第32讲 焦耳定律-【暑假自学课】2025 年新九年级物理暑假提升精品讲义(沪科版2024)

第17章第3节 焦耳定律 内容导航——预习三步曲 第一步：学 析教材 学知识：教材精讲精析、全方位预习 练习题 讲典例：教材习题学解题、快速掌握解题方法 练考点 强知识：7大核心考点精准练 第二步：记 串知识 识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握 第三步：测 过关测 稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升 （学习目标：1. 能通过生活实例，认识电流的热效应。2. 能在实验的基础上引出焦耳定律，会用焦耳定律进行计算。3. 通过学习电热的利用和防止，学会辩证地看待问题。） 知识点1 电流的热效应 1.定义：电流通过导体时，把电能转化为内能的现象。 2.电热器：利用电流热效应工作的设备。 3.实验：电流产生热量与什么因素有关？ （1）原理：根据温度计升高的温度来判断电流通过电阻丝通电产生电热的多少 。 （或者细玻璃管中液面上升的高度） （2）方法：控制变量法、转换法。 （3）实验采用煤油的原因： A.煤油比热容小，在相同条件下吸热，温度升高的快。 B.是绝缘体 。 （4）实验结论： A.图甲说明：在电流和通电时间一定时，电阻越大，电流产生的热量越多。 B.图乙说明：在电阻和通电时间一定时，电流越大，电流产生的热量越多。 C.另外，在电流和电阻一定时，通电时间越长，电流产生热量越多。 知识点2 焦耳定律 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。 2.公式：Q=I2Rt (适用于所有电路) （1）单位：J、A、 Ω、S。 （2）变形公式：已知其中3个物理量，就可以求第4个量。 3.对于纯电阻电路可推导出： Q=W=UIt； Q=W= U2t/R； Q=W=Pt。 特别强调：电能必须全部转化为内能才能用。 4.发热功率： P热=Q/t=I2Rt/t=I2R 5.电热器： （1）定义：利用电流的热效应而制成的发热设备。 （2）组成：电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的合金制成。 （3）优点：清洁卫生没有污染、热效率高、方便控制和调节温度。 6.电热的防止：用电器开散热窗、电脑装电风扇等。 教材习题01 电视机、电吹风机、电磁炉、洗衣机、电水壶等常见用电器中，主要利用电流的热效应工作的有哪些？ 解析： 电水壶。 【答案】电水壶。 教材习题02 一电热器电阻丝的电阻为120Ω，接在220V 的电路中，通电15min 产生__________ J 的热量。 解析： 电热器电阻丝为纯电阻电路，则由Q=W=U2t/R可得通电 15 min 产生的热量3.63×105J 【答案】3.63×105J。 教材习题03 在相等的时间内，电热丝甲比电热丝乙放出的热量多，则（   ） A．甲的电阻一定比乙的电阻大 B．甲两端的电压一定比乙两端的电压大 C．甲消耗的电功率一定比乙消耗的电功率大 D．通过甲的电流一定比通过乙的电流大 解析： 电热丝通电后放出热量，其增加的内能由电能转化而来；由Q=W=Pt可知：在相同时间内产生热量多，就意味着单位时间内电流做的功多，则甲消耗的电功率一定比乙消耗的电功率大，而功率的大小可能与导体两端的电压、通过的电流、本身的阻值有关；所以无法比较电热丝甲与电热丝乙两端的电压、通过的电流、本身的阻值大小。 【答案】C。 教材习题04 有两个电阻R1:R2=1:2。当两个电阻串联时，相同时间内电流通过两个電阻产生的热量之比为 ；当两个电阻并联时，相同时过两个电阻产生的热量之比为 。 解析： （1）因为Q=I2Rt，电阻串联，电流和时间相等，所以电热与电阻成正比； （2）因为W=U2t/R，电阻并联，电压和时间相等，所以电热与电阻成反比； 【答案】1:2、2:1 。 教材习题05 某导体电阻为20Ω，通电1min 产生的热量是 4800J。求： （1）通过它的电流为多少？ （2）当通过它的电流增大1倍时，在相同的时间内产生的热量是多少？ 解析： （1）通过它的电流为 I= √Q/Rt=√4800J/20Ω×60s=2A （2）当通过它的电流增大1倍时，在相同的时间内产生的热量是 Q=I²Rt=(4A)² ×20Ω×60s=1.92×104J 【答案】见解析 。 教材习题06 一台电动机的额定电压是 220 V，其电阻是 1 Ω。正常工作时，通过的电流为5 A，则电动机因发热损失的功率为 。 解析： 电动机因发热损失的功率 P热=UI=I2R=(5A)2×1Ω=25W 故ACD不符合题意，B符合题意。 【答案】A。 / 考点一 电流的热效应 1．如图所示是一款暖宝宝，通电后其内部加热棒可以对液体进行加热，这是利用了电流具有______效应。在加热过程中，加热棒将电能转化为_____能，为了能使暖宝放出更多的热量，暖宝内应充入比热容_____（填“大”或“小”）的液体。 【答案】热，内，大。 