第3节 焦耳定律（高效培优讲义）物理沪科版（五四学制）2024九年级上册

第3节 焦耳定律 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 实验探究电流通过导体产生的电热与哪些因素有关 1 题型2 焦耳定律 7 题型3 焦耳定律的应用 10 题型4 电热的利用与防止 18 【能力培优练】 20 【链接中考】 34 【重难题型讲解】 题型1 实验探究电流通过导体产生的电热与哪些因素有关 1、电流的热效应：由于导体有电阻，所以当有电流通过导体时，导体总会发热，将电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应。 2、探究电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关 提出问题 电炉丝接入电路时，电炉丝和导线通过的电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？换句话说，电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关？ 猜想与假设 根据生活经验可以猜想电流通过导体时产生的热量多少可能跟导体的电阻大小、通过导体的电流大小以及通电时间有关。 设计并进行实验 （1）如图甲所示，两个透明容器中密封着等量的空气，U型管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化（转换法：产生的热量多少，通过U型管液面高度的变化反映出来）。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边密闭容器中电阻丝较大。将两容器的电阻丝串联起来接到电源两端，通电一段时间后，发现右边U型管中的液面高度变化大于左边的。 （2）如图乙所示，两个密闭容器中电阻丝的电阻一样大，在右边容器的外部，将另一个相同的电阻丝和容器内的电阻丝并联，然后与左边容器内的电阻丝串联接入电路，在通电时间相同的情况下，我们发现左边的U型管中的液面高度变化大于右边的。 分析论证 （1）如图甲，两容器中电阻丝阻值不同，通过它们的电流相同，通电时间相同（控制不变的量：电流、通电时间；变化量：电阻），右边的U型管中的液面高度变化大于左边的，说明右边容器中电阻丝的热量多。这表明：在电流相同、通电时间相同情况下，电阻越大，电阻产生的热量越多。 （2）如图乙，两容器中的电阻丝阻值相同，根据串并联电路电流的规律可知，通过左边容器的电阻丝电流大于通过右边容器中电阻丝的电流，通电时间相同（控制不变的量：阻值、通电时间；变化量：电流），左边U型管中的液面高度变化大于右边的，说明左侧容器中的电阻丝产生的热量多。 （3）由常识可知，在电阻、电流相同的情况下，通电时间越长，电流通过导体产生的热量越多。 实验结论 电流通过导体产生的热量跟导体的电阻、通过导体的电流和通电时间有关，导体电阻越大、通过导体的电流越大、通电时间越长，产生的热量就越多。 ★特别提醒 1、U形管内液面高度差越大，产生的热量越多。 2、使用中，无论条件如何，U形管内液面高度都相同，可能是：装置气密性不好，重新安装，检查气密性是否良好。 3、实验中加热空气相比加热液体的好处：（1）空气膨胀体积变大，实验效果明显；（2）加热空气，耗电量少，实验时间短。 【探究归纳】电流的热效应指电流通过导体时电能转化为内能的现象，探究其产生的电热与电流、电阻和通电时间的关系时，常用控制变量法，如用串联电路控制电流相同研究电阻影响，通过焦耳定律 Q=I²Rt 定量计算，是电热器工作的理论基础。 【典例1-1】如图所示，“探究电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”的实验，实验中通过观察U形管中 变化来比较电流通过电阻丝产生的热量的多少，是探究电流产生的热量跟 的关系。 【典例1-2】如图是“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，将四根电阻丝a、b、c、d分别密封在完全相同的瓶子内，瓶内封闭一定量的空气，其中图乙中另取阻值为5Ω的电阻在瓶外与瓶内电阻并联。 (1)在实验中电流通过电阻时产生热量的多少是通过观察U形管中 来比较的，应用的物理探究方法是 。 (2)图甲可探究电流产生的热量与 的关系，通电一段时间后， （选填“左”或“右”）侧瓶子中的电阻产生的热量多。 (3)图乙可探究电流产生的热量与 的关系。 (4)实验的结论可进一步用公式 来表达。由公式可知，图乙中左右两侧瓶子中的电阻产生的热量之比为 。 (5)将图乙右侧两个电阻都放入密封瓶中，可探究电流产生的热量和 的关系。 跟踪训练1如图是研究“电流通过导体产生的热量和 大小的关系”的实验，若通过R2的电流为0.5A，则通电5min后R1产生的热量为 J；将R3的电阻换成10Ω，则左右两容器内电阻丝产生的热量之比为 。 跟踪训练2小明和小红利用如图所示的装置探究“导体产生的热量与电阻大小的关系”。质量相等的两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，A烧瓶中的金属丝是铜丝，电阻比较小，B烧瓶中的金属丝是镍铬合金丝，电阻比较大。温度计显示煤油的温度。 (1)实验中，小明和小红发现 烧瓶中温度计的示数升高快。这表明：在 相同的情况下，导体的 ，产生的热量越多； (2)小明提议利用该装置改成“比较水和煤油比热容的大小”的实验，则他们应将其中一烧瓶中的煤油换成 相等的 ；将A烧瓶中的铜丝换成镍铬合金丝，并且与B烧瓶中的镍铬合金丝的 相等。通过实验观察，发现装有煤油的烧瓶中温度计的示数变化较大，说明水比热容较大； (3)小丽采用了如图的另一套实验装置。（两个透明容器中封闭着等量气体）探究“电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”的实验时，①如图所示的是探究电流产生的热量跟 的关系，通电一段时间后， （填“左侧”或“右侧”）容器内的电阻丝产生的热量多。可以得出：在 一定的条件下， 越大，产生的热量越多。②让该实验装置冷却到初始状态，把右侧并联的两根电阻丝都放入容器内，接通电源比较两容器内电阻丝发热多少。此时该装置 （填“可以”或“不能”）探究电流产生的热量跟电阻的关系。一段时间后两侧容器内电阻丝产生的热量 （填“左侧”“右侧”或“一样多”）。 题型2 焦耳定律 焦耳定律 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，跟它的时间成正比 计算公式 Q=I2Rt（普遍适用）。 公式中，Q—表示热量，单位是J；I—表示电流，单位是A；R—表示电阻，单位Ω；t—表示它的时间，单位s 焦耳定律公式的理论推导 焦耳定律可通过理论推导得出。假设当电流通过导体时，电能全部转化为内能，则有电流产生的热量（Q）=电流做的功（W），结合欧姆定律可得：Q=W=UIt=IR·It=I2Rt。 