18.4 焦耳定律 暑期预习讲义-2025-2026学年物理人教版九年级全一册

18.4 焦耳定律 暑期预习讲义 2025-2026学年物理人教版九年级全一册 知识梳理 一、电流的热效应 1. 定义 电流通过导体时电能转化为内能的现象，称为电流的热效应。 2. 能量转化 3. 生活实例 • 利用实例：电热水器、电熨斗、电饭煲、电烤箱 • 现象解释：电炉丝热得发红而导线不热（导线电阻远小于电炉丝电阻） 二、探究电流产生热量的影响因素 1. 实验装置 • 核心方法：控制变量法、转换法（通过U形管液面高度差反映热量多少） • 实验设计： ◦ 图甲：串联不同电阻（R₁<R₂），探究电阻对热量的影响 ◦ 图乙：并联相同电阻，探究电流对热量的影响 2. 实验结论 • 电流：在电阻和时间相同时，电流越大，产生热量越多 • 电阻：在电流和时间相同时，电阻越大，产生热量越多 • 时间：在电流和电阻相同时，时间越长，产生热量越多 三、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. 公式及单位 3. 公式推导（纯电阻电路） • 适用条件：纯电阻电路（电能全部转化为内能） 4. 非纯电阻电路（如电动机） • 电能部分转化为内能，部分转化为机械能： 四、电热的利用与防止 1. 电热的利用 • 原理：利用电流热效应工作 • 实例： ◦ 电热器（发热体为镍铬合金） ◦ 电熨斗、电暖器、孵化箱 ◦ 保险丝（电流过大时熔断，保护电路） 2. 电热的防止 • 危害：温度过高可能损坏用电器或引发火灾 • 措施： ◦ 电视机后盖的散热窗 ◦ 电脑主机的散热风扇 ◦ 电动机外壳的散热片 五、典型计算例题 例题1：基本公式应用 一根60Ω的电阻丝接在36V电源两端，5分钟内产生多少热量？ 解： 例题2：纯电阻与非纯电阻电路对比 某电动机线圈电阻为2Ω，正常工作时电流为10A，通电10s： • 电热： • 总电能： • 机械能： 六、易错点提示 1. 公式混淆：用于所有电路，而 仅适用于纯电阻电路 2. 额定功率与实际功率：灯泡亮度由实际功率决定，与电热多少无关 3. 安全用电：导线连接处电阻较大易发热，需定期检查 同步练习 一、单项选择题 1．下列叙述正确的是（　　） A．不同材料的导电性能不同。铜的导电性能强于铁，因此制作出的铜导线的电阻一定小于铁导线。 B．在发电厂发电、输送电能等方面若能采用超导材料，就可以大大降低由于电阻引起的电能损耗。 C．电压能使自由电荷在电路中定向运动起来，因此只需要一个提供电压的电源就能形成持续电流。 D．导体的电阻与通过导体的电流成反比，与导体两端的电压成正比。 2．以下用电器是利用电流的热效应工作的是（　　） A． 扫地机器人 B． 抽油烟机 C． 空气炸锅 D． 手机 3．在家庭电路中，有时导线长度不够，需要把两根连接起来，连接处往往比别处更容易发热，这是因为导线连接处与别处相比（　　） A．电流大 B．电阻大 C．电压小 D．电功率小 4．从产品说明书得知，一台“6V 3W”的迷你型小风扇，电动机线圈阻值为0.1Ω。当小风扇正常工作时，则下列说法中正确的（　　） A．小风扇1min消耗的电能为18J B．小风扇1min将180J电能转化成机械能 C．电动机线圈1min产生的热量为1.5J D．电动机线圈1min产生的热量为15J 5．一台电动机正常工作时线圈两端的电压为380V，线圈的电阻为2Ω，线圈中通过的电流为10A。这台电动机工作1s产生的热量为（） A．3800 J B．72200 J C．200 J D．4000 J 6．