【详解】加热棒可以对液体进行加热是因为由于电流的热效应，电流流过导体时产生热量。 加热过程中，电能转化为暖宝内液体的内能，使其内部液体温度升高。 由吸热公式可得，在相同的条件下，比热容大的液体放出的热量更多，所以想要使暖宝放出更多的热量，应该选用比热容大的液体。 2．下列利用电流热效应工作的用电器是（    ） A．电视机 B．电风扇 C．电脑 D．电炉 【答案】D 【解析】A．电视机工作时电能不是主要转化为内能，不是利用电流热效应工作的，故A不符合题意； B．电风扇工作时电能主要转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故B不符合题意； C．电脑工作时电能不是主要转化为内能，不是利用电流热效应工作的，故C不符合题意； D．电炉工作时电能主要转化为内能，是利用电流热效应工作的，故D符合题意。 故选D。 3．下列实例中，为了防止电热产生危害的是（　　） A．用电熨斗熨衣服 B．高空飞行员所穿衣服里有电热保温装置 C．电视机的机壳上有许多小孔 D．孵化家禽的电热孵卵机 【答案】C 【详解】ABD．电熨斗、高空飞行员所穿衣服里的电热保温装置、孵化家禽的电热孵卵机都是利用电热来为人类服务，故ABD不符合题意； C．电视机的机壳上有许多小孔是为了把各电器元件工作时产生的热量及时散失掉，即是为了防止电热危害，故C符合题意。 故选C。 4．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。 （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型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，__________。 （3）实验中通过观察U型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__________。 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 【答案】（1）甲、乙 串联 （2）通过导体的电流越大，产生的热量越多 （3）B 【解析】（1）要研究电热与电阻的关系，需要控制通过电阻的电流与通电时间相同，而电阻的阻值不同，因此选用甲和乙组合，将它们串联接到电源两端进行实验。 （2）乙和丙，由于串联在电路中，可知通过电路乙中5Ω电阻的电流大于通过丙中5Ω电阻的电流，当在通电时间相同的情况下，发现乙装置U型管中液面高度变化大，可知气压差越大，温度差越大，热量越多，可以得出的结论是：通过导体的电流越大，产生的热量越多。 （3） A．实验中通过观察U型管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，这用到了转化法，而探究电流与电压、电阻的关系时，用到的方法是控制变量法，故A不符合题意； B．用铁屑显示磁体周围磁场分布时，磁体周围磁场的强弱转化为吸引铁屑的多少，故B符合题意； C．研究光的传播时，引入“光线”，这是模型法，故C不符合题意； D．探究平面镜成像的特点，用到的是替代法，故D不符合题意。 故选B。 5．在探究“电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关”的实验中，采用了如图电路。 （1）为了在短时间内达到明显的实验效果，两烧瓶中应装入质量和初温都相同的___________（选填“水”或“煤油”），实验中通过观察___________来比较电流通过导体产生热量的多少； （2）如图甲所示，两烧瓶中装有阻值不同的电热丝，以探究电流通过导体产生的热量与___________的关系； （3）如图乙所示，两烧瓶中装有阻值相同的电热丝，闭合开关，调节滑动变阻器，使两电流表示数___________（选填“相同”或“不同”），可以探究电流通过导体产生的热量与___________的关系。 【答案】煤油 温度计的示数 电阻 不同 电流 【详解】 （1）[1]两个烧瓶中应装入质量和初温相同的煤油，因为煤油的比热容较小，在吸收较少热量，便能升温较明显。 [2]实验中，可通过观察温度计的示数来比较电流通过导体时产生热量的多少，因为导体产生的热量不同，烧杯中煤油吸收的热量也不同，则温度计示数也不同。 （2）[3]图甲中，两电阻不同的电热丝串联在电路中，则通过电热丝的电流相同，那么探究的是电流通过导体产生热量与电阻的关系。 （3）[4][5]图乙中，两个阻值相同的电热丝分别与电流表和滑动变阻器串联后，再并联在电路中，那么应调节变阻器的滑片让两个电流表的示数不同，即通过两电热丝的电流不同，这样便可探究电流通过导体产生的热量与电流的关系。 考点二 焦耳定律 1．将电能输送到几百千米之外的用户，在输电线上会有能量的损耗，这主要是由于电流的____效应引起的。某段输电线路的总电阻为0.5Ω，输送电流为100A，每输电1min，这段线路便会损耗______J的电能。 【答案】热，3×105. 