《专题十七焦耳定律》----2025-2026学年沪粤版物理九年级上学期

九年级上册《专题十七焦耳定律》沪粤版(2024)2025年同步练习卷【广西专用】 一阶 概念夯基础 【名师面对面-培优手拉手】 · 焦耳定律的 “本质”：电流流过导体产热的规律 · 焦耳定律就像 “电流的发热说明书”，告诉我们电流流过导体时会产生热量，而且热量的多少有固定规律。比如电暖器通电后会发热，手机充电时充电器会变烫，都是电流产生热量的现象，这些热量就叫电热。 · 焦耳定律指出：电流通过导体产生的热量，跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。用公式表示就是 Q=I²Rt（Q 是热量，单位焦耳；I 是电流，单位安培；R 是电阻，单位欧姆；t 是时间，单位秒）。可以简单理解为：电流越大、电阻越大、通电时间越长，产生的热量就越多，就像烧火时，柴火越旺（电流大）、灶膛越堵（电阻大）、烧的时间越长，火就越旺，温度越高。 · 电热的 “利与弊”：有用和麻烦的热量 · 电热不全是坏事：电热水器、电饭锅、电熨斗等电器，就是利用电流产生的热量工作的，这些是 “有用的热”。但有时候电热也会带来麻烦，比如电视机、电脑工作时会发热，如果热量散不出去，会影响设备寿命，甚至烧坏元件，这时候就需要散热片、风扇来降温，这些是 “要避免的热”。 · 沪粤版教材里特别强调，纯电阻电路（比如电暖器、电饭锅，电能全部转化为热能）中，电热 Q 等于消耗的电能 W，所以也能用 W=UIt、W=U²t/R 来计算热量；但非纯电阻电路（比如电动机，电能大部分转化为机械能，少部分转化为热能）中，只能用 Q=I²Rt 计算电热，不能用其他公式，就像电动车的电机，主要是转起来带动车轮，发热只是附带的，不能用算总电能的公式来算它的发热量。 · 影响电热的 “三大因素”：电流、电阻、时间 · 电流：同样的电阻和时间，电流翻倍，热量会变成原来的 4 倍（因为跟电流平方成正比）。比如用大电流给电池充电，会比小电流充电时发热更厉害。 · 电阻：同样的电流和时间，电阻越大，热量越多。比如电炉子的电阻丝电阻很大，通电后很快发热变红；而连接它的导线电阻很小，几乎不发热。 · 时间：同样的电流和电阻，通电时间越长，热量越多。比如电水壶烧 10 分钟水，比烧 5 分钟产生的热量多。 【学霸笔记】 · “热量计算三步法” 搞定问题 · 第一步：“辨电路”—— 确定是纯电阻还是非纯电阻 · 先看用电器的工作状态： · 纯电阻电路（电能全变热能）：电暖器、电饭锅、电热毯等，计算热量时 Q=I²Rt=UIt=U²t/R，哪个公式方便用哪个。 · 非纯电阻电路（电能大部分变其他能）：电动机、充电器、电风扇等，计算热量只能用 Q=I²Rt，不能用其他公式。 · 例：求 “电熨斗工作 5 分钟产生的热量”，电熨斗是纯电阻，可用 Q=U²t/R；求 “电动机工作时线圈产生的热量”，只能用 Q=I²Rt。 · 第二步：“找已知量”—— 提取电流、电阻、时间 · 题目中通常会给出两个量，让求第三个量，注意单位要统一： · 电流 I 的单位是安培（A），电阻 R 是欧姆（Ω），时间 t 是秒（s），热量 Q 是焦耳（J）。如果时间给的是分钟，要转换成秒（1 分钟 = 60 秒）。 · 例：“一个 20Ω 的电阻，通过 0.5A 的电流，1 分钟产生多少热量？” 已知 R=20Ω，I=0.5A，t=60s，直接代入公式。 · 第三步：“选公式”—— 根据已知量选合适的公式 · 已知 I、R、t：直接用 Q=I²Rt（最基本公式，所有情况通用）。 · 已知 U、R、t（纯电阻）：用 Q=U²t/R（不用算电流，更方便）。 · 已知 U、I、t（纯电阻）：用 Q=UIt（计算简单）。 · 例：纯电阻电路中，U=220V，R=110Ω，t=10s，求 Q。用 Q=U²t/R=(220²×10)/110=4400J，比先算电流再用 I²Rt 更快捷。 · 三、避坑技巧：这些 “发热陷阱” 要避开 · 非纯电阻用错公式：给电动机算热量时，用了 Q=UIt，这其实算的是总电能，而电动机的热量只是其中一小部分，会导致结果偏大。 · 单位不统一：时间用分钟直接代入公式，比如把 5 分钟当 5 秒算，结果会差 60 倍。 · 忽略 “串联分压” 或 “并联分流”：在串并联电路中计算电热时，要先算各导体的电流或电压。比如串联电路中电流处处相等，用 Q=I²Rt 比较方便；并联电路中电压相等，纯电阻用 Q=U²t/R 更方便。 · 混淆 “电阻大小对热量的影响”：以为电阻大热量就一定多，其实要看电流是否相同。比如并联电路中，电阻大的支路电流小，可能产生的热量反而少（比如导线电阻小但电流大，可能比大电阻的用电器产热多）。 · 焦耳定律其实就是 “电流生热的算账方法”，记住 “电流平方、电阻、时间，三者相乘得热量”，再分清电路类型，选对公式，就能轻松算出电流产生的热量。就像算烧火的柴量，知道火势大小（电流）、灶膛阻力（电阻）、烧火时间，就能算出总发热量，是不是很简单？ 二阶 习题针对练 1．近期，小刚在家用功率1kW电热水壶（如图），在额定电压下，将一壶水在1标准大气压从常温加热至沸腾，烧水壶的效率为80%，所需的时间为（　　） A．7min B．15min C．20min D．30min 2．若某家庭使用的电热水器额定功率为2000W，容积为60L，加满水后接通电源，把初温为10℃的水加热到70℃，则这些水吸收的热量是 　 　 J，若该电热水器的效率为90%，则需要加热的时间为 　 　 s。[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃） 3．一台电动机的额定电压是220V，其线圈电阻是4Ω，正常工作时，通过的电流为5A，则电流在1min内线圈产生热量为 　 　 J；若只考虑电动机因发热而损失能量的因素，则该电动机的效率η＝　 　 。 4．某品牌电动玩具警车的内部等效电路如图，电源电压6V，阻值为2Ω的警灯与线圈电阻为0.5Ω的电动机串联。当玩具警车正常匀速行驶时，通过电动机线圈的电流为1A，则警灯两端的电压是 　 　 V；2min内电动机线圈产生的热量是 　 　 J，2min内电动机转化的机械能为 　 　 J。 5．如图所示，电源电压保持4.5V不变，电压表量程0～3V，滑动变阻器的最大阻值20Ω，小灯泡L标有“2.5V 1.25W”的字样。闭合开关后，当小灯泡正常发光时，电路中允许通过的最大电流为 　 　 A，若小灯泡的电阻不变，在此电路中小灯泡工作时的最小功率为 　 　 。 6．中国空间站“天和”核心舱是天宫的组成部分，首次采用了大面积可展收柔性太阳能电池翼，单翼的发电功率可达9kW。如果单翼发电功率为7kW时并发电1小时，可使1.4kW的空调工作 　 　 小时，这些电能用于电热水器对水加热，有50%转化为水的内能，能使100kg水从20℃升高到 　 　 ℃。 7．某款燃气和电热两种热水器。 （1）燃气热水器以天然气为燃料。若在燃气热水器中加入10kg、20℃的水，加热6min，水温升高至60℃，消耗天然气0.105m3（水的比热容是4.2×103J/（kg•℃，天然气的热值为4×107J/m3） 额定电压 220V 加热功率 2000W 保温功率 110W 水箱容积 16L 求：①水吸收的热量； ②该燃气热水器的加热效率； （2）电热热水器简化电路图如图，其参数如表。R1、R2是发热电阻丝。 