18.4 焦耳定律- 2025-2026学年物理人教版（2024）九年级全一册

18.4　焦耳定律 1. 了解电流的热效应现象，了解哪些家用电器是利用电流的热效应工 作的。 2. 理解焦耳定律，会利用焦耳定律进行计算和解决一些实际问题。 3. 了解电热的利用和防止。 1. 将标有“220V　100W”字样的电视机、电风扇、电热水袋都接入家庭 电路中，正常工作相同的时间，则（　C　）。 A. 电视机产生的热量最多 B. 电风扇产生的热量最多 C. 电热水袋产生的热量最多 D. 三者产生的热量一样多 C 2. 【娄底】下列事例中属于防止电流热效应产生危害的是（　D　）。 A. 养鸡场使用电热孵化器孵小鸡 B. 家里使用电热水壶烧水 C. 小明妈妈用电熨斗熨衣服 D. 电脑温度过高时，风扇会及时启动，给电脑降温 D 3. 【广西】如图所示，两个透明容器中密闭着等量的空气，A、B两U形 管内的液面相平，电阻丝的电阻R1=R2=R3。小明用如图所示的装置进行 实验，探究电流通过导体时产生的热量Q跟什么因素有关。下列说法中 正确的是（　D　）。 A. 此实验在探究电热Q与电阻R是否有关 B. 通过R1的电流和通过R2的电流大小相等 C. 电阻R1两端的电压和R2两端的电压相等 D. 通电后，A管内的液面将会比B管内的液面高 D 4. 【葫芦岛】如图所示为探究电流通过导体产生热量的多少跟什么因 素有关的实验装置。图甲中的电阻丝通电一段时间后，右侧比左侧U形 管中液面的高度差大，说明电流通过导体产生的热量跟 ⁠有关。 如图乙所示的实验是探究电流通过导体产生的热量跟 ⁠有关，通 电一段时间后，电流通过R1产生的热量与通过R3产生的热量之比 为 。  　　　 甲 乙 电阻 电流 4∶1 【解析】由题图甲可知，两电阻串联，通过的电流相同，定值电阻的阻 值不同，已知通电时间相同，所以探究的是电流产生热量与电阻大小的 关系；由题图乙可知，两盒内电阻大小相等，R1在干路，R2在支路，所 以通过R1的电流大于通过R2的电流，探究的是电流产生热量的多少与电 流大小的关系；由题图乙可知，左侧电流I左等于右侧电阻丝与容器外电 阻的电流之和，即I左=2I右；两电阻的大小相等，通电时间相同，由 Q=I2Rt得，电流通过R1产生的热量与通过R3产生的热量之比为）2=4∶1。 5. 将阻值为R甲=40Ω和R乙=10Ω的两个电阻串联后接在电源上，相同时 间内，两电阻中产生热量较多的是 ；若将两电阻并联后接在4V的 电源上，1min内两电阻产生的总热量为 J。  R甲 120 【解析】已知R甲>R乙，根据焦耳定律Q=I2Rt，两个电阻串联后，通过的 电流相等，相同时间内，电阻R甲中产生热量较多；两电阻并联，由 Q=I2Rt、I==96J，共产生的热量Q=Q甲+Q乙=24J+96J=120J。 6. 【贵港】家用电吹风的简化电路如图所示，主要技术参数如下表， 则该电吹风正常工作吹热风时，电热丝的阻值是 Ω，正常工作吹 热风5min电热丝产生的热量是 J。  热风温度 50~75℃ 额定功率 热风时：1000W　冷风时：120W 额定电压 220V 质量 0.5kg 55 2.64×105 【解析】由表格数据可知，电吹风吹冷风时的功率，即电动机的功率为 120W，由题图知，电吹风正常工作且吹热风时，电动机和电热丝并 联，因为电路的总功率等于各用电器功率之和，所以电热丝的功率P电热 丝=P热-PM=1000W-120W=880W，并联电路中各支路两端的电压相等，由 P==55Ω；电吹风正 常工作且吹热风时，5min内电流通过电热丝产生的热量 Q=W=PRt=880W×5×60s=2.64×105J。 