【解析】由于输电线有电阻，电流通过导体一部分电能转化为内能，造成电能的损耗，这种现象叫电流的热效应。 根据焦耳定律可得，这段电路损耗的电能为 Q=I2Rt=（100A）2×0.5Ω×1×60s=3×105J 2．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条阻值均为的电阻丝并联而成，简化结构如图所示。该装置与12V的汽车电池接通工作1min，产生的总热量为________J。 【答案】3600 【解析】由于5条电阻丝并联，所以每根电阻丝两端的电压都为12V，每根电阻丝流过的电流是，电路中总电流是，电加热除雾装置的加热功率，1min产生的热量为W＝Pt＝60W×1×60s＝3600J 3．小强同学利用家庭实验室中的器材，设计了一个可调节功率的简易“电饭锅”，如图所示，电源电压为6V，电阻丝，，a、b是两个触点。闭合开关S，当开关接通触点______时，“电饭锅”的功率更大。将接入电路工作3min产生的热量是______J。 【答案】a 432 【解析】闭合开关S，当开关接通触点a时，连入电路中，当开关接通触点b时，R2连入电路中，已知R1的阻值较小，根据可知，当开关接通触点a时，“电饭锅”的功率更大。 将接入电路工作3min产生的热量是 4．如图所示，是超市常用的塑料袋封口夹电路原理图，电源电压为，电热丝R阻值为。闭合开关S，电热丝温度升高，利用电流的 效应实现高温封口，内产生的热量为 J，若使用时总把塑料袋烫坏，可以 （选填“增大”或“减小”）电热丝的阻值。    【答案】 热 75 增大 【解析】[1]塑料袋封口夹是当电热丝有电流通过时，电热丝能发出热量，所以利用电流的热效应实现高温封口的。 [2]电源电压为 5V ，电热丝R阻值为 1Ω ，则3s 内产生的热量 [3]使用时总把塑料袋烫坏，即产生热量过多，则需要减小电热丝的功率，由可知，电压一定时，增大电阻，可以减小电热丝的功率。 5．将规格都是“220V、1000W”的一台空调、一台吹风机和电烤箱分别接入家庭电路中，通电时间相同，下列说法正确的是（　　） A．电烤箱产生的热量最多 B．空调产生的热量最多 C．吹风机产生的热量最多 D．三个用电器产生的热量一样多 【答案】A 【详解】家庭电路电压是220V，三个电器都在额定电压下工作，实际功率相同都是1000W，通电相同时间，由W=Pt可知，三个用电器在相同时内消耗的电能相同。 A．电烤箱工作时，电能全部转化为内能，产生的热量最多，故A正确； B．空调工作时，大部分电能使压缩机和电风扇转动，转化成机械能；只有一小部分电能使压缩机和电风扇的线圈发热，产生少量的热量，故B不正确； C．吹风机工作时，一部分电能使风扇转动，转化成机械能；一部分电能使电热丝发热，产生热量，故C不正确。 D．三个用电器消耗的电能相同，但产生的热量不同，故D不正确。 故选A。 6．如图甲为一只家用电吹风，它内部有一根电热丝和一个产生强风的风扇。 （1）小丽给家里的猫咪洗完澡，用电吹风帮猫咪吹干毛发后，发现原本干净的电吹风尾部吸附了不少毛发，造成这一现象的物理原理是______； （2）如图乙为电吹风的内部电路简图，通过开关S1和S2实现冷风和热风两挡功能，电热丝应该接在图中______（选填“A”或“B”）位置； （3）该电吹风的部分参数如下表，电吹风冷风挡正常工作时，通过风扇的电流是多少？（保留两位小数）电热丝的电阻及其1min内产生的热量是多少？ 额定电压 220V 热风功率 1250W 冷风功率 40W    【答案】（1）流体中流速越大的位置，压强越小；（2）B；（3）0.18A，7.26×104J 【详解】（1）在使用电风扇时，入风口处空气流速较大，根据流体压强与流速的关系可知，流速越大的位置，压强越小，所以就能把这些毛发压到压强小的地方去。 （2）由图乙所示，电吹风内部有一根电热丝和一个产生强风的风扇并联，开关S1控制干路，开关S2应该控制电热丝的支路，所以风扇装在A处，电热丝装在B处，当开关S1闭合S2断开时，风扇正常工作吹冷风；当两个开关都闭合时，风扇和电热丝同时工作，电吹风吹出热风。 （3）由表中参数可得通过风扇的电流为 I=P/U=40W/220V=0.18A 电吹风热风档正常工作时，电热丝的电功率为 P1=1250W-40W=1210W 则电热丝的电阻为 R＝==40Ω 电热产生的热量为 Q=W=Pt=1210W×1×60s=7.26×104J 知识导图记忆 核心知识目标复核 1．电流的热效应定义、应用。 2．电流产生热量与哪些因素有关。 3．焦耳定律的内容、表达式、应用。 一、填空题 1．如图所示，汽车后视镜内部镶嵌了电热丝，使镜片具有除雾、除霜的功能。这是利用了电流的 效应，并通过 的方式使后视镜的温度升高，从而快速有效地融化霜层，驱散雾气，确保后视镜保持清晰的视野，以保障行车安全。 【答案】 热 热传递 【详解】[1]汽车后视镜内部镶嵌了电热丝，电热丝通电后，会放出热量，是将电能转化为内能，所以利用了电流的热效应。 [2]电热丝放出热量，后视镜吸收热量，所以是通过热传递的方式使后视镜的温度升高。 2．