可见，当消耗的电能全部用来产生热量时，根据电功公式和欧姆定律推导出来的电流发热规律与焦耳定律实验得出的焦耳定律是一致的 焦耳定律应用问题 （1）焦耳定律Q=I2Rt是由实验总结出来的，只要有电流通过导体，就可以用它来计算导体所产生的热量； （2）公式中各物理量都是对同一导体或同一段电路而言的； （3）运用公式时，各物理量要转换成国际单位中的单位后再代入公式进行计算。 串并联电路中焦耳定律 （1）在串联电路中，根据Q=I2Rt可知，电热与电阻成正比，即； （2）在并联电路中，根据可知，电热与电阻成反比，即 ★特别提醒 公式Q=I2Rt是电流产生热效应的公式，与W=UIt不能通用；W=UIt是电流做功的计算公式，如果电流做功时，只有热效应，则两公式是等效的；如果电流做功时，同时有其他能量转化，像电动机工作时，电能既转化为热能，也转化为动能，则Q=I2Rt只是转化为电热的部分，W=UIt则是总的电功，只有对纯电阻电路才有W=Q，对非纯电阻电路Q＜W。‌ 【探究归纳】焦耳定律指出电流通过导体产生的热量与电流的二次方、导体电阻及通电时间成正比，公式为 Q=I²Rt，适用于任何电路的电热计算，在纯电阻电路中与电功公式 W=UIt等效，是解释电流热效应、设计电热器（如电热水器）及分析电路发热问题的核心规律。 【典例2-1】已知定值电阻R1和R2并联， 且R1：R2=2：1，下列说法正确的是（　　） A．U1：U2=1：2 B．I1：I2=1：2 C．P1：P2=2：1 D．Q1：Q2=2：1 【典例2-2】如图甲所示是超市常用的塑料袋封口夹，其电路如图乙所示。电源电压为6V，电热丝R阻值为2Ω。闭合开关，电热丝温度升高，2s内电热丝产生的热量为 J。 【典例2-3】如图所示，灯泡标有“6V  3W”字样，电源电压保持不变。当闭合，断开时，灯泡正常发光；当、均闭合时，电流表的示数为1.1A（不考虑温度对电阻的影响）。求： (1)灯泡的电阻和电源电压。 (2)当、均闭合时，通电5min电阻产生的热量。 跟踪训练1两个阻值相同的电热丝，并联4min可烧开一壶水，如果串联使用接在同一电路上，烧开同样的一壶水需要（   ） A．4min B．8min C．16min D．12min 跟踪训练2如图甲所示的电路中，定值电阻R的阻值为10Ω。小灯泡的电流随其两端电压变化关系的图像如图乙所示。只闭合开关S1，小灯泡的实际功率为0.6W，此时灯泡的电阻为 Ω；再闭合S2，1min内定值电阻R产生的热量为 J。 跟踪训练3有一个电烙铁，它的电阻是1100Ω，将它接在家庭电路中，电烙铁正常工作。求： (1)它的发热功率； (2)如果给它通电15min，获得的热量。 题型3 焦耳定律的应用 1、焦耳定律在实际中的应用 （1）纯电阻电路：纯电阻电路就是除电源外，只有电阻元件的电路，或有电感和电容元件，但它们对电路的影响可忽略．电压与电流同频且同相位．电阻将从电源获得的能量全部转变成内能，这种电路就叫做纯电阻电路．　基本上，只要电能除了转化为热能以外没有其他能的转化，此电路为纯电阻电路。 （2）焦耳定律的推导公式：，Q=UIt，适用范围，纯电阻电路。 2、电热器的“双挡”问题 （1）“双挡”中的电阻：电热器通常设计有“高温挡”和“低温挡”。根据可知，当U一定时，电阻越大，电功率越小；电阻越小，电功率越大，所以高温挡总电阻最小，低温挡总电阻最大。 （2）“双挡”的控制开关 a短路式：两个电阻串联，把开关与其中一个电阻并联，如下图所示。 当闭合开关时，有一个电阻短路，只有一个电阻工作，此时为高温挡；当断开开关时，两电阻串联，电阻大一些，电热器的功率小一些，此时为低温挡； b单刀双掷式：主要工作电阻放在干路上，一条支路用导线，一条支路连接在附加电阻上，如下图所示。 当开关掷向附加电阻的支路时，两电阻串联，为低温挡；当开关掷向导线支路时，只有主要工作电阻工作，此时为高温挡。 ★特别提醒 电流通过电动机做功消耗的电能，一部分转化为机械能，另一部分是转化为内能，也就是W≠Q．那么，用来计算电功的公式W=UIt不能用来计算电热，电热智能用焦耳定律Q=I2Rt来计算。‌ 3、电热与电功的关系 应用公式 电功 电功率 焦耳定律 适用范围 基本公式 W=UIt P=UI Q=I2Rt 普遍适用 导出公式 =I2Rt  =I2R =UIt  纯电阻电路W=Q 【探究归纳】档位问题中，焦耳定律（Q=I²Rt）用于分析电热类电器不同档位的发热功率，通过切换电路电阻（如串联或并联电阻）改变电流，进而调节产热；高档位对应低电阻、大电流，单位时间产热多，反之亦然，是家电功率调节与能效计算的关键应用。 【典例3-1】如图甲所示电路，电源电压保持不变，闭合开关，滑动变阻器的滑片P从b端移到a端的过程中，电流表示数Ⅰ与电压表示数U的关系如图乙所示。下列说法中（　　） ①电源电压为6V； ②定值电阻R的阻值为； ③滑动变阻器的最大阻值为10Ω； ④滑片P在b端时，通电1min电阻R产生的热量为27J。 A．只有②③正确 B．只有①③正确 C．只有②③④正确 D．只有①②④正确 【典例3-2】如图所示是两挡电饭锅内部的简化电路图，、均为发热电阻，将开关S分别置于1、2两位置时，电饭锅处于不同挡位。已知的阻值为110Ω。当开关S置于2位置时，电饭锅处于 （选填“高温”或“低温”）挡，该挡位正常工作10min产生的热量是 J。 【典例3-3】如图甲是某电烤箱的电路图，、两根电阻丝阻值均不变，如表为其铭牌，其中高温挡额定功率模糊不清。 牌电烤箱 额定电压 220V 额定功率 高温挡 中温挡 2420W 低温挡 484W (1)当只闭合时，电烤箱处于 挡，并求的阻值 ； (2)该电烤箱处于低温挡正常工作50s，消耗多少电能？ (3)在用电高峰时段，小明利用家中电能表（如图乙）测出了家庭电路的实际电压。他断开其他用电器开关，仅让电烤箱在高温挡下工作，电能表的指示灯闪烁90次用时36s，求此时家庭电路的实际电压是多少？ 跟踪训练1如图甲是有保温、加热功能的暖菜板，简化电路如图乙所示，其中M为风扇，R1和R2均为电热丝，R2=96.8Ω，旋转开关S2可以让暖菜板处于加热档或保温档。说明书上保温总功率由于污渍遮挡看不清。暖菜板正常工作时，下列说法中错误的是（　　） 型号 805D 电路总功率 加热 2100W 电压 220V 保温 XX 用途 暖菜、温奶 风扇功率 100W A．内置风扇的工作电流约为0.45A B．R1的阻值为24.2Ω C．加热状态下，R1，R2，电动机三者并联工作D．保温状态下工作5min，电热丝产生的热量1.2×105J 跟踪训练2图甲是一款挂烫机，其简化电路如图乙，电源电压为220V，R1、R2是电热丝，两电热丝的阻值之比R1∶R2＝1∶2。开关S接触点2、3时挂烫机处于慢热挡，开关S接触点3、4时挂烫机处于速热挡，已知慢热挡的功率为880W。则电热丝R1阻值为 ，挂烫机速热挡的功率为 ，挂烫机在速热挡工作5min，电热丝产生的总热量为 。 跟踪训练3如图甲所示是常用的3D打印笔，它通过加热，挤出热熔的塑料，然后在空气中迅速冷却，最后凝固成形。