7. 【无锡】如图所示，在接线柱间接入熔丝和铜丝，熔丝电阻大于铜 丝。接通电源，闭合开关S，依次闭合各小灯泡支路的开关，可以看到 电流表的示数逐渐增大；再闭合电炉丝支路的开关时，会发现熔丝被熔 断。下列说法中正确的是（　B　）。 B ①实验说明电路超负荷运行会引起安全事故 ②实验中通过熔丝的电流大于铜丝 ③通电相同的时间，熔丝所产生的热量多于铜丝 ④随着支路开关依次闭合，熔丝最终被熔断，说明电流通过导体产生的 热量与电流强度有关 A. ①② B. ①③④ C. ②③④ D. ①②③④ 【解析】①由题图知，小灯泡和电炉丝是并联的，并联电路中干路电流 等于各支路电流之和，所以同时工作的用电器越多，干路电流越大，干 路导线产生的热量越多，达到一定程度，会引起熔丝熔断，甚至引发安 全事故，正确；②串联电路中电流处处相等，熔丝和铜丝是串联在干路 中的，所以通过熔丝的电流等于通过铜丝的电流，错误； ③已知熔丝电阻大于铜丝，通过的电流相同，由焦耳定律Q=I2Rt知，通 电相同的时间，熔丝所产生的热量多于铜丝，正确；④并联电路中干路 电流等于各支路电流之和，随着支路开关依次闭合，干路电流逐渐增 大，熔丝最终被熔断，说明电流通过导体产生的热量与电流强度有关， 正确。 8. 【温州】小明想设计一种能反映并可调节温度高低的电热毯电路， 其原理是：顺时针转动旋钮型变阻器触片，通过电热丝的电流增大，产 热加快，温度升高，反映温度高低的“仪表”（电压表）示数变大。下列 电路中，符合设计要求的是（　D　）。 A. B. C. D. D 【解析】变阻器与电热丝串联，电压表与电热丝并联，题图A变阻器将 全部电阻连入电路，转动旋钮型变阻器触片，不改变变阻器连入的阻 值，通过电热丝的电流不变；题图B变阻器的右边电阻连入电路，顺时 针转动旋钮型变阻器触片，变阻器连入的阻值变大，根据欧姆定律可知 通过电热丝的电流变小，根据Q=I2Rt可知产热变慢；题图C电压表与电源 并联，示数不变；题图D电压表与电热丝并联，变阻器的左边电阻连入 电路，顺时针转动旋钮型变阻器触片，变阻器连入的阻值变小，根据欧 姆定律可知通过电热丝的电流变大，根据Q=I2Rt可知产热变快。 9. 【大庆】某电热水壶的铭牌如图所示，小明为了测量该电热水壶的 实际功率和加热效率，进行了如下实验：关掉家里所有用电器，将该电 热水壶装满水，接通电热水壶，测得壶中水的温度从25℃上升到35℃所 用的时间为50s，同时观察到家中“220V　10（40）A　3200imp/ （kW·h）”的电子式电能表的指示灯闪烁了80imp，水的比热容 c=4.2×103J/（kg·℃）。请结合本次实验记录的数据，回答问题： 产品型号：SWF18A5T-200 最大容积：1.8L　额定功率：2000W 额定频率：50Hz 额定电压：220V （1）除电子式电能表外，小明还需下列哪些器材完成上述两个测 量？ （填序号）。  ①刻度尺　②温度计　③电压表　④秒表　⑤弹簧测力计 （2）若小明利用水升温吸热计算消耗的电能，则计算出电热水壶的功 率和实际功率相比，结果是 （填“偏大”“偏小”或“相等”），主 要原因是 。  ②④ 偏小 消耗的电能不可能完全转化成水的内能 （3）电热水壶的实际功率是 W。  （4）电热水壶的加热效率是 。  1800 84% 10. 【昆明】在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验中，提供 了如图所示的实验器材，其中R1>R2。 