小华将电阻丝R1和R2（R1>R2）分别浸没在质量和初温均相同的煤油中，按如图所示接入电路，开关闭合后，通过两电阻丝的 相等，通电一段时间，发现甲瓶中温度计的示数上升 。    【答案】 电流 高 【详解】[1][2]图中两个电阻串联时，两个电阻的电流相等，通电时间相等，通电一段时间，发现甲瓶中温度计的示数上升高，电流产生的热量越多，已知R1>R2，可以得到在电流和通电时间相等时，电阻越大，电流产生的热量越多。 3．如图装置中，为了探究电流通过导体时产生热量的多少与电流大小的关系，应使图中 两个电阻丝的阻值相等。如果实验过程中，电源电压保持不变，电阻丝短路，相同时间电流通过产生的热量会 。 【答案】 、 增大 【详解】[1]根据焦耳定律可知，电流通过导体产生的热量与电流大小、通电时间、电阻大小有关，探究电流通过导体产生的热量与电流大小关系，需控制电阻和通电时间相同，电流不同，与并联，所以应使图中、两个电阻丝的阻值相等，才能保证通过、的电流是不同的。 [2]如果实验过程中，电源电压保持不变，电阻丝短路，则电路中只有，通过的电流变大，相同时间电流通过产生的热量会增大。 4．随着科技的进步，电动汽车充电的速度越来越快。某自主品牌的“超级快充”是在不改变输出电压的情况下，提高输出电流，从而增大充电功率，缩短充电时间。细心的小明发现，“超级快充”的充电线比普通的充电线 （选填“更粗”或“更细”），原因是 。 【答案】 更粗 见解析 【详解】[1][2]“超级快充”的充电线比普通的充电线更粗，在其它条件相同时，导线越粗，充电线的电阻减小，根据焦耳定律Q=I2Rt可知，可以减少因为电流过大产生更多的热量，同时也可以提高导线的安全载流量，保证用电安全。 5．小明为爷爷设计了一款有“速热”和“保温”两挡的防寒服，内部电路简化如图所示。电源电压恒为6V，R1、R2是阻值恒定的电热丝，R1=4Ω，R2=1Ω。当开关S1、S2都闭合时，防寒服处于 挡；使用“速热”挡通电10s产生的热量是 J。 【答案】 速热 450 【详解】[1]由图可知，当两个开关都闭合时，R1与R2并联，由并联电路电阻规律可知，此时电路的电阻最小，电源电压一定时，由知，此时电路的电功率最大，为速热挡。 [2]速热挡通电10s产生热量 6．如图所示，不良商家为了降低成本，将多芯铜导线的根数从国家标准的32根减为26根，导致导线的横截面积 。对于长度相等的标准导线和劣质导线，劣质导线的电阻 （选填“较大”或“较小”），若在通有相同电流的情况下，相同时间内劣质导线产生的热量 （选填“较多”或“较少”）。    【答案】 减小 较大 较多 【详解】[1][2]不良商家为了降低成本，将多芯铜导线的根数从国家标准的32根减为26根，导致导线横截面积减小，在长度、材料不变的情况下，横截面积越小，电阻越大，所以劣质导线的电阻较大。 [3]根据焦耳定律公式Q＝I2Rt知，在电流、通电时间相同的情况下，劣质导线电阻较大，产生的热量较多，温度较高，安全隐患较大。 7．如图所示，这是具有加热挡和保温挡的某款电加热器的简化电路，其中发热体的阻值R1=R2=48.4Ω。当开关S置于1位置时，电加热器处于 （选填“加热”或“保温”）挡，正常工作一段时间产生的总热量为1.2×105J；然后将开关S置于2位置，让电加热器正常工作相同的时间，产生的总热量为 J。 【答案】 加热 【详解】[1]当开关S置于1位置时，此时电路为两电阻并联，电路中的总电阻最小，根据可知，电功率最大，电加热器处于加热挡。 [2]电加热器处于加热状态，产生热量为1.2×105J，电热器工作的时间为： 将开关S置于2位置时，此时电路为R1单独串联，让电加热器正常工作相同的时间，产生的总热量为 二、单选题 8．在一个密闭的屋子里，有人建议用正在工作的电冰箱降低室内平均温度，正确的做法是（　　） A．打开电冰箱的门 B．降低制冷温度后，再打开电冰箱的门 C．升高制冷温度后，再打开电冰箱的门 D．拔掉电源，打开电冰箱的门 【答案】D 【详解】打开电冰箱门，不能降低室温，因为冰箱致冷是靠压缩机把热量从冰箱内带到冰箱外，排出的热量还在室内。同时由于电动压缩机工作时要发热，反而会使房间内的温度升高，故应拔掉电源，打开电冰箱的门电冰箱，降低室内平均温度。 故选D。 9．下列实例中利用电流热效应的是（    ） A．电视机后盖有很多散热孔 B．电水壶加热饮用水 C．服务器建立在阴凉通风处 D．手机的散热装置 【答案】B 【详解】A．电视机后盖有很多散热孔，是为了把各电器元件产生的热量及时散失掉，不是利用电流的热效应，故A不符合题意； B．电水壶是利用了电流的热效应来给水加热的，故B符合题意； C．服务器建立在阴凉通风处，是为了加快空气的流动，降低服务器的温度，不是利用电流的热效应，故C不符合题意； D．手机的散热装置，是为了降低手机的温度，不是利用电流的热效应，故D不符合题意。 故选B。 10．如图所示实验装置中，电阻丝R1和R2分别密封在两只完全相同的容器中，且R1＜R2，两容器中装有质量相等的油。实验过程中，电阻丝产生的热量全部被油吸收且两容器中的油均未沸腾。下列说法正确的是（　　） A．通过R1的电流大于通过R2的电流 B．