将规格都是“220V 100W”的一台电风扇、一台电视机和一个电热毯分别接入220V电路中正常工作，通电时间相同，下列说法中错误的是（　　） A．它们产生的热量相同 B．它们消耗的电能相同 C．它们的工作电流相同 D．它们的实际功率相同 7． 如图所示是“探究电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关”的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，下列说法错误的是（　　） A．通电后透明容器中气体的内能增大是通过做功的方式改变的 B．形管液面高度变化是因为容器中气体热胀冷缩的缘故 C．图乙所示的装置可以用来探究电流通过导体产生的热量多少跟电流大小的关系 D．图甲中，通电一段时间后左右两边容器内电阻产生的热量之比是： 8．如图甲所示，是某家用电热壶“加热”和“保温”两个档位的简化电路。电热丝的阻值R1=48.4Ω，R2=435.6Ω。小明为测量电热壶的实际电功率，他把家中的其它用电器都与电源断开，仅让电热壶工作，如图乙所示的电能表在1min内转盘转动了16转。[不计热量损失，已知水的比热容]。下面说法正确的是（　　） A．电热壶的正常加热功率为100W B．开关S接“2”时，电热壶为“加热”档位 C．测量时电热壶的实际加热功率为800W D．电热壶将1kg的水从25℃加热到75℃，需要正常工作2100s 二、填空题 9．超级计算机的中央处理器（CPU）元件密集、体积小，一块5cm2左右的芯片上能集成260个运算核心、数十亿晶体管，芯片体积的大幅度减小就得益于　 　材料的出现；工作时由于　 　效应，芯片上会产生大量的热，若散热措施不当。 10．同学们自制一款有高、中、低三挡的电热杯，简化电路如图所示。、不能同时闭合，、的阻值都为10Ω。只闭合、时，电热杯处于　 　挡；只闭合时，电路中的电流为2A，那么电热杯工作1min产生的热量为　 　。 11．小明用如图所示的实验装置探究“电流产生的热量跟电阻大小的关系”，电源电压为3V，电阻丝R1=10Ω，R2=20Ω，两气球相同。闭合开关后，密闭烧瓶内的空气被加热，他观察到　 　气球先鼓起来；通电lmin，电路中产生的热量为　 　J，R1的电功率为　 　W。 12．如图所示电路，R1是阻值为6Ω的定值电阻，电源电压恒为9V，当开关S1闭合，S2断开时，电压表的示数为3V，则在1min内电流在R2上产生的热量为　 　J；当开关S1断开，S2闭合时，灯泡恰好正常发光，电压表示数为原来的2倍，则灯泡的额定功率为　 　W。 13．电阻丝A和B材料、长短都相同，而粗细不同。将它们按如图所示连入电路，闭合开关S，则通过电阻丝A的电流IA和电阻丝B电流IB的大小关系是IA　 　IB，电阻丝A两端的电压UA和电阻丝B两端的电压UB的大小关系是UA　 　UB；若通电时间相同，则电流通过电阻A和电阻B放出热量的大小关系是QA　 　QB（均选填“>”“＜”或“=”）。 三、实验探究题 14．如图是探究电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关的两个实验装置，四个完全相同的塑料盒内密封着等量的空气，每个个通气孔与U形的玻璃管连接，另一个通气孔用橡皮帽密封。盒子上方有两个接线柱和两个通气其中一个通气孔与U形的玻璃管连接，另一个通气孔用橡皮帽密封。 （1）U形管 　 　（是/不是）连通器； （2）通电前甲装置左侧 U 形管液面不相平，最佳解决办法是　 　； （3）实验中通过比较 U 形管中液面的高度差h1与h2来比较电阻丝通电产生热量的多少，这种实验方法叫转换法，下列实验用到转换法的是 ：____. A．