此打印笔有快慢两挡，其内部简化电路如图乙所示，、是用于发热的电阻，表格是该款3D打印笔的相关参数。求： 额定电压 220V 慢挡打印功率 22W 快挡打印功率 66W （1）该打印笔在快挡打印功率状态下的工作电流？ （2）的阻值？ （3）某次使用快挡打印，共将33g的塑料条从加热到，若不计热损失，完成这次打印所需的时间？[塑料条的比热容为]    题型4 电热的利用与防止 1、电热的利用：电热器是利用电流的热效应来工作的设备。电热器的主要工作部分是发热体，发热体是由电阻大、熔点高的金属导体制作的。电热器是将电能转化为内能来工作的。其优点是清洁、无污染、热效率高，且便于控制和调节电流。 2、电热的防止：在很多情况下，我们并不希望用电器的温度过高。像电视机、计算机、电动机等用电器在工作时，将电能转化其他形式能的过程中，总有一部分电能转化为内能，过多的电热如果不能及时散发，会产生安全隐患。因此，许多用电器采用散热孔、散热片或在发热体安装风扇等方式进行散热，如图所示。 ★特别提醒 （1）电流有三大效应：热效应、磁效应、化学效应。 （2）任何用电器，只要有电阻存在，电流通过时就会有热效应；电流流过超导体不会有热效应。‌ 【归纳总结】电热利用是借助电流热效应设计电热器（如电暖器、电饭煲），将电能转化为内能满足生活需求；防止则是针对电器发热可能引发的安全隐患（如元件老化、火灾），通过散热设计（散热片、风扇）、温控装置及选用耐高温材料等措施，减少电热危害，保障设备安全运行。 【典例4-1】下列情况中属于利用电热的是（   ） A．电视机的后盖有许多孔 B．电热毯孵化小鸡 C．电动机外壳有许多散热片 D．电脑机箱内有小风扇 【典例4-2】早春育苗保温常用电热温床，铺设时，先将床土挖去约20cm厚，床底铺一层麦秸或锯末，再铺一层塑料膜。将电热线按10cm间距，均匀地铺在塑料膜上，再把20cm厚的床土放回即可。电热温床的温控仪相当于一个阻值随温度变化的可变电阻，使用时应该把温控仪与电热线 联。保证电热线不能打结、交叉或重叠，否则可能使电路发生 而产生危险。电热温床是利用电流的 效应持续获得适宜幼苗生长的温度。 跟踪训练1下列情况中，属于防止电热危害的是（    ） A．电脑机箱内有小风扇 B．用电饭锅煮饭 C．冬天用电暖气取暖 D．用电熨斗熨烫衣服 跟踪训练2电流的热效应在生产和生活中有广泛的应用，但有时也会带来危害。应用电热的例子，如用电熨斗熨衣服；防止电热危害的例子，如电脑主机装小风扇给CPU散热。请你结合自己生活经验，再写一例，应用电热： ；防止电热危害： 。 【能力培优练】 1．如图所示的用电器中，利用电流的热效应工作的是（　　） A．平板电脑 B．电热水壶 C．无线路由器 D．电视机 2．小王用如图所示的装置“探究影响电流热效应的因素”，电阻丝R1和R2分别密封在两只完全相同的玻璃瓶中，且。下列说法正确的是（　　） A．实验中，通过比较红色液柱上升的情况来反映电阻丝产生热量的多少 B．该装置用来探究电流热效应与电阻的关系 C．闭合开关后，电阻丝对应的玻璃管中红色液柱上升较快 D．以上均错 3．如图所示，甲、乙、丙、丁四个相同容器里装有质量和初温相同的水，每个容器放入同种材料绕成的导电线圈，其电阻R1>R3>R2>R4，若同时通电，经过一段时间后这四个容器中的水温从高到低的顺序是（　　）（不考虑热量散失） A．甲、丙、乙、丁 B．丁、乙、丙、甲 C．丁、丙、甲、乙 D．丙、丁、乙、甲 4．利用图中5个阻值相等的电阻完成“焦耳定律”的探究实验，以下说法错误的是（    ） A．本实验采用的研究方法有“控制变量法”和“转换法” B．通电后会发现在相同时间内乙产生的热量是丙产生热量的2倍 C．若要探究导体的电阻对电热的影响，应该选择观察甲、乙 D．图丙中外接5Ω电阻的作用是改变流过电阻E的电流，使通过电阻A、E的电流不同 5．某品牌电火锅有低温、中温和高温三挡，如图甲所示。其简化电路如图乙所示，、为阻值一定的电热丝（）。通过开关S1、S2的断开和闭合，可以让电火锅在不同的挡位工作。下列说法中正确的是（　　） A．S1闭合、S2断开时火锅处于低温挡 B．高温档一定比低温挡产生热量多 C．先闭合S1、再闭合S2电路总电阻增大 D．高温挡时断开S2，两端电压不变 6．图甲中，是半导体元件，是的定值电阻，的图像如图乙所示。当电源电压为时，下列说法正确的是（    ） A．电路中的电流是 B．电阻两端电压是 C．电阻在内产生的热量为 D．电路消耗的电功率是 7．如图所示是一款炒菜机模型的简化电路图，它可以实现常温翻炒、高温翻炒、低温焖煮和高温焖煮四种工作模式，电动机上标有“6V  3W”字样且通电后正常工作，R1、R2为发热电阻且电阻大小相等，四种模式中电流表的最大示数为1.5A。 关于下列结论： ①开关S与1、2触点时，炒菜机为低温焖煮模式 ②炒菜机处于高温翻炒模式时，电路的总电阻为4Ω ③炒菜机处于常温翻炒与高温焖煮模式时电流表示数之比为1:3 ④炒菜机处于高温焖煮模式时，电路中1min产生的热量为360J 其中说法正确的是（　　） A．①② B．②③ C．①④ D．②④ 8．如图甲是有保温、加热功能的暖菜板，简化电路如图乙所示，其中M为风扇，R1和R2均为电热丝，R2=96.8Ω，旋转开关S2可以让暖菜板处于加热挡或保温挡。说明书上保温总功率由于污渍遮挡看不清。暖菜板正常工作时，下列说法中错误的是（　　） 型号 805D 电路总功率 加热 2100W 电压 220V 保温 用途 暖菜、温奶 风扇功率 100W A．内置风扇的工作电流约为0.45A B．R1的阻值为24.2Ω C．保温状态下工作5min，电热丝产生的热量1.2×105J D．加热状态下电路总电阻为22Ω 9．某校师生自制了一台电烘箱，设计的简化电路如图所示，已知U=220V，和均为电热丝且电阻值恒为44Ω，、均闭合时，电路的电功率为 W；闭合，断开时，电路1min产生的热量为 J。 10．如图所示电路，电源电压不变，R1=15Ω，R2=30Ω。闭合开关S1，电流表示数为0.4A，则电源电压为 V；闭合开关S1、S2，1min内R2产生的热量为 J。 11．雨、雪等在冬季有时会冻结在输电线上，如图所示。为了保证正常供电，通常要给输电线除冰：在短时间内让输电线不经过用电器而直接接通，使输电线中的电流 （选填“增大”“减小”或“不变”），产生的热量 （选填“增多”“减少”或“不变”），从而使冰熔化。 12．学完焦耳定律后，老师带领同学们感受电热与电阻的关系。如图所示，将锡纸条的中间剪掉一些，导致锡纸宽窄不同处电阻不同。其中AB、CD长度相等，直接将锡纸接在电池两极，很快锡纸冒烟，你认为 段最先冒烟，原因是电流和通电时间相同， 越大产生的热量越多。 13．图甲为灯的电流与电压关系的图像。将灯接入图乙所示的电路中（电源电压保持不变），定值电阻，闭合开关，电流表示数为0.2A。通电100s，定值电阻放出的热量为 J，灯的实际功率为 W。 14．某同学用如图所示的实验装置来探究“电流的热效应与电阻大小的关系”： (1)在A和B两烧瓶中盛有 、初温均相同的煤油，使A和B中的电阻丝阻值 （填“相同”或“不同”）。