甲温度计示数上升得较快 C．两电阻丝产生热量的多少可以通过甲、乙温度计示数的变化进行比较 D．图中实验装置可以用来探究电流产生热量的多少与电流大小的关系 【答案】C 【详解】A．根据串联电路电流的规律，通过R1的电流等于通过R2的电流，故A错误； B．两电阻串联，通过的电流和通电时间相同，根据Q=I2Rt，已知R1<R2，R2产生的热量多，则乙温度计示数上升得较快，故B错误； C．容器中油的质量相同、比热容相同，根据Q=cmΔt，温度升高得高的油吸收热量多，所以两电阻丝产生热量的多少可以通过甲、乙温度计示数的变化进行比较，故C正确； D．探究电流产生热量的多少与电流大小，要控制电阻和通电时间相同，只改变电流大小，由图可知，电流大小不能改变，故D错误。 故选C。 11．如图所示甲和乙两个密闭容器中的电阻一样大，如果另将一个等大的电阻（在密闭容器的外部）和乙容器内的电阻并联，通电一段时间后，观察两个U形管中液面高度的变化。实验现象分析正确的是（　　） A．两个密闭容器中空气的温度变化的快慢一样 B．甲容器空气膨胀快 C．乙容器内产生的热量多 D．乙容器相连的U形管液面高度上升快 【答案】B 【详解】A．由图知，外置的5Ω电阻和乙容器内的电阻并联后与甲容器中的电阻串联，由并联分流特点可知，流过甲容器内电阻的电流大于流过乙容器中电阻的电流，由可知，两个密闭容器中空气的温度变化的快慢不一样，故A错误； BC．流过甲容器内电阻的电流大于流过乙容器中电阻的电流，由，甲容器内电阻产生的热量更多，所以甲容器空气膨胀快，故B正确，C错误； D．甲容器内电阻产生的热量更多，所以甲容器空气膨胀快，即甲容器相连的U形管液面高度上升快，故D错误。 故选B。 12．用“电池+口香糖锡纸”能应急取火：将包裹口香糖的锡纸撕成一条中间窄、两头宽的纸带如图甲，将其涂有锡的一面与一节电池的正、负极相连，如图乙锡纸很快就冒烟燃烧起来。下列说法错误的是（　　） A．通过锡纸较窄处的电流等于较宽处的电流 B．锡纸中电荷定向移动的方向是从电源负极流向电源正极 C．取火时电源短路，热量产生过多容易烫伤皮肤 D．靠近电池两极处的锡纸先燃烧起来 【答案】D 【详解】A．接通电路后，锡箔纸宽、窄处串联，串联电路电流处处相等，所以通过锡箔纸较窄处电流等于较宽处电流，故A正确，不符合题意； B．锡箔纸中的电流从电源的正极流向负极，锡箔纸中的电子的流向是从电池的负极流向正极，故B正确，不符合题意； C．因为锡属于金属，因此具有导电性，将锡纸条带锡的一端接在电池的正极，另一端接在电池的负极，形成了电源短路，电流通过锡箔纸时产生热量，故C正确，不符合题意； D．导体的电阻与导体的材料、长度、横截面积有关；在其它条件相同时，横截面积越小，导体的电阻越大，所以较窄处电阻大，产生的热量越多，越先燃烧起来，故D错误，符合题意。 故选D。 三、实验题 13．为了探究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关，小组同学设计了如图所示的实验装置（电源、开关未画出）。 (1)实验过程中通过观察U形管内液面 反映密闭空气温度的变化，下面的探究实例中，也是采用这种研究方法的是 。 A．用总电阻表示同一段电路中串联的两个电阻 B．探究动能大小与质量、速度的关系 C．探究电功大小影响因素时，通过灯泡亮度表示电流做功多少 (2)图（a）是控制通过导体的电流和通电时间相同，探究 对产生热量多少的影响；图（b）是控制导体电阻和通电时间相同，探究 对产生热量多少的影响。 (3)小组同学进一步学习了解到：物理学家焦耳1840年就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。生活中利用电热工作的家用电器有 （请举一例）。 【答案】(1) 高度差 C (2) 电阻 电流 (3)电炉子等 【详解】（1）[1]实验过程中通过观察U形管内液面高度差反映密闭空气温度的变化，U形管内液面高度差越大，说明电流产生的热量越多，这种方法叫转换法。 [2] A．用总电阻表示同一段电路中串联的两个电阻，利用的是等效替代法，故A不符合题意； B．探究动能大小与质量、速度的关系，主要利用了控制变量法，故B不符合题意； C．探究电功大小影响因素时，通过灯泡亮度表示电流做功多少，利用了转换法，故C符合题意。 故选C。 （2）[1]图（a）两个电阻串联，串联电路电流处处相同，可以控制通过导体的电流和通电时间相同，两个电阻的阻值不同，目的是探究电阻对产生热量多少的影响。 [2]图（b）右侧容器中的电阻与另一个电阻并联后再与左侧容器中的电阻串联，是控制导体电阻和通电时间相同，通过电阻的电流不同，目的是探究电流对产生热量多少的影响。 （3）生活中利用电流热效应工作的家用电器有电炉子、电热毯、电饭锅、电暖气等等。 四、计算题 14．如图是一“88W超级快充”手机充电器，假设其配套充电线的电阻约为0.01Ω，某次充电过程中，以最大充电电流6A、用时30min就将一手机充满了，试计算该过程中充电线上将产生多少热量？ 【答案】648J 【详解】解：该过程中充电线上将产生的热量 答：该过程中充电线上将产生648J的热量。 