在“探究平面镜成像的特点”的实验中，用薄玻璃板代替平面镜 B．在“探究物质吸热能力”的实验中，用相同的加热器给不同的物质加热时，用加热时间比较物质吸热的多少 C．在“探究影响动能大小的因素”的实验中，让质量不同的小球从同一斜面的同一高度滚下 （4）乙装置通电一段时间后，左盒内电阻丝产生的热量Q1与右盒内电阻丝产生的热量Q2的大小关系是Q1∶Q2=　 　；若将乙装置瓶外 5Ω的电阻丝移到瓶内（连接方式不变），则通电一段时间后Q1∶Q2=　 　。 四、综合题 15．某学习兴趣小组的同学们调查发现，雨雪天气里汽车后视镜会变模糊，影响行车安全。如图为同学们设计的给后视镜除雾、除霜的简化加热电路。电路低温挡除雾，高温挡除霜。已知电源电压恒为10V，与均为加热电阻，阻值为，当开关S、闭合时，电流表示数为1A。求： （1）电阻的阻值； （2）除霜模式下，电阻工作5min产生的热量； （3）除雾模式下，电路工作1min共消耗的电能。 16．中医药是中华文化的瑰宝，在疾病治疗方面具有不可替代的作用。图甲为小明同学家的小型电中药锅，其电路简图如图乙所示，通过开关S1和S2的不同接法组合，可以实现三档加热功能，其中定值电阻、都是发热电阻，其部分参数如下表所示。［已知］求： 额定电压／V 220 额定功率／W 高温挡880 中温挡440 低温挡220 （1）锅中的1kg药液从25℃加热到35℃，中药液吸收的热量； （2）当S1闭合S2接2时，加热100s，产生的热量为多少； （3）求的阻值。 答案解析部分 1．【答案】B 【解析】【解答】A.如果铜导线的长度大而横截面积小，而铁导线的长度小而横截面积大，那么二者的电阻可能相等，故A错误； B.根据Q=I2Rt可知，当电流和通电时间相同时，电阻越小，产生的热量越小，则：能采用超导材料，就可以大大降低由于电阻引起的电能损耗，故B正确； C.有电源提供电压，还要有通路，此时才能形成电流，故C错误； D.电阻是导体的一种性质，只与材料、长度、横截面积和温度有关，与电压和电流无关，故D错误。 故选B。 【分析】AD.根据电阻的影响因素判断； B.根据Q=I2Rt分析判断； C.产生电流的条件：①有电源；②形成通路。 2．【答案】C 【解析】【解答】扫地机器人和抽油烟机主要是把电能转化为机械能，手机主要是将电能转化为光能和声能，只有空气炸锅是把电能转化为内能，是利用电流的热效应，ABD不符合题意，C符合题意。 故答案为：C。 【分析】空气炸锅是把电能转化为内能，是利用电流的热效应。 3．【答案】B 【解析】【解答】导线连接时，由于连接处的接触不佳，横截面积小，电阻大，根据Q=I2Rt，在电流和时间一定时，电阻越大， 产生的热量越多，B符合题意。 故答案为：B. 【分析】导线的横截面积越小，电阻越大；在电流和时间相同时，电阻越大， 产生的热量越多。 4．【答案】C 【解析】【解答】A．由 得，小风扇1min消耗的电能为： ；A项错误； BCD．由 得，电路中线圈的电流为： ；电路中通过线圈的电流为产生的热量为： ；所以小风扇1min内电能转化成的机械能小于180J；BD项错误；C项正确。 故答案为：C 【分析】根据电功率和时间的乘积计算消耗的电能；根据电功率和电压的比值， 计算电流，结合电阻和时间，可以计算电流产生的热量。 5．【答案】C 【解析】【解答】由题可得，线圈产生的热量Q=I2Rt=(10A）2×2Ω×1s=200J，电动机工作1s产生的热量为200J。 故答案为：C。 【分析】根据公式Q=I2Rt，可求出热量。 6．