闭合开关一段时间后，通过观察 可判断电流的热效应跟电阻大小关系，这种探究方法叫 （填“转换法”“类比法”或“控制变量法”）； (2)实验过程中发现实验现象并不明显，以下原因解释不合理的是________（填字母代号）： A．电源电压太低 B．A和B中的电阻丝阻值相差很大 C．装置气密性不好 (3)若用如图装置来进一步测量煤油的比热容，必须在A和B的烧瓶中装入质量、初温均相同的水和煤油，还必须要使A和B中的电阻丝阻值 （填“相同”或“不同”）。通电一段时间后发现A和B中温度计升高的示数之比为2∶1，则装水的是烧瓶 （填“A”或“B”）。 15．如图是“探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中封闭着等量的空气。 (1)接通电路后，容器中电阻丝的内能增大是通过 （选填“做功”或“热传递”）方式； (2)图甲中的A、B管，在通电时间相等时， 管液面上升更高，表明电流通过导体产生的热量多少与 有关； (3)采用图乙中的实验装置探究“电流通过导体产生的热量跟电流是否有关”时，右边透明容器中应该选用阻值为 Ω的电阻丝。 16．小亮家新买了一辆汽车，车上座椅垫具有电加热功能，如图甲所示。该座椅垫有“高温”“低温”和“关”三个挡位，“高温”挡功率为36W，“低温”挡功率为20W。该座椅垫加热部分的电路简图如图乙所示，其中电源电压为24V，S为挡位切换开关，和为电热丝。 (1)试分析当挡位切换开关S接触点b时，该座椅垫处于“高温”挡加热状态。 (2)电热丝的阻值是多少？ (3)当该座椅垫处于“高温”挡加热状态时，加热100s，产生的热量是多少？ 17．某型号的电饭锅的铭牌上标有“220V，880W”字样，其简化原理图如图所示。它有高温烧煮和焖饭保温两挡，通过单刀双掷开关S进行调节，为电热丝。当电饭锅处于高温烧煮挡时，电路的功率为880W；当电饭锅处于焖饭保温挡时，电路的功率为110W。 (1)求电饭锅在高温烧煮挡时电路中的电流； (2)求电热丝的阻值； (3)求焖饭保温，电热丝产生的热量。 18．小强家有一台老式挂烫机，其规格为“220V，968W”，但其只有一个加热挡位。小强利用所学知识将买来的新电阻R1=60Ω连入电路，将其改装为有高温加热和低温加热两挡位的电路，如图甲所示，熔断器的电阻忽略不计，允许通过的最大电流为7A。 (1)改装后，高温加热挡工作时通过熔断器的电流为多少？ (2)改装后，低温加热挡加热10min，挂烫机加热区产生的热量为多少？ (3)小强又设计了如图乙所示的挂烫机电路图，与图甲相比，图乙设计的电路图优点是 （写出一条即可）；但老师看完图乙所示的方案，说此方案有不合理之处，请你通过计算找出该方案的不合理之处 。 【链接中考】 1．（2025·北京·中考真题）下列用电器中，利用电流热效应工作的是（　　） A．电热水壶 B．吸尘器 C．电冰箱 D．电视机 2．（2025·江苏苏州·中考真题）如图甲，两个相同的容器中分别装有液体a、b，液体a的质量大于b的质量。用两个电热丝分别对液体a、b加热，电热丝的阻值大于的阻值，工作电压相同，且电热丝产生的热量均被液体吸收，液体a、b温度随时间的变化关系如图乙。下列说法正确的是（　　） A．a、b为同种物质 B．a的比热容小于b的比热容 C．相同时间内a、b吸收的热量相等 D．的电功率大于的电功率 3．（2025·上海·中考真题）物理王同学家的一个电器上标有“220V  440W”，则此用电器正常工作时的电压为 伏，使用时将 转化为内能。 4．（2025·四川巴中·中考真题）如图为烤火炉的简化电路图，电源电压220V，两个发热电阻阻值均为88Ω，该烤火炉有低温和高温两个档位，则烤火炉处于高温档时的功率为 W，处于低温档工作1min产生的电热为 J。 5．（2025·江苏南通·中考真题）如图为某家用电热器的简化电路图，R1、R2是电热丝，R1=110Ω，虚线框内是温控开关，能在低温档和高温档间自动切换。当触点“1”与“2”接通时，处于低温档；当触点“1”与“2”“3”同时接通时，处于高温档。高温档功率是低温档功率的3倍。求： (1)低温档时，R1中通过的电流及10s内放出的热量； (2)高温档时，电阻R2的功率。 6．（2025·四川·中考真题）学校举办科技节，小李同学利用所学知识设计了一款电热杯垫参加展评，该杯垫具有“加热”和“保温”两种功能。他设计电路如图所示，电源电压为12V，、为两个发热元件，其阻值不随温度变化，的阻值为，当开关S接2时，电流表的示数为1A。求： (1)发热元件的阻值。 (2)S接1时，杯垫工作10s产生的热量。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节 焦耳定律 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 实验探究电流通过导体产生的电热与哪些因素有关 1 题型2 焦耳定律 7 题型3 焦耳定律的应用 10 题型4 电热的利用与防止 18 【能力培优练】 20 【链接中考】 34 【重难题型讲解】 题型1 实验探究电流通过导体产生的电热与哪些因素有关 1、电流的热效应：由于导体有电阻，所以当有电流通过导体时，导体总会发热，将电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应。 2、探究电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关 提出问题 电炉丝接入电路时，电炉丝和导线通过的电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？换句话说，电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关？ 猜想与假设 根据生活经验可以猜想电流通过导体时产生的热量多少可能跟导体的电阻大小、通过导体的电流大小以及通电时间有关。 设计并进行实验 （1）如图甲所示，两个透明容器中密封着等量的空气，U型管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化（转换法：产生的热量多少，通过U型管液面高度的变化反映出来）。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边密闭容器中电阻丝较大。将两容器的电阻丝串联起来接到电源两端，通电一段时间后，发现右边U型管中的液面高度变化大于左边的。 （2）如图乙所示，两个密闭容器中电阻丝的电阻一样大，在右边容器的外部，将另一个相同的电阻丝和容器内的电阻丝并联，然后与左边容器内的电阻丝串联接入电路，在通电时间相同的情况下，我们发现左边的U型管中的液面高度变化大于右边的。 分析论证 （1）如图甲，两容器中电阻丝阻值不同，通过它们的电流相同，通电时间相同（控制不变的量：电流、通电时间；变化量：电阻），右边的U型管中的液面高度变化大于左边的，说明右边容器中电阻丝的热量多。