实验一：探究电流产生的热量与电阻的关系。 甲 （1）请按照如图甲所示的电路图将如图乙所示的实物图连接完整。 乙 【答案】如下图所示。 （2）电路中电阻丝的连接方式是为了控制 ⁠；电阻丝放出 热量的多少通过 来进行判断。  （3）闭合开关，经过一定时间，用电阻丝R1加热的煤油温度升高了 Δt1，用电阻丝R2加热的煤油温度升高了Δt2，则Δt1 （填“大 于”“等于”或“小于”）Δt2。  电流相等 温度计示数的变化 大于 实验二：探究电流产生的热量与电流的关系。 （4）闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电路中的电流变成实验一 中电流的2倍，且通电时间相同。实验发现：用电阻丝R1（或R2）加热的 煤油，温度升高量Δt1'（或Δt2'） （填“大于”“小于”或“等 于”）2Δt1（或2Δt2），该实验说明电流产生的热量与电流 ⁠正 比例关系。  （5）你认为做这个实验产生误差的主要原因是 ⁠ 。  大于 不成 实验过程中电阻丝产 生的热量不能被煤油全部吸收 11. 有一款电煮壶，为了保留药膳的营养，可以把被加热的药膳放到炖 盅里加热。如图所示为其简化电路图，R1、R2均为发热电阻，且R1=R2。 电煮壶有加热和保温两挡，加热挡的功率为1000W。 （1）求电煮壶保温挡的功率。 【答案】（1）当开关S闭合、旋钮开关接2时，电路为R2的简单电路， 电路的总电阻最小，电路的总功率最大，为加热挡；由P=UI= =48.4Ω。 当开关S闭合、旋钮开关接1时，R1、R2串联，电路的总电阻最大，电路 的总功率最小，为保温挡； 因为串联电路中总电阻等于各分电阻之和，且R1=R2，所以电煮壶保温挡 的功率P==500W。 （2）求炖盅内0.5kg药膳的温度升高80℃时，药膳吸收的热量。\［c药膳=4×103J/（kg·℃）\］ （2）药膳吸收的热量Q吸=c药膳mΔt=4×103J/（kg·℃） ×0.5kg×80℃=1.6×105J。 （3）若不计热量损失，壶中的水和药膳总共吸收了6×105J热量，求用 加热挡加热需要的时间。 （3）不计热量损失，消耗的电能W=Q吸'=6×105J； 由P==600s。 12. 【成都】如图甲所示为一种家用电暖器，如图乙所示为其简化的电 路图，已知R1<R2，电暖器的部分参数如下表。闭合开关S，要让电暖器 处于第二挡工作，则应再将开关 ⁠闭合；若电暖器在第二挡正常工 作10min，则产生的热量是 J。  　 甲 乙 S1 6.9×105 额定电压 220V 功率选择 一挡950W 二挡1150W 三挡2100W 【解析】由题可知，R1<R2；闭合开关S、S2时，R2单独接入电路，电路 中的电阻最大，根据P= ​ 可知，功率最大，电暖器处于第三挡；工作时 间t=10min=600s，电暖器在第二挡正常工作10min产生的热量 Q=W=P2t=1150W×600s=6.9×105J。 13. 【绍兴】在验证焦耳定律（Q=I2Rt）中电热与电阻的定性关系时， 实验小组的同学出现了如图所示三种电路连接情况（已知R甲<R乙）。闭 合开关，三种电路的电流表指针均发生了偏转，经过一段时间后观察并 记录2根玻璃管内液面上升的高度Δh，小组实验报告汇总如下表，请把 表格空白处填写完整。 