求：①R1、R2的电阻值。 ②热水器正常工作的加热效率为80%，现将质量为10kg、20℃的水水温升高至60℃，加热需要多长时间？ 三阶 拓展思维练 8．如图甲所示是一款紫砂电饭锅，其简化电路如图乙所示，R1、R2是电热丝，R1的阻值为110Ω，通过单独或同时闭合S1、S2实现低温、中温、高温三个挡位间的切换，其铭牌如表所示，求： （1）低温挡加热时电流的大小； （2）电热丝R2的阻值； （3）已知该电饭锅的加热效率是80%，粥的比热容c粥＝4.0×103J/（kg•℃），将1.1kg的粥用高温挡从20℃加热到74℃需要的时间。 加热效率 80% 额定电压 220V 电功率 低温挡 440W 中温挡 880W 高温挡 九年级上册《专题十七焦耳定律》沪粤版(2024)2025年同步练习卷【广西专用】 一阶 概念夯基础 【名师面对面-培优手拉手】 · 焦耳定律的 “本质”：电流流过导体产热的规律 · 焦耳定律就像 “电流的发热说明书”，告诉我们电流流过导体时会产生热量，而且热量的多少有固定规律。比如电暖器通电后会发热，手机充电时充电器会变烫，都是电流产生热量的现象，这些热量就叫电热。 · 焦耳定律指出：电流通过导体产生的热量，跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。用公式表示就是 Q=I²Rt（Q 是热量，单位焦耳；I 是电流，单位安培；R 是电阻，单位欧姆；t 是时间，单位秒）。可以简单理解为：电流越大、电阻越大、通电时间越长，产生的热量就越多，就像烧火时，柴火越旺（电流大）、灶膛越堵（电阻大）、烧的时间越长，火就越旺，温度越高。 · 电热的 “利与弊”：有用和麻烦的热量 · 电热不全是坏事：电热水器、电饭锅、电熨斗等电器，就是利用电流产生的热量工作的，这些是 “有用的热”。但有时候电热也会带来麻烦，比如电视机、电脑工作时会发热，如果热量散不出去，会影响设备寿命，甚至烧坏元件，这时候就需要散热片、风扇来降温，这些是 “要避免的热”。 · 沪粤版教材里特别强调，纯电阻电路（比如电暖器、电饭锅，电能全部转化为热能）中，电热 Q 等于消耗的电能 W，所以也能用 W=UIt、W=U²t/R 来计算热量；但非纯电阻电路（比如电动机，电能大部分转化为机械能，少部分转化为热能）中，只能用 Q=I²Rt 计算电热，不能用其他公式，就像电动车的电机，主要是转起来带动车轮，发热只是附带的，不能用算总电能的公式来算它的发热量。 · 影响电热的 “三大因素”：电流、电阻、时间 · 电流：同样的电阻和时间，电流翻倍，热量会变成原来的 4 倍（因为跟电流平方成正比）。比如用大电流给电池充电，会比小电流充电时发热更厉害。 · 电阻：同样的电流和时间，电阻越大，热量越多。比如电炉子的电阻丝电阻很大，通电后很快发热变红；而连接它的导线电阻很小，几乎不发热。 · 时间：同样的电流和电阻，通电时间越长，热量越多。比如电水壶烧 10 分钟水，比烧 5 分钟产生的热量多。 【学霸笔记】 · “热量计算三步法” 搞定问题 · 第一步：“辨电路”—— 确定是纯电阻还是非纯电阻 · 先看用电器的工作状态： · 纯电阻电路（电能全变热能）：电暖器、电饭锅、电热毯等，计算热量时 Q=I²Rt=UIt=U²t/R，哪个公式方便用哪个。 · 非纯电阻电路（电能大部分变其他能）：电动机、充电器、电风扇等，计算热量只能用 Q=I²Rt，不能用其他公式。 · 例：求 “电熨斗工作 5 分钟产生的热量”，电熨斗是纯电阻，可用 Q=U²t/R；求 “电动机工作时线圈产生的热量”，只能用 Q=I²Rt。 · 第二步：“找已知量”—— 提取电流、电阻、时间 · 题目中通常会给出两个量，让求第三个量，注意单位要统一： · 电流 I 的单位是安培（A），电阻 R 是欧姆（Ω），时间 t 是秒（s），热量 Q 是焦耳（J）。如果时间给的是分钟，要转换成秒（1 分钟 = 60 秒）。 · 例：“一个 20Ω 的电阻，通过 0.5A 的电流，1 分钟产生多少热量？” 已知 R=20Ω，I=0.5A，t=60s，直接代入公式。 · 第三步：“选公式”—— 根据已知量选合适的公式 · 已知 I、R、t：直接用 Q=I²Rt（最基本公式，所有情况通用）。 · 已知 U、R、t（纯电阻）：用 Q=U²t/R（不用算电流，更方便）。 · 已知 U、I、t（纯电阻）：用 Q=UIt（计算简单）。 · 例：纯电阻电路中，U=220V，R=110Ω，t=10s，求 Q。用 Q=U²t/R=(220²×10)/110=4400J，比先算电流再用 I²Rt 更快捷。 · 三、避坑技巧：这些 “发热陷阱” 要避开 · 非纯电阻用错公式：给电动机算热量时，用了 Q=UIt，这其实算的是总电能，而电动机的热量只是其中一小部分，会导致结果偏大。 · 单位不统一：时间用分钟直接代入公式，比如把 5 分钟当 5 秒算，结果会差 60 倍。 · 忽略 “串联分压” 或 “并联分流”：在串并联电路中计算电热时，要先算各导体的电流或电压。比如串联电路中电流处处相等，用 Q=I²Rt 比较方便；并联电路中电压相等，纯电阻用 Q=U²t/R 更方便。 · 混淆 “电阻大小对热量的影响”：以为电阻大热量就一定多，其实要看电流是否相同。比如并联电路中，电阻大的支路电流小，可能产生的热量反而少（比如导线电阻小但电流大，可能比大电阻的用电器产热多）。 · 焦耳定律其实就是 “电流生热的算账方法”，记住 “电流平方、电阻、时间，三者相乘得热量”，再分清电路类型，选对公式，就能轻松算出电流产生的热量。就像算烧火的柴量，知道火势大小（电流）、灶膛阻力（电阻）、烧火时间，就能算出总发热量，是不是很简单？ 二阶 习题针对练 1．近期，小刚在家用功率1kW电热水壶（如图），在额定电压下，将一壶水在1标准大气压从常温加热至沸腾，烧水壶的效率为80%，所需的时间为（　　） A．7min B．15min C．20min D．30min 【答案】A 【解答】解：电热水壶的容积约为V＝1L＝1dm3＝1×10﹣3m3， 由ρ可知，电热水壶内水的质量：m＝ρV＝1.0×103kg/m3×1×10﹣3m3＝1kg， 一个标准大气压下，水的沸点是100℃， 水吸热的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（100℃﹣20℃）＝3.36×105J， 由η可知，电热水壶消耗的电能：W4.2×105J， 由P可知，加热所需的时间：t′420s＝7min。 故选：A。 2．若某家庭使用的电热水器额定功率为2000W，容积为60L，加满水后接通电源，把初温为10℃的水加热到70℃，则这些水吸收的热量是 　1.512×107 J，若该电热水器的效率为90%，则需要加热的时间为 　8400　 s。[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃） 【答案】1.512×107；8400。 【解答】解：由ρ可知，水的质量：m＝ρV＝1.0×103kg/m3×60×10﹣3m3＝60kg， 水吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×60kg×（70℃﹣10℃）＝1.512×107J； 由η可知，电热水器消耗的电能：W1.68×107J， 由P可知，加热的时间：t′8400s。 