这表明：在电流相同、通电时间相同情况下，电阻越大，电阻产生的热量越多。 （2）如图乙，两容器中的电阻丝阻值相同，根据串并联电路电流的规律可知，通过左边容器的电阻丝电流大于通过右边容器中电阻丝的电流，通电时间相同（控制不变的量：阻值、通电时间；变化量：电流），左边U型管中的液面高度变化大于右边的，说明左侧容器中的电阻丝产生的热量多。 （3）由常识可知，在电阻、电流相同的情况下，通电时间越长，电流通过导体产生的热量越多。 实验结论 电流通过导体产生的热量跟导体的电阻、通过导体的电流和通电时间有关，导体电阻越大、通过导体的电流越大、通电时间越长，产生的热量就越多。 ★特别提醒 1、U形管内液面高度差越大，产生的热量越多。 2、使用中，无论条件如何，U形管内液面高度都相同，可能是：装置气密性不好，重新安装，检查气密性是否良好。 3、实验中加热空气相比加热液体的好处：（1）空气膨胀体积变大，实验效果明显；（2）加热空气，耗电量少，实验时间短。 【探究归纳】电流的热效应指电流通过导体时电能转化为内能的现象，探究其产生的电热与电流、电阻和通电时间的关系时，常用控制变量法，如用串联电路控制电流相同研究电阻影响，通过焦耳定律 Q=I²Rt 定量计算，是电热器工作的理论基础。 【典例1-1】如图所示，“探究电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”的实验，实验中通过观察U形管中 变化来比较电流通过电阻丝产生的热量的多少，是探究电流产生的热量跟 的关系。 【答案】 两侧液面高度差 电流 【详解】[1]电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但液体温度的变化可以通过观察两个U形管中液面高度差的变化来反映，这种研究方法叫转换法。 [2]如图的装置中，右边两个5Ω的电阻并联后与左边5Ω的电阻再串联；根据串联电路的电流特点可知，右边两个电阻的总电流和左边电阻的电流相等，即，两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点可知，比较可知；两瓶中电阻相等均为5Ω，通电时间相等，电流不同，故探究的是电流产生的热量跟电流的关系。 【典例1-2】如图是“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，将四根电阻丝a、b、c、d分别密封在完全相同的瓶子内，瓶内封闭一定量的空气，其中图乙中另取阻值为5Ω的电阻在瓶外与瓶内电阻并联。 (1)在实验中电流通过电阻时产生热量的多少是通过观察U形管中 来比较的，应用的物理探究方法是 。 (2)图甲可探究电流产生的热量与 的关系，通电一段时间后， （选填“左”或“右”）侧瓶子中的电阻产生的热量多。 (3)图乙可探究电流产生的热量与 的关系。 (4)实验的结论可进一步用公式 来表达。由公式可知，图乙中左右两侧瓶子中的电阻产生的热量之比为 。 (5)将图乙右侧两个电阻都放入密封瓶中，可探究电流产生的热量和 的关系。 【答案】(1) 液面的高度差 转换法 (2) 电阻 右 (3)电流 (4) (5)电阻 【详解】（1）[1][2]电流通过电阻产生热量，会使瓶内空气受热膨胀，从而导致U形管中液面高度差变化。这种通过观察U形管液面高度差来反映电阻产生热量多少的方法，是将不容易直接测量的热量多少，转换为容易观察的液面高度差，应用的物理探究方法是转换法。 （2）[1]图甲中，两个电阻串联，电流相同，电阻不同，所以可探究电流产生的热量与电阻的关系。 [2]根据焦耳定律，电流相同，右侧电阻大，所以通电一段时间后，右侧瓶子中的电阻产生的热量多， （3）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，根据并联和串联电路电流的规律，通过左侧容器中电阻的电流大于通过右侧容器中电阻的电流，而通电时间相同，故乙实验可以研究电流产生的热量与电流的关系。 （4）[1][2]根据并联电路电压的规律及欧姆定律可知，通过图乙右侧容器内的电阻丝的电流等于通过容器外电阻丝的电流，根据串联电路各处的电流相等及并联电路干路电流等于各支路电流之和，可知通过左侧容器内的电阻丝的电流为通过右侧容器内电阻丝电流的2倍，由焦耳定律可知，因容器内电阻丝的阻值和通电时间相同，故电阻丝产生的热量与电流的平方成正比，故乙实验通电一段时间后，左右两侧容器内空气吸收的热量之比为4:1。 （5）将图乙右侧两个电阻都放入密封瓶中，此时右侧两个电阻并联后的总电阻与左侧电阻不同，电流相同、通电时间相同，可探究电流产生的热量和电阻的关系。 跟踪训练1如图是研究“电流通过导体产生的热量和 大小的关系”的实验，若通过R2的电流为0.5A，则通电5min后R1产生的热量为 J；将R3的电阻换成10Ω，则左右两容器内电阻丝产生的热量之比为 。 【答案】 电流 1500 9∶4 【详解】[1]由图可知，右侧中两个5Ω的电阻并联后再与左侧一个5Ω的电阻串联。根据串联电路的电流特点可知，通过右侧两个电阻的总电流和通过左侧的电阻电流相等，右侧两个5Ω的电阻并联，所以通过两个容器内的电阻的电流不同，容器内的电阻值都是5Ω，通电时间相同，在电阻和通电时间相同的情况下，电流不同，所以探究的是通电导体产生的热量与电流大小的关系。 [2]若通过R2的电流为0.5A，由于 且并联电路各支路两端电压相等，所以，由欧姆定律可知，通过R3和R2的电流相等，又因为并联电路干路电流等于各支路电流之和，则通过电阻R1的电流为 故通电5min后R1产生的热量为 [3]若将R3的电阻换成10Ω，则左右两侧的总电阻比是 由串联电路电阻与电压的关系知道，左右两侧的两端电压比是 由焦耳定律知道，则左右两容器内电阻丝产生的热量之比为 跟踪训练2小明和小红利用如图所示的装置探究“导体产生的热量与电阻大小的关系”。质量相等的两瓶煤油中都浸泡着一段金属丝，A烧瓶中的金属丝是铜丝，电阻比较小，B烧瓶中的金属丝是镍铬合金丝，电阻比较大。温度计显示煤油的温度。 (1)实验中，小明和小红发现 烧瓶中温度计的示数升高快。这表明：在 相同的情况下，导体的 ，产生的热量越多； (2)小明提议利用该装置改成“比较水和煤油比热容的大小”的实验，则他们应将其中一烧瓶中的煤油换成 相等的 ；将A烧瓶中的铜丝换成镍铬合金丝，并且与B烧瓶中的镍铬合金丝的 相等。通过实验观察，发现装有煤油的烧瓶中温度计的示数变化较大，说明水比热容较大； (3)小丽采用了如图的另一套实验装置。（两个透明容器中封闭着等量气体）探究“电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”的实验时，①如图所示的是探究电流产生的热量跟 的关系，通电一段时间后， （填“左侧”或“右侧”）容器内的电阻丝产生的热量多。可以得出：在 一定的条件下， 越大，产生的热量越多。②让该实验装置冷却到初始状态，把右侧并联的两根电阻丝都放入容器内，接通电源比较两容器内电阻丝发热多少。