【答案】A 【解析】【解答】三个电器都在额定电压下工作，实际功率相同都是100W，根据 可知，它们工作时的电流相同；根据 可知，相同时间内电流通过三个电器做的功以及消耗的电能一样多；电风扇工作时，电能转化成内能和机械能；电视机工作时，电能转化成内能和光能、声能；电热毯工作时，电能全部转化成内能，因此它们产生的热量不相同，A不符合题意，符合题意，BCD符合题意，不符合题意。 故答案为：A。 【分析】电功率和时间相同时，用电器消耗的电能相同；电能转化为内能或其他形式的能，内能多少不一定相同。 7．【答案】A 【解析】【解答】A. 通电后透明容器中气体的内能增大是电阻发热在通过热传递的方式改变的 ，故A错误，符合题意 B. U形管液面高度变化是因为容器中气体热胀冷缩的缘故，故B正确，不符合题意 C. 图乙所示的装置中两个电阻的电流不同，可以用来探究电流通过导体产生的热量多少跟电流大小的关系 ，故C正确，不符合题意 D. 图甲中，通电一段时间后根据焦耳定律可知，左右两边容器内电阻产生的热量之比是： 故D正确，不符合题意 【分析】知道电流通过导体产生的热量和电流大小的平方、电阻的大小和通电时间有关，会用控制变量的方法研究问题。知道甲图的变量是电阻，乙图的变量是电流，知道U型管的液面差反映的是加热装置产生的热量的关系，知道转化法的应用。 8．【答案】C 【解析】【解答】A．由图甲可知当开关接“1”时，为加热档，此时工作的电阻为R1，可求加热功率为 ，A不符合题意； B．当开关S接“2”时，电路为R1、R2串联，根据 ，可知次电热壶为“保温”档位，B不符合题意； C．电能表在1min内转盘转动了16转，根据电能表的参数计算，可求得用电器实际消耗的电能为 ，实际功率为 ，C符合题意； D．电热壶将1kg的水从25℃加热到75℃所要吸收的热量为 ，若不计热损失消耗的电能为 ，正常加热需要的时间为 ，D不符合题意 故答案为：C。 【分析】根据电压和电阻，可以计算用电器的电功率；根据电能表转盘转数可以计算消耗的电能，利用电能和时间的比值， 计算电功率；根据物体的比热容、质量和温度差的乘积计算热量；根据电能和电功率的比值， 计算工作时间。 9．【答案】纳米；电流的热 【解析】【解答】芯片的主要材料是半导体，计算机芯片体积的大幅度减小就得益于纳米材料。芯片工作时由于有电流通过时会发热，是电流的热效应，芯片上会产生大量的热。 故答案为：纳米；电流的热。 【分析】本题考查电流的热效应，计算机芯片体积的大幅度减小就得益于纳米材料，会产生大量热。 10．【答案】高温；2400J 【解析】【解答】闭合S1、S3时，两电阻并联接入电路，并联电路总电阻小于任一分电阻，根据可知电热杯消耗的功率最大，处于高温挡。 只闭合S3时，电路为R1的简单电路，电路中的电流为2A，R1的阻值为10Ω，根据欧姆定律可得电源电压U=I1R1=2A×10Ω=20V ，只闭合S3时，电热杯工作1min产生的热量Q=W=UI1t=20V×2A×60s=2400J。 故答案为：高温；2400J。 【分析】闭合S1、S3时，两电阻并联接入电路，根据并联电路电阻特点结合可知电热杯所处挡位。 根据Q=W=UIt计算只闭合S3时，电热杯工作1min产生的热量。 11．【答案】乙；18；0.1 【解析】【解答】由图可知电阻丝R1与R2串联接入电路中，通过两者的电流相等，根据电功率的推导P=I2R，电功率和电阻成正比，所以相同时间内乙产生的热量更多，所以乙气球先鼓起来。 