故答案为：1.512×107；8400。 3．一台电动机的额定电压是220V，其线圈电阻是4Ω，正常工作时，通过的电流为5A，则电流在1min内线圈产生热量为 　6×103 J；若只考虑电动机因发热而损失能量的因素，则该电动机的效率η＝　90.9%　 。 【答案】6×103；90.9%。 【解答】解：电动机正常工作1min所做的功： W＝UIt＝220V×5A×60s＝6.6×104J； 电动机线圈产生的热量： Q＝I2Rt＝（5A）2×4Ω×60s＝6×103J， 电动机的效率： η100%100%＝90.9%。 故答案为：6×103；90.9%。 4．某品牌电动玩具警车的内部等效电路如图，电源电压6V，阻值为2Ω的警灯与线圈电阻为0.5Ω的电动机串联。当玩具警车正常匀速行驶时，通过电动机线圈的电流为1A，则警灯两端的电压是 　2　 V；2min内电动机线圈产生的热量是 　60　 J，2min内电动机转化的机械能为 　420　 J。 【答案】2；60；420 【解答】解：由图可知，警灯和电动机串联，根据串联电路的电流特点可知，通过警灯的电流IL＝IM＝1A； 由I可知，警灯两端的电压：UL＝ILRL＝1A×2Ω＝2V； 2min内电动机线圈产生的热量：QRMt＝（1A）2×0.5Ω×2×60s＝60J； 整个电路消耗的电能为：W＝UIt＝6V×1A×2×60s＝720J； 灯泡消耗的电能为：W'RLt＝（1A）2×2Ω×2×60s＝240J； 2min内电动机转化的机械能为：E＝W﹣Q﹣W'＝720J﹣60J﹣240J＝420J。 故答案为：2；60；420。 5．如图所示，电源电压保持4.5V不变，电压表量程0～3V，滑动变阻器的最大阻值20Ω，小灯泡L标有“2.5V 1.25W”的字样。闭合开关后，当小灯泡正常发光时，电路中允许通过的最大电流为 　0.5　 A，若小灯泡的电阻不变，在此电路中小灯泡工作时的最小功率为 　0.45W　 。 【答案】0.5；0.45W。 【解答】解：（1）由图可知，灯泡L与变阻器R串联，电压表测量变阻器两端的电压，由灯泡的铭牌参数可知，灯泡的额定电压：U额＝2.5V，灯泡的额定功率：P额＝1.25W， 根据P＝UI可得灯泡的额定电流：I额0.5A， 由欧姆定律可得灯丝电阻：RL5Ω； （2）当变阻器的接入电阻变大时电路中的电流变小，灯泡的电功率变小，由电压表的量程可知变阻器两端的最大电压：U滑＝3V， 根据串联电路的电压规律可知灯泡两端的最低电压：UL＝U﹣U滑＝4.5V﹣3V＝1.5V， 由串联电路电流规律和欧姆定律可得：， 所以R滑•RL5Ω＝10Ω＜20Ω， 由P＝UI可得，灯泡的最小电功率：PL0.45W。 故答案为：0.5；0.45W。 6．中国空间站“天和”核心舱是天宫的组成部分，首次采用了大面积可展收柔性太阳能电池翼，单翼的发电功率可达9kW。如果单翼发电功率为7kW时并发电1小时，可使1.4kW的空调工作 　5　 小时，这些电能用于电热水器对水加热，有50%转化为水的内能，能使100kg水从20℃升高到 　50　 ℃。 【答案】见试题解答内容 【解答】解：单翼发电功率为7kW，并发电1小时的电能为：W＝Pt＝7kW×1h＝7kW•h， 可使1.4kW的空调工作：t′5h， 电能为：W＝7kW•h＝2.52×107J， 水吸收的热量：Q吸＝ηW＝2.52×107J×50%＝1.26×107J， 可使水升高的温度30℃， 水升高到的温度为t＝t0+Δt＝20℃+30℃＝50℃。 故答案为：5；50。 7．某款燃气和电热两种热水器。 （1）燃气热水器以天然气为燃料。