此时该装置 （填“可以”或“不能”）探究电流产生的热量跟电阻的关系。一段时间后两侧容器内电阻丝产生的热量 （填“左侧”“右侧”或“一样多”）。 【答案】(1) B 电流和通电时间 电阻越大 (2) 质量 水 电阻 (3) 电流大小 左侧 电阻和通电时间 电流 可以 左侧 【详解】（1）[1][2][3]由图可知，两电阻串联在同一电路中，通过两电阻的电流相同，通电时间相同，A烧瓶中电阻小于B烧瓶中电阻，由可知，通电时间相同时，B烧瓶中电阻产生的热量较多，因此B烧瓶中温度计的示数升高的较快。说明在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，产生的热量越多。 （2）[1][2]根据控制变量法可知，“比较水和煤油比热容的大小”的实验中，要控制水和煤油的质量相同，加热相同的时间，比较温度计示数变化情况，因此应将其中一个烧瓶中的煤油换成质量相同的水。 [3]该实验中，要使水和煤油吸收相同的热量，来比较温度计示数的变化情况，因此应使A、B两个烧瓶中的电阻丝产生的热量相同，两电阻丝串联，电流相同，还应控制两电阻丝的阻值相同，因此应将A烧瓶中的铜丝换成镍铬合金丝，并且与B烧瓶中的镍铬合金丝的阻值相同。 （3）[1][2][3][4]由图可知，左右两侧容器内的电阻值都是5Ω，阻值相等，通电时间相等，而右侧烧瓶中的电阻丝与另一个同为5Ω的电阻丝并联后，再与左侧烧瓶中的电阻丝串联，那么通过两个烧瓶中的电阻丝的电流不同，因此探究的是电流产生的热量跟电流的关系；通过左侧烧瓶电阻丝的电流大于右侧烧瓶中电阻丝的电流。由可知，通电时间相同时，左侧烧瓶中电阻丝产生的热量较多。因此可知，在电阻和通电时间一定的条件下，通过电阻丝的电流越大，产生的热量越多。 [5][6]让实验装置冷却到初始状态，将右边两个电阻丝作为研究对象（等效于一个电阻丝），因并联电路中的总电阻小于任何一个支路的电阻，因此右侧烧瓶中的总电阻小于5Ω，即小于左侧烧瓶中的电阻，而通过左右两烧瓶电阻丝的电流相同、通电时间相同，可以探究电流产生的热量与电阻的关系，由可知，一段时间后通过左侧烧瓶电阻丝的热量较多。 题型2 焦耳定律 焦耳定律 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，跟它的时间成正比 计算公式 Q=I2Rt（普遍适用）。 公式中，Q—表示热量，单位是J；I—表示电流，单位是A；R—表示电阻，单位Ω；t—表示它的时间，单位s 焦耳定律公式的理论推导 焦耳定律可通过理论推导得出。假设当电流通过导体时，电能全部转化为内能，则有电流产生的热量（Q）=电流做的功（W），结合欧姆定律可得：Q=W=UIt=IR·It=I2Rt。 可见，当消耗的电能全部用来产生热量时，根据电功公式和欧姆定律推导出来的电流发热规律与焦耳定律实验得出的焦耳定律是一致的 焦耳定律应用问题 （1）焦耳定律Q=I2Rt是由实验总结出来的，只要有电流通过导体，就可以用它来计算导体所产生的热量； （2）公式中各物理量都是对同一导体或同一段电路而言的； （3）运用公式时，各物理量要转换成国际单位中的单位后再代入公式进行计算。 串并联电路中焦耳定律 （1）在串联电路中，根据Q=I2Rt可知，电热与电阻成正比，即； （2）在并联电路中，根据可知，电热与电阻成反比，即 ★特别提醒 公式Q=I2Rt是电流产生热效应的公式，与W=UIt不能通用；W=UIt是电流做功的计算公式，如果电流做功时，只有热效应，则两公式是等效的；如果电流做功时，同时有其他能量转化，像电动机工作时，电能既转化为热能，也转化为动能，则Q=I2Rt只是转化为电热的部分，W=UIt则是总的电功，只有对纯电阻电路才有W=Q，对非纯电阻电路Q＜W。‌ 【探究归纳】焦耳定律指出电流通过导体产生的热量与电流的二次方、导体电阻及通电时间成正比，公式为 Q=I²Rt，适用于任何电路的电热计算，在纯电阻电路中与电功公式 W=UIt等效，是解释电流热效应、设计电热器（如电热水器）及分析电路发热问题的核心规律。 【典例2-1】已知定值电阻R1和R2并联， 且R1：R2=2：1，下列说法正确的是（　　） A．U1：U2=1：2 B．I1：I2=1：2 C．P1：P2=2：1 D．Q1：Q2=2：1 【答案】B 【详解】A．在并联电路中，各支路两端的电压相等，即，所以，故Ａ错误； B．在电压相同的情况下，通过导体的电流与导体的电阻成反比，所以，故B正确； C．根据电功率公式P=UI，因为，，所以，故C错误； D．根据焦耳定律Q=W=Pt（通电时间t相同），因为，所以，故D错误。 故选B。 【典例2-2】如图甲所示是超市常用的塑料袋封口夹，其电路如图乙所示。电源电压为6V，电热丝R阻值为2Ω。闭合开关，电热丝温度升高，2s内电热丝产生的热量为 J。 【答案】36 【详解】闭合开关，电阻R直接连接在电源两极，电流通过电热丝，电热丝把电能转化为内能，使电热丝的内能增加，温度升高，2s内电热丝产生的热量 【典例2-3】如图所示，灯泡标有“6V  3W”字样，电源电压保持不变。当闭合，断开时，灯泡正常发光；当、均闭合时，电流表的示数为1.1A（不考虑温度对电阻的影响）。求： (1)灯泡的电阻和电源电压。 (2)当、均闭合时，通电5min电阻产生的热量。 【详解】（1）灯泡标有“6V  3W”字样，灯泡L的电阻 当S闭合，S1断开时，电路为L的简单电路，因额定电压下灯泡正常发光，所以，电源电压U=UL=6V （2）当S、S1均闭合时，L与R1并联，电流表测干路电流，因并联电路中各支路独立工作、互不影响，所以，由P=UI可得，通过L的电流 因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以，通过R1的电流I1=I-IL=1.1A-0.5A=0.6A 通电5min电阻R1产生的热量Q1=W1=UI1t=6V×0.6A×5×60s=1080J 跟踪训练1两个阻值相同的电热丝，并联4min可烧开一壶水，如果串联使用接在同一电路上，烧开同样的一壶水需要（   ） A．4min B．8min C．16min D．12min 【答案】C 【详解】两根完全相同的电热丝串联后的总电阻R串=2R；并联后的总电阻，所以串联的电阻是并联的电阻4倍；根据题意可知，串并联时烧开一壶水需要的热量关系式为， 热量Q、电压U相等；故电阻R与时间t成正比，串联的电阻是并联的电阻4倍时，时间也是并联时的4倍，故串联时间为4min×4=16min，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 跟踪训练2如图甲所示的电路中，定值电阻R的阻值为10Ω。小灯泡的电流随其两端电压变化关系的图像如图乙所示。只闭合开关S1，小灯泡的实际功率为0.6W，此时灯泡的电阻为 Ω；再闭合S2，1min内定值电阻R产生的热量为 J。 【答案】 15 54 【详解】[1]只闭合开关S1，小灯泡通电工作，R断路，小灯泡两端的电压等于电源电压。