15．如图（a）是一款额定电压为220V的艾灸理疗毯，它的工作电路如图（b）所示。R1和R2为发热电阻丝（不考虑温度对电阻的影响），旋钮开关S置于“2和3”接线柱时处于低温挡，功率为22W，置于“3和4”接线柱时处于高温挡，功率为110W。艾灸理疗毯正常工作时，求： (1)低温挡工作时的电流； (2)发热电阻丝R2的阻值； (3)高温挡工作10min，整个电路产生的热量。 【答案】(1)0.1A (2)550Ω (3)6.6×104J 【详解】（1）电压为220V，处于低温挡，功率为22W，低温挡工作时的电流 （2）置于“3和4”接线柱时处于高温挡，R1和R2并联，R1不受R2影响，功率仍为22W，故R2功率为 发热电阻丝R2的阻值 （3）此电路为纯电阻电路，因此高温挡工作10min，整个电路产生的热量 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第17章第3节 焦耳定律 内容导航——预习三步曲 第一步：学 析教材 学知识：教材精讲精析、全方位预习 练习题 讲典例：教材习题学解题、快速掌握解题方法 练考点 强知识：7大核心考点精准练 第二步：记 串知识 识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握 第三步：测 过关测 稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升 （学习目标：1. 能通过生活实例，认识电流的热效应。2. 能在实验的基础上引出焦耳定律，会用焦耳定律进行计算。3. 通过学习电热的利用和防止，学会辩证地看待问题。） 知识点1 电流的热效应 1.定义：电流通过导体时，把电能转化为内能的现象。 2.电热器：利用电流热效应工作的设备。 3.实验：电流产生热量与什么因素有关？ （1）原理：根据温度计升高的温度来判断电流通过电阻丝通电产生电热的多少 。 （或者细玻璃管中液面上升的高度） （2）方法：控制变量法、转换法。 （3）实验采用煤油的原因： A.煤油比热容小，在相同条件下吸热，温度升高的快。 B.是绝缘体 。 （4）实验结论： A.图甲说明：在电流和通电时间一定时，电阻越大，电流产生的热量越多。 B.图乙说明：在电阻和通电时间一定时，电流越大，电流产生的热量越多。 C.另外，在电流和电阻一定时，通电时间越长，电流产生热量越多。 知识点2 焦耳定律 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。 2.公式：Q=I2Rt (适用于所有电路) （1）单位：J、A、 Ω、S。 （2）变形公式：已知其中3个物理量，就可以求第4个量。 3.对于纯电阻电路可推导出： Q=W=UIt； Q=W= U2t/R； Q=W=Pt。 特别强调：电能必须全部转化为内能才能用。 4.发热功率： P热=Q/t=I2Rt/t=I2R 5.电热器： （1）定义：利用电流的热效应而制成的发热设备。 （2）组成：电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的合金制成。 （3）优点：清洁卫生没有污染、热效率高、方便控制和调节温度。 6.电热的防止：用电器开散热窗、电脑装电风扇等。 教材习题01 电视机、电吹风机、电磁炉、洗衣机、电水壶等常见用电器中，主要利用电流的热效应工作的有哪些？ 解析： 电水壶。 【答案】电水壶。 教材习题02 一电热器电阻丝的电阻为120Ω，接在220V 的电路中，通电15min 产生__________ J 的热量。 解析： 电热器电阻丝为纯电阻电路，则由Q=W=U2t/R可得通电 15 min 产生的热量3.63×105J 【答案】3.63×105J。 教材习题03 在相等的时间内，电热丝甲比电热丝乙放出的热量多，则（   ） A．甲的电阻一定比乙的电阻大 B．甲两端的电压一定比乙两端的电压大 C．甲消耗的电功率一定比乙消耗的电功率大 D．通过甲的电流一定比通过乙的电流大 解析： 电热丝通电后放出热量，其增加的内能由电能转化而来；由Q=W=Pt可知：在相同时间内产生热量多，就意味着单位时间内电流做的功多，则甲消耗的电功率一定比乙消耗的电功率大，而功率的大小可能与导体两端的电压、通过的电流、本身的阻值有关；所以无法比较电热丝甲与电热丝乙两端的电压、通过的电流、本身的阻值大小。 【答案】C。 教材习题04 有两个电阻R1:R2=1:2。当两个电阻串联时，相同时间内电流通过两个電阻产生的热量之比为 ；当两个电阻并联时，相同时过两个电阻产生的热量之比为 。 解析： （1）因为Q=I2Rt，电阻串联，电流和时间相等，所以电热与电阻成正比； （2）因为W=U2t/R，电阻并联，电压和时间相等，所以电热与电阻成反比； 【答案】1:2、2:1 。 教材习题05 某导体电阻为20Ω，通电1min 产生的热量是 4800J。求： （1）通过它的电流为多少？ （2）当通过它的电流增大1倍时，在相同的时间内产生的热量是多少？ 