若在燃气热水器中加入10kg、20℃的水，加热6min，水温升高至60℃，消耗天然气0.105m3（水的比热容是4.2×103J/（kg•℃，天然气的热值为4×107J/m3） 额定电压 220V 加热功率 2000W 保温功率 110W 水箱容积 16L 求：①水吸收的热量； ②该燃气热水器的加热效率； （2）电热热水器简化电路图如图，其参数如表。R1、R2是发热电阻丝。 求：①R1、R2的电阻值。 ②热水器正常工作的加热效率为80%，现将质量为10kg、20℃的水水温升高至60℃，加热需要多长时间？ 【答案】（1）①水吸收的热量为1.68×106J； ②该燃气热水器的加热效率为40%； （2）①R1、R2的电阻值分别为415.8Ω、24.2Ω； ②加热需要为1050s。 【解答】解：（1）①水吸收的热量为：Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×10kg×（60℃﹣20℃）＝1.68×106J； ②0.126m3天然气完全燃烧放出的热量为：Q放＝Vq＝0.105m3×4×107J/m3＝4.2×106J； 该燃气热水器的加热效率为：η燃100%100%＝40%； （2）①由图可知当开关S1闭合、S2断开时，R1、R2串联，根据串联电路的电阻特点可知，此时电路中的总电阻最大，由P可知，电路中的总功率最小，电热水器处于保温挡； 当开关S1、S2都闭合时，只有R2工作，电路中的总电阻最小，总功率最大，电热水器处于加热挡； 由P可知，R2的阻值：R224.2Ω； R1、R2的串联总电阻：R440Ω， 根据串联电路的电阻特点可知，R1的阻值：R1＝R﹣R2＝440Ω﹣24.2Ω＝415.8Ω； （3）电热水器的加热效率为80%，由η电100%可知，需在消耗的电能为：W电2.1×106J； 由P可知，需要加热的时间：t′1050s。 答：（1）①水吸收的热量为1.68×106J； ②该燃气热水器的加热效率为40%； （2）①R1、R2的电阻值分别为415.8Ω、24.2Ω； ②加热需要为1050s。 三阶 拓展思维练 8．如图甲所示是一款紫砂电饭锅，其简化电路如图乙所示，R1、R2是电热丝，R1的阻值为110Ω，通过单独或同时闭合S1、S2实现低温、中温、高温三个挡位间的切换，其铭牌如表所示，求： （1）低温挡加热时电流的大小； （2）电热丝R2的阻值； （3）已知该电饭锅的加热效率是80%，粥的比热容c粥＝4.0×103J/（kg•℃），将1.1kg的粥用高温挡从20℃加热到74℃需要的时间。 加热效率 80% 额定电压 220V 电功率 低温挡 440W 中温挡 880W 高温挡 【答案】（1）低温挡加热时电流的大小为2A； （2）电热丝R2的阻值为55Ω； （3）将1.1kg的粥用高温挡从20℃加热到74℃需要的时间为225s。 【解答】解（1）由P＝UI得，低温挡加热时电流的大小为：I低2A； （2）当开关S1闭合，S2断开时，此时只有R1工作，R1的阻值为110Ω， 则R1工作时的电功率为：P1440W， 由表格的数据可知，此时电饭锅处于低温挡。 当两个开关都闭合时，电阻R1和R2并联，电路的总电阻最小，由P知，此时电路的电功率最大，电饭锅处于高温挡。 所以当开关S2闭合，S1断开时，电饭锅处于中温挡，此时只有R2工作， 由P知，电热丝R2的阻值为：R255Ω； （3））由（2）知，当两个开关都闭合时，电饭锅处于高温挡，则P高＝P低+P中＝440W+880W＝1320W， 粥吸收的热量为：Q吸＝c粥m粥（t﹣t0）＝4.0×103J/（kg•℃）×1.1kg×（74℃﹣20℃）＝2.376×105J， 高温挡加热时电流做的功为：W2.97×105J， 高温挡加热需要的时间为：t225s。 学科网（北京）股份有限公司 $$