小灯泡的实际功率为0.6W，由小灯泡的电流随其两端电压变化关系的图像可知，此时电源电压为3V，电路电流为0.2A，此时灯泡的电阻为 [2]再闭合S2，灯泡与电阻并联，电阻R两端的电压等于电源电压为3V。通过电阻R的电流为 1min内定值电阻R产生的热量为 跟踪训练3有一个电烙铁，它的电阻是1100Ω，将它接在家庭电路中，电烙铁正常工作。求： (1)它的发热功率； (2)如果给它通电15min，获得的热量。 【详解】（1）已知家庭电压是220V，则电烙铁的发热功率 （2）给它通电15min，获得的热量 题型3 焦耳定律的应用 1、焦耳定律在实际中的应用 （1）纯电阻电路：纯电阻电路就是除电源外，只有电阻元件的电路，或有电感和电容元件，但它们对电路的影响可忽略．电压与电流同频且同相位．电阻将从电源获得的能量全部转变成内能，这种电路就叫做纯电阻电路．　基本上，只要电能除了转化为热能以外没有其他能的转化，此电路为纯电阻电路。 （2）焦耳定律的推导公式：，Q=UIt，适用范围，纯电阻电路。 2、电热器的“双挡”问题 （1）“双挡”中的电阻：电热器通常设计有“高温挡”和“低温挡”。根据可知，当U一定时，电阻越大，电功率越小；电阻越小，电功率越大，所以高温挡总电阻最小，低温挡总电阻最大。 （2）“双挡”的控制开关 a短路式：两个电阻串联，把开关与其中一个电阻并联，如下图所示。 当闭合开关时，有一个电阻短路，只有一个电阻工作，此时为高温挡；当断开开关时，两电阻串联，电阻大一些，电热器的功率小一些，此时为低温挡； b单刀双掷式：主要工作电阻放在干路上，一条支路用导线，一条支路连接在附加电阻上，如下图所示。 当开关掷向附加电阻的支路时，两电阻串联，为低温挡；当开关掷向导线支路时，只有主要工作电阻工作，此时为高温挡。 ★特别提醒 电流通过电动机做功消耗的电能，一部分转化为机械能，另一部分是转化为内能，也就是W≠Q．那么，用来计算电功的公式W=UIt不能用来计算电热，电热智能用焦耳定律Q=I2Rt来计算。‌ 3、电热与电功的关系 应用公式 电功 电功率 焦耳定律 适用范围 基本公式 W=UIt P=UI Q=I2Rt 普遍适用 导出公式 =I2Rt  =I2R =UIt  纯电阻电路W=Q 【探究归纳】档位问题中，焦耳定律（Q=I²Rt）用于分析电热类电器不同档位的发热功率，通过切换电路电阻（如串联或并联电阻）改变电流，进而调节产热；高档位对应低电阻、大电流，单位时间产热多，反之亦然，是家电功率调节与能效计算的关键应用。 【典例3-1】如图甲所示电路，电源电压保持不变，闭合开关，滑动变阻器的滑片P从b端移到a端的过程中，电流表示数Ⅰ与电压表示数U的关系如图乙所示。下列说法中（　　） ①电源电压为6V； ②定值电阻R的阻值为； ③滑动变阻器的最大阻值为10Ω； ④滑片P在b端时，通电1min电阻R产生的热量为27J。 A．只有②③正确 B．只有①③正确 C．只有②③④正确 D．只有①②④正确 【答案】C 【详解】①②由图甲可知，定值电阻R与滑动变阻器RP串联，电流表测电路中的电流，电压表测定值电阻R两端的电压。当滑片P在a端时，RP连入电路的电阻为0，电路中只有R工作，则电压表示数最大且等于电源电压，由图乙可知，电源电压U=Ua=4.5V 此时电路中的电流Ia=0.9A，根据欧姆定律可得，定值电阻R的阻值 故①错误，②正确； ③④当滑片P在b端时，由图乙可知，R两端的电压Ub=1.5V，此时电路中的电流Ib=0.3A，根据串联电路的电压规律，RP两端电压UP=U-Ub=4.5V-1.5V=3V 根据欧姆定律可得，滑动变阻器的最大阻值 通电1min电阻R产生的热量Q=Ib2Rt=(0.3A)2×5Ω×60s=27J 故③④正确。综上，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 【典例3-2】如图所示是两挡电饭锅内部的简化电路图，、均为发热电阻，将开关S分别置于1、2两位置时，电饭锅处于不同挡位。已知的阻值为110Ω。当开关S置于2位置时，电饭锅处于 （选填“高温”或“低温”）挡，该挡位正常工作10min产生的热量是 J。 【答案】 低温 【详解】[1][2]由图可知，当开关S置于1时，、并联，电路中的总电阻较小，由可知，电路中的总功率较大，电饭锅处于高温挡，当开关S置于2时，只有工作，电路中的总电阻较大，由可知，电路中的总功率较小，电饭锅处于低温挡； 低温挡的电功率： 该挡位正常工作10min产生的热量： 【典例3-3】如图甲是某电烤箱的电路图，、两根电阻丝阻值均不变，如表为其铭牌，其中高温挡额定功率模糊不清。 牌电烤箱 额定电压 220V 额定功率 高温挡 中温挡 2420W 低温挡 484W (1)当只闭合时，电烤箱处于 挡，并求的阻值 ； (2)该电烤箱处于低温挡正常工作50s，消耗多少电能？ (3)在用电高峰时段，小明利用家中电能表（如图乙）测出了家庭电路的实际电压。他断开其他用电器开关，仅让电烤箱在高温挡下工作，电能表的指示灯闪烁90次用时36s，求此时家庭电路的实际电压是多少？ 【详解】（1）[1][2]由图可知，只闭合开关时，只有工作，电阻较小，由可知电烤箱处于中温挡；由可得， （2）当闭合开关，开关接时，与串联，总电阻最大，总功率最小，电烤箱处于低温挡，电路的电流 电路的总电阻 则的阻值 电烤箱低温挡正常工作，消耗的电能 （3）指示灯闪烁90次消耗的电能为 高温挡时的实际功率为 与并联，则并联电路的总电阻 该电路的实际电压 跟踪训练1如图甲是有保温、加热功能的暖菜板，简化电路如图乙所示，其中M为风扇，R1和R2均为电热丝，R2=96.8Ω，旋转开关S2可以让暖菜板处于加热档或保温档。说明书上保温总功率由于污渍遮挡看不清。暖菜板正常工作时，下列说法中错误的是（　　） 型号 805D 电路总功率 加热 2100W 电压 220V 保温 XX 用途 暖菜、温奶 风扇功率 100W A．内置风扇的工作电流约为0.45A B．R1的阻值为24.2Ω C．加热状态下，R1，R2，电动机三者并联工作 D．保温状态下工作5min，电热丝产生的热量1.2×105J 【答案】C 【详解】A．内置风扇的功率P风扇=100W，电压U=220V，则内置风扇的电流 故A正确，不符合题意； BC．当开关S1闭合、S2接3、4时，R1与风扇并联，电热丝电路的阻值最小，根据可知功率最大，暖菜板处于加热状态，加热电路的电功率 R1的阻值 故B正确，不符合题意；C错误，符合题意； D．当开关S2的“2”接“3”时，R1、R2串联再与风扇并联，此时电路总电阻较大，根据可知，总功率较小，为保温状态，则总电阻 暖菜板保温状态下电热丝的功率 保温状态下工作5min，电热丝产生的热量 故D正确，不符合题意。 故选C。 跟踪训练2图甲是一款挂烫机，其简化电路如图乙，电源电压为220V，R1、R2是电热丝，两电热丝的阻值之比R1∶R2＝1∶2。开关S接触点2、3时挂烫机处于慢热挡，开关S接触点3、4时挂烫机处于速热挡，已知慢热挡的功率为880W。