A B C 实验 电路 玻璃管内液面 高度 小组结论 你的合理解释与评价 A 液面都不上升 导体产生的热量跟 电阻无关 ⁠ ⁠ ⁠ ⁠ B 液面都上升， 且Δh甲<Δh乙 电流通过导体时， 电阻越大，产生的 热量就 ⁠ 电流和时间都相同，验证 了焦耳定律中Q与R的定性 关系 两实验电阻没有接入电 路，无现象，无法验证焦 耳定律中Q与R的定性关 系 越多 实验 电路 玻璃管内液面 高度 小组结论 你的合理解释与评价 C 液面都上升， 且Δh 甲 Δh乙  电流通过导体时， 电阻越小，产生的 热量就越多 ⁠ ⁠ ⁠ ⁠ > 两实验电阻并联，电流 不同，实验现象无法验证 焦耳定律中Q与R的定性关 系 14. 【杭州】如图所示为一电动机提升物体的示意图，电源电压为 120V。电动机将一个质量为50kg的物体在1s内匀速上提0.9m，电路中的 电流为5A。（g取10N/kg） （1）求该电动机工作1s内产生的电热。 【答案】（1）由题意可知，电动机1s消耗的电能 W=UIt=120V×5A×1s=600J； 消耗电能转化成的机械能对物体做功，所以转化成的机械能W机 =Gh=mgh=50kg×10N/kg×0.9m=450J； 所以转化成的内能，即产生的电热Q=W-W机=600J-450J=150J。 （2）求电动机线圈的阻值。 （2）由Q=I2Rt可得，电动机线圈的阻值R==6Ω。 （3）当该重物上升到一定高度时，电动机的转子突然被卡住，为什么 这种情况下电动机容易被烧坏？ （3）电动机被卡住时，电动机可看成纯电阻电路，通过电动机的电流 过大，将电能全部转化为内能，所以电动机温度过高，容易被烧坏。 15. 【镇江】某电热加湿器具有防干烧功能，可在水量不足时自动停止 工作，其工作原理如图所示。水箱中的加热器具有高、低两挡功率调节 功能，其内部电路（未画出）由开关S和阻值分别为121Ω和48.4Ω的电 阻丝R1、R2组成。轻质弹簧的下端固定在水箱底部，上端与一立方体浮 块相连，浮块内有水平放置的磁铁。该加湿器为防干烧已设定：仅当浮 块处于图中虚线位置时，固定在水箱侧壁处的磁控开关才能闭合而接通 电路。 （1）当处于高功率挡时，加热器工作2.5min所产生的热量全部被1kg水 吸收后，水温升高了50℃。已知加热器处于低功率挡时的功率为400W， 电压U=220V，水的比热容c水=4.2×103J/（kg·℃）。 ①求加热器处于高功率挡时的功率。 【答案】（1）①水吸收的热量Q吸=c水mΔt=4.2×103J/（kg·℃） ×1kg×50℃=2.1×105J； 由于高功率挡加热时产生的热量全部被水吸收，即W=Q吸=2.1×105J； 所以加热器处于高功率挡时的功率P高==1400W。 ②请画出加热器内部电路。 ②如下图所示。 【解析】（1）②根据P= =121Ω；所以低功率挡时电路中只有R1工作，则电路R1、R2并联，开关控制R2。 （2）当向水箱内缓慢加水使浮块上升至图中虚线位置时，浮块下表面 积距水箱底部的高度为20cm，弹簧对浮块的弹力大小为6N，浮块（含磁 铁）的质量为0.4kg，g取10N/kg。 ①求浮块上升至虚线位置时排开水的体积。 （2）①当浮块上升到虚线位置时，浮块受重力、浮力和弹簧向下的拉 力的作用而平衡，重力G=mg=0.4kg×10N/kg=4N； 所以浮力F浮=G+F=4N+6N=10N。 根据F浮=ρ液gV排可得V排= ==1×10-3m3。 ②该加湿器所设定的防干烧最低水面距水箱底部的高度为 cm，理 由是 ⁠ ⁠ ⁠ 。  30 当浮块对准磁控开关时才能通电，因而水位上升时也要保持浮块 位置不变，则浮块此时必须是浸没的，即浮块的体积等于排开水的体 积，则浮块的边长为0.1m=10cm，因而此时最低的水位为 h=20cm+10cm=30cm。 $$