解析： （1）通过它的电流为 I= √Q/Rt=√4800J/20Ω×60s=2A （2）当通过它的电流增大1倍时，在相同的时间内产生的热量是 Q=I²Rt=(4A)² ×20Ω×60s=1.92×104J 【答案】见解析 。 教材习题06 一台电动机的额定电压是 220 V，其电阻是 1 Ω。正常工作时，通过的电流为5 A，则电动机因发热损失的功率为 。 解析： 电动机因发热损失的功率 P热=UI=I2R=(5A)2×1Ω=25W 故ACD不符合题意，B符合题意。 【答案】A。 / 考点一 电流的热效应 1．如图所示是一款暖宝宝，通电后其内部加热棒可以对液体进行加热，这是利用了电流具有______效应。在加热过程中，加热棒将电能转化为_____能，为了能使暖宝放出更多的热量，暖宝内应充入比热容_____（填“大”或“小”）的液体。 2．下列利用电流热效应工作的用电器是（    ） A．电视机 B．电风扇 C．电脑 D．电炉 3．下列实例中，为了防止电热产生危害的是（　　） A．用电熨斗熨衣服 B．高空飞行员所穿衣服里有电热保温装置 C．电视机的机壳上有许多小孔 D．孵化家禽的电热孵卵机 4．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。 （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型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，__________。 （3）实验中通过观察U型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__________。 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 5．在探究“电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关”的实验中，采用了如图电路。 （1）为了在短时间内达到明显的实验效果，两烧瓶中应装入质量和初温都相同的___________（选填“水”或“煤油”），实验中通过观察___________来比较电流通过导体产生热量的多少； （2）如图甲所示，两烧瓶中装有阻值不同的电热丝，以探究电流通过导体产生的热量与___________的关系； （3）如图乙所示，两烧瓶中装有阻值相同的电热丝，闭合开关，调节滑动变阻器，使两电流表示数___________（选填“相同”或“不同”），可以探究电流通过导体产生的热量与___________的关系。 考点二 焦耳定律 1．将电能输送到几百千米之外的用户，在输电线上会有能量的损耗，这主要是由于电流的____效应引起的。某段输电线路的总电阻为0.5Ω，输送电流为100A，每输电1min，这段线路便会损耗______J的电能。 2．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条阻值均为的电阻丝并联而成，简化结构如图所示。该装置与12V的汽车电池接通工作1min，产生的总热量为________J。 3．小强同学利用家庭实验室中的器材，设计了一个可调节功率的简易“电饭锅”，如图所示，电源电压为6V，电阻丝，，a、b是两个触点。闭合开关S，当开关接通触点______时，“电饭锅”的功率更大。将接入电路工作3min产生的热量是______J。 4．如图所示，是超市常用的塑料袋封口夹电路原理图，电源电压为，电热丝R阻值为。闭合开关S，电热丝温度升高，利用电流的 效应实现高温封口，内产生的热量为 J，若使用时总把塑料袋烫坏，可以 （选填“增大”或“减小”）电热丝的阻值。    5．将规格都是“220V、1000W”的一台空调、一台吹风机和电烤箱分别接入家庭电路中，通电时间相同，下列说法正确的是（　　） A．电烤箱产生的热量最多 B．空调产生的热量最多 C．吹风机产生的热量最多 D．三个用电器产生的热量一样多 6．如图甲为一只家用电吹风，它内部有一根电热丝和一个产生强风的风扇。 （1）小丽给家里的猫咪洗完澡，用电吹风帮猫咪吹干毛发后，发现原本干净的电吹风尾部吸附了不少毛发，造成这一现象的物理原理是______； （2）如图乙为电吹风的内部电路简图，通过开关S1和S2实现冷风和热风两挡功能，电热丝应该接在图中______（选填“A”或“B”）位置； （3）该电吹风的部分参数如下表，电吹风冷风挡正常工作时，通过风扇的电流是多少？（保留两位小数）电热丝的电阻及其1min内产生的热量是多少？ 额定电压 220V 热风功率 1250W 冷风功率 40W    知识导图记忆 核心知识目标复核 1．电流的热效应定义、应用。 2．电流产生热量与哪些因素有关。 3．焦耳定律的内容、表达式、应用。 一、填空题 1．如图所示，汽车后视镜内部镶嵌了电热丝，使镜片具有除雾、除霜的功能。这是利用了电流的 效应，并通过 的方式使后视镜的温度升高，从而快速有效地融化霜层，驱散雾气，确保后视镜保持清晰的视野，以保障行车安全。 2．