℃)=3.78×10J 10J 下册参考答案 157