因为电阻丝R1与R2串联，电路的总电阻等于两者电阻之和，R总=R1+R2=10Ω+20Ω=30Ω 由欧姆定律可知电路中的电流为I=3V/30Ω=0.1A，由焦耳定律可知通电1min电路产生的热量为Q=I2R总t=0.1A×0.1A×30Ω×60s=18J电阻丝R1的电功率为P1=I2R1=0.1A×0.1A×10Ω=0.1W 综上第1空、乙；第2空、18；第3空、0.1 【分析】根据焦耳定律填空 焦耳定律Q=I2Rt，本题中电阻丝R1与R2串联接入电路中，通过两者的电流相等，加热时间相同，所以电功率和电阻成正比所以相同时间内电阻大的产生的热量更多，串联电路电路的总电阻等于两者电阻之和，根据欧姆定律U=IR计算电路的电流，进而计算总热量和电阻丝R1的电功率 12．【答案】180；6 【解析】【解答】当开关S1闭合，S2断开时，R1与R2串联，电源电压为9V，所以R1两端的电压为： ，根据欧姆定律可知通过R1的电流，则R2的电阻为：，根据P=I2Rt可计算1min内电流在R2上产生的热量为： 。 当开关S1断开，S2闭合时，电压表示数为原来的2倍，则此时R2两端的电压为6V，此时灯两端的电压为：，根据欧姆定律计算电路中的电流为： 根据P=UI计算灯泡的额定功率为：​​​​​。 综上 第1空、 180 第2空、 6 【分析】根据串联电路规律、欧姆定律填空 串联电路的电路规律：串联电路，电流处处相等，电源的电压为用电器电压之和，总电阻为用电器电阻之和，当开关S1闭合，S2断开时，电源电压为9V，R2两端电压为3V，据此计算R2两端电压，结合欧姆定律U=IR计算R2，根据P=I2Rt计算此时电功率，当开关S1断开，S2闭合时，电压表示数为原来的2倍，则此时R2两端的电压为6V，据此计算灯两端的电压为，根据欧姆定律计算电路中的电流，根据P=UI计算灯泡的额定功率 13．【答案】=；＜；＜ 【解析】【解答】串联电路电流处处相同，所以 通过电阻丝A的电流IA和电阻丝B电流IB的大小 相等，电阻丝横截面积越大，电阻越小，根据欧姆定律U=IR可知，电流相同的情况下，电压和点电阻成正比，所以 UA ＜UB，根据Q=I2Rt可知，电流相同，通电时间相同，所以热量和电阻成正比，所以 QA ＜ QB 综上第1空为=；第2空为＜；第3空为＜ 【分析】根据串联电路规律、欧姆定律以及焦耳定律填空 1、串联电路规律：串联电路电流处处相等，所以通过电阻丝A的电流IA和电阻丝B电流IB的大小 相等 2、欧姆定律：公式为U=IR可知，电流相同，电压和电阻成正比，B的横截面积小，电阻较大，所以电压较大 3、焦耳定律：Q=I2Rt可知，电流相同，B的横截面积小，电阻较大，所以B的产热量大 14．【答案】（1）不是 （2）取下左边盒子上的橡皮帽再装上 （3）B （4）4：1；2：1 【解析】【解答】（1）因U形管一端封闭，故不是连通器； （2）通电前甲装置左侧U形管液面不相平，最佳解决办法是取下U形管重新安装，这样U形管两端与大气连通，液面是相平的； （3）A.在“探究平面镜成像的特点”的实验中，用薄玻璃板代替平面镜，采和了等效替代法； B.在“探究物质吸热能力”的实验中，用相同的加热器给不同的物质加热时，用加热时间比较物质吸热的多少，采用了转换法； C.在“探究影响动能大小的因素”的实验中，让质量不同的小球从同一斜面的同一高度滚下，小球下滑到水平面的速度相同，采用了控制变量法； 故选：B； （4）第1空，乙装置中，右侧两电阻并联后再与左侧电阻串联，容器内两电阻大小相等，根据并联电路电压的规律，通过右侧两电阻的电流相等，根据串联电路电流的规律，可知通过左侧容器内电阻的电流是右侧容器内电阻电流的2倍，根据Q=I2Rt知在电阻和通电时间相同时，产生热量与电流平方成正比，故通电一段时间后，左盒内电阻丝产生的热量Q1与右盒内电阻丝产生的热量Q2的大小关系是Q1：Q2=4：1； 第2空，若将乙装置瓶外5Ω的电阻丝移到瓶内（连接方式不变），根据等值电阻并联的规律，并联的总电阻为原左侧容器电阻的二分之一倍，根据串联电路电流的规律和Q=I2Rt知，在电流和通电时间相同的条件下，产生的电热与电阻成正比，则通电一段时间后Q1：Q2=2：1。 