小华将电阻丝R1和R2（R1>R2）分别浸没在质量和初温均相同的煤油中，按如图所示接入电路，开关闭合后，通过两电阻丝的 相等，通电一段时间，发现甲瓶中温度计的示数上升 。    3．如图装置中，为了探究电流通过导体时产生热量的多少与电流大小的关系，应使图中 两个电阻丝的阻值相等。如果实验过程中，电源电压保持不变，电阻丝短路，相同时间电流通过产生的热量会 。 4．随着科技的进步，电动汽车充电的速度越来越快。某自主品牌的“超级快充”是在不改变输出电压的情况下，提高输出电流，从而增大充电功率，缩短充电时间。细心的小明发现，“超级快充”的充电线比普通的充电线 （选填“更粗”或“更细”），原因是 。 5．小明为爷爷设计了一款有“速热”和“保温”两挡的防寒服，内部电路简化如图所示。电源电压恒为6V，R1、R2是阻值恒定的电热丝，R1=4Ω，R2=1Ω。当开关S1、S2都闭合时，防寒服处于 挡；使用“速热”挡通电10s产生的热量是 J。 6．如图所示，不良商家为了降低成本，将多芯铜导线的根数从国家标准的32根减为26根，导致导线的横截面积 。对于长度相等的标准导线和劣质导线，劣质导线的电阻 （选填“较大”或“较小”），若在通有相同电流的情况下，相同时间内劣质导线产生的热量 （选填“较多”或“较少”）。    7．如图所示，这是具有加热挡和保温挡的某款电加热器的简化电路，其中发热体的阻值R1=R2=48.4Ω。当开关S置于1位置时，电加热器处于 （选填“加热”或“保温”）挡，正常工作一段时间产生的总热量为1.2×105J；然后将开关S置于2位置，让电加热器正常工作相同的时间，产生的总热量为 J。 二、单选题 8．在一个密闭的屋子里，有人建议用正在工作的电冰箱降低室内平均温度，正确的做法是（　　） A．打开电冰箱的门 B．降低制冷温度后，再打开电冰箱的门 C．升高制冷温度后，再打开电冰箱的门 D．拔掉电源，打开电冰箱的门 9．下列实例中利用电流热效应的是（    ） A．电视机后盖有很多散热孔 B．电水壶加热饮用水 C．服务器建立在阴凉通风处 D．手机的散热装置 10．如图所示实验装置中，电阻丝R1和R2分别密封在两只完全相同的容器中，且R1＜R2，两容器中装有质量相等的油。实验过程中，电阻丝产生的热量全部被油吸收且两容器中的油均未沸腾。下列说法正确的是（　　） A．通过R1的电流大于通过R2的电流 B．甲温度计示数上升得较快 C．两电阻丝产生热量的多少可以通过甲、乙温度计示数的变化进行比较 D．图中实验装置可以用来探究电流产生热量的多少与电流大小的关系 11．如图所示甲和乙两个密闭容器中的电阻一样大，如果另将一个等大的电阻（在密闭容器的外部）和乙容器内的电阻并联，通电一段时间后，观察两个U形管中液面高度的变化。实验现象分析正确的是（　　） A．两个密闭容器中空气的温度变化的快慢一样 B．甲容器空气膨胀快 C．乙容器内产生的热量多 D．乙容器相连的U形管液面高度上升快 12．用“电池+口香糖锡纸”能应急取火：将包裹口香糖的锡纸撕成一条中间窄、两头宽的纸带如图甲，将其涂有锡的一面与一节电池的正、负极相连，如图乙锡纸很快就冒烟燃烧起来。下列说法错误的是（　　） A．通过锡纸较窄处的电流等于较宽处的电流 B．锡纸中电荷定向移动的方向是从电源负极流向电源正极 C．取火时电源短路，热量产生过多容易烫伤皮肤 D．靠近电池两极处的锡纸先燃烧起来 三、实验题 13．为了探究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关，小组同学设计了如图所示的实验装置（电源、开关未画出）。 (1)实验过程中通过观察U形管内液面 反映密闭空气温度的变化，下面的探究实例中，也是采用这种研究方法的是 。 A．用总电阻表示同一段电路中串联的两个电阻 B．探究动能大小与质量、速度的关系 C．探究电功大小影响因素时，通过灯泡亮度表示电流做功多少 (2)图（a）是控制通过导体的电流和通电时间相同，探究 对产生热量多少的影响；图（b）是控制导体电阻和通电时间相同，探究 对产生热量多少的影响。 (3)小组同学进一步学习了解到：物理学家焦耳1840年就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。生活中利用电热工作的家用电器有 （请举一例）。 四、计算题 14．如图是一“88W超级快充”手机充电器，假设其配套充电线的电阻约为0.01Ω，某次充电过程中，以最大充电电流6A、用时30min就将一手机充满了，试计算该过程中充电线上将产生多少热量？ 15．如图（a）是一款额定电压为220V的艾灸理疗毯，它的工作电路如图（b）所示。R1和R2为发热电阻丝（不考虑温度对电阻的影响），旋钮开关S置于“2和3”接线柱时处于低温挡，功率为22W，置于“3和4”接线柱时处于高温挡，功率为110W。艾灸理疗毯正常工作时，求： (1)低温挡工作时的电流； (2)发热电阻丝R2的阻值； (3)高温挡工作10min，整个电路产生的热量。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$