【分析】（1）上端开口、底部互相连通的容器叫连通器； （2）通电前甲装置左侧U形管液面不相平，取下U形管重新安装，这样U形管两端与大气连通； （3）分析每个选项，找出符合题的选项； （4）分析乙装置电路的连接，根据并联电路电压的规律和串联电路电流的规律得出通过左侧容器内电阻的电流是右侧容器内电阻电流的2倍，根据Q=I2Rt知在电阻和通电时间相同时，产生热量与电流平方成正比，据此回答； 根据等值电阻并联的规律和串联电路电流的规律及Q=I2Rt知，在电流和通电时间相同的条件下，产生的电热与电阻成正比，据此回答。 15．【答案】解：（1）当开关S、S1都闭合时，只有R1工作，电路中总电阻最小，由可知电路的功率最大，处于高温除霜模式；电阻R1的阻值 （2）（2）除霜模式下，电阻R1工作的电功率为 5min产生的热量 Q=W=P高t=10W×5×60s=3×103J （3）除雾模式下S1断开，R1与R2串联接入电路，电路工作1min共消耗的电能 答：（1）电阻R1的阻值是10Ω； （2）除霜模式下，电阻R1工作5min产生的热量是3×103J； （3）除雾模式下，电路工作1min共消耗的电能是400J。 【解析】【分析】1）当开关S、S1都闭合时，只有R1工作，电路中总电阻最小，由可知电路的功率最大，处于高温除霜模式；电阻R1的阻值 （2）除霜模式下，电阻R1工作的电功率为5min产生的热量Q=W=P高t （3）除雾模式下S1断开，R1与R2串联接入电路，电路工作1min共消耗的电能 16．【答案】（1）解：药液吸收的热量 ​​ （2）解：由图乙可知，当S1闭合、S2接1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，由可知，电路中的总功率最大，电中药锅处于高温挡；当S1断开、S2接2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，由可知，总功率最小，电中药锅处于低温挡；当开关S1闭合，S2接2时，只有R1工作，电中药锅处于中温挡；由表格数据可知，电中药锅中温挡的功率P中=440W，产生的热量 Q=W=P中t=440W×100s=4.4×104J （3）解：并联电路中的总功率等于各用电器的电功率之和，则高温挡工作时，的电功率 由可知，的阻值 【解析】【分析】（1）根据Q=cmΔt，计算液体吸热的多少； （2）结合开关状态，判断电路电流连接，根据Q=Pt，计算电流产生热量的多少； （3）根据，可以计算用电器电阻的大小。 （1）药液吸收的热量 （2）由图乙可知，当S1闭合、S2接1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，由可知，电路中的总功率最大，电中药锅处于高温挡；当S1断开、S2接2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，由可知，总功率最小，电中药锅处于低温挡；当开关S1闭合，S2接2时，只有R1工作，电中药锅处于中温挡；由表格数据可知，电中药锅中温挡的功率P中=440W，产生的热量 Q=W=P中t=440W×100s=4.4×104J （3）并联电路中的总功率等于各用电器的电功率之和，则高温挡工作时，的电功率 由可知，的阻值 学科网（北京）股份有限公司 $$