则电热丝R1阻值为 ，挂烫机速热挡的功率为 ，挂烫机在速热挡工作5min，电热丝产生的总热量为 。 【答案】 55 1320W 3.96×105J 【详解】[1]当开关S接触点2、3时，电路为R1的简单电路，挂烫机处于慢热挡。由可得 [2]已知R1∶R2=1∶2 所以R2=2R1=2×55Ω=110Ω 当开关S接触点3、4时，R1与R2并联，挂烫机处于速热挡。根据并联电路电压特点，则U=U1=U2=220V 由可得，R2的功率 速热挡功率P速热=P慢热+P2=880W+440W=1320W [3]挂烫机在速热挡工作时间t=5min=5×60s=300s 由Q=W=Pt 可知，总热量Q=P速热t=1320W×300s=3.96×105J 跟踪训练3如图甲所示是常用的3D打印笔，它通过加热，挤出热熔的塑料，然后在空气中迅速冷却，最后凝固成形。此打印笔有快慢两挡，其内部简化电路如图乙所示，、是用于发热的电阻，表格是该款3D打印笔的相关参数。求： 额定电压 220V 慢挡打印功率 22W 快挡打印功率 66W （1）该打印笔在快挡打印功率状态下的工作电流？ （2）的阻值？ （3）某次使用快挡打印，共将33g的塑料条从加热到，若不计热损失，完成这次打印所需的时间？[塑料条的比热容为]    【详解】（1）由图可知，只闭合开关S时，电路为R1的简单电路；同时闭合S、S1时，R1、R2并联。由于并联后总电阻小于任一支路电阻，所以并联电路电阻较小。由可知，电压一定时，电阻越小，消耗的电功率越大，则只闭合S时为慢档打印，同时闭合S、S1时为快档打印。快档打印的电流为 （2）慢档打印时，通过电路的电流 R1的阻值为 （3）33g的塑料条从加热到吸收热量为 若不计热损失消耗电能为 使用快挡打印所需的时间 答：（1）该打印笔在快挡打印功率状态下的工作电流为0.3A； （2）的阻值为2200Ω； （3）使用快挡打印，完成这次打印所需的时间为150s。 题型4 电热的利用与防止 1、电热的利用：电热器是利用电流的热效应来工作的设备。电热器的主要工作部分是发热体，发热体是由电阻大、熔点高的金属导体制作的。电热器是将电能转化为内能来工作的。其优点是清洁、无污染、热效率高，且便于控制和调节电流。 2、电热的防止：在很多情况下，我们并不希望用电器的温度过高。像电视机、计算机、电动机等用电器在工作时，将电能转化其他形式能的过程中，总有一部分电能转化为内能，过多的电热如果不能及时散发，会产生安全隐患。因此，许多用电器采用散热孔、散热片或在发热体安装风扇等方式进行散热，如图所示。 ★特别提醒 （1）电流有三大效应：热效应、磁效应、化学效应。 （2）任何用电器，只要有电阻存在，电流通过时就会有热效应；电流流过超导体不会有热效应。‌ 【归纳总结】电热利用是借助电流热效应设计电热器（如电暖器、电饭煲），将电能转化为内能满足生活需求；防止则是针对电器发热可能引发的安全隐患（如元件老化、火灾），通过散热设计（散热片、风扇）、温控装置及选用耐高温材料等措施，减少电热危害，保障设备安全运行。 【典例4-1】下列情况中属于利用电热的是（   ） A．电视机的后盖有许多孔 B．电热毯孵化小鸡 C．电动机外壳有许多散热片 D．电脑机箱内有小风扇 【答案】B 【详解】A．电动机的后盖有许多孔是防止电流产生的热量过大而烧坏电动机，不属于电热的利用，故A不符合题意； B．电热毯装有发热管是利用电热来孵化小鸡，属于电热的利用，故B符合题意； C．电动机外壳有许多散热片，防止电流产生的热量过大而烧坏电动机，不属于电热的利用，故C不符合题意； D．电脑机箱内有小风扇是防止电流产生的热量过大而烧坏用电器，不属于电热的利用，故D不符合题意。 故选B。 【典例4-2】早春育苗保温常用电热温床，铺设时，先将床土挖去约20cm厚，床底铺一层麦秸或锯末，再铺一层塑料膜。将电热线按10cm间距，均匀地铺在塑料膜上，再把20cm厚的床土放回即可。电热温床的温控仪相当于一个阻值随温度变化的可变电阻，使用时应该把温控仪与电热线 联。保证电热线不能打结、交叉或重叠，否则可能使电路发生 而产生危险。电热温床是利用电流的 效应持续获得适宜幼苗生长的温度。 【答案】 串 过热 热 【详解】[1]电热温床的温控仪相当于一个阻值随温度变化的可变电阻，使用时应该把温控仪与电热线串联。 [2]保证电热线不能打结、交叉或重叠，否则可能使电路发生过热而产生危险。 [3]电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫作电流的热效应。电热温床是利用电流的热效应持续获得适宜幼苗生长的温度。 跟踪训练1下列情况中，属于防止电热危害的是（    ） A．电脑机箱内有小风扇 B．用电饭锅煮饭 C．冬天用电暖气取暖 D．用电熨斗熨烫衣服 【答案】A 【详解】A．电脑机箱内的小风扇是散热扇，是为了及时将电脑产生的热散掉，属于防止电热危害，故A符合题意； BCD．电饭锅、电暖气、电熨斗都属于电热器，利用电流的热效应工作，是利用电热的例子，故BCD不符合题意。 故选A。 跟踪训练2电流的热效应在生产和生活中有广泛的应用，但有时也会带来危害。应用电热的例子，如用电熨斗熨衣服；防止电热危害的例子，如电脑主机装小风扇给CPU散热。请你结合自己生活经验，再写一例，应用电热： ；防止电热危害： 。 【答案】 电热水壶烧水 电视机背后有散热孔 【详解】[1]电流通过导体时会发热，利用电流热效应的例子有电热水壶烧水，将电能转化为内能。 [2]电流的热效应有时也有危害，加强散热是减小危害的主要方法，如果电视机背后有散热孔，可以通过空气对流带走一部分热量，使用电设备的温度不至于升得太高。 【能力培优练】 1．如图所示的用电器中，利用电流的热效应工作的是（　　） A．平板电脑 B．电热水壶 C．无线路由器 D．电视机 【答案】B 【详解】A．平板电脑​​主要利用电流进行数据处理、显示、通信等，发热是副作用，不是主要工作目的。故A不符合题意； B．电热水壶​​通过发热管将电能转化为内能来加热水，是利用电流热效应工作的电器。故B符合题意； C．​​无线路由器主要功能是信号处理与无线通信，发热不是主要目的。故C不符合题意； D．电视机主要功能是显示图像与播放声音，发热不是主要目的。故D不符合题意。 故选B。 2．小王用如图所示的装置“探究影响电流热效应的因素”，电阻丝R1和R2分别密封在两只完全相同的玻璃瓶中，且。下列说法正确的是（　　） A．实验中，通过比较红色液柱上升的情况来反映电阻丝产生热量的多少 B．该装置用来探究电流热效应与电阻的关系 C．闭合开关后，电阻丝对应的玻璃管中红色液柱上升较快 D．以上均错 【答案】A 【详解】A．电流通过电阻丝产生热量，发出的热量会使瓶内空气受热膨胀，从而推动红色液柱上升。液柱上升的高度越高，说明电阻丝产生的热量越多，这种通过“红色液柱上升情况”间接反映“电阻丝产生热量多少”的方法叫做转换法，所以说该实验通过比较红色液柱上升的情况来反映电阻丝产生热量的多少，故A正确； B．因为电流热效应的影响因素包括电流大小、电阻大小、通电时间。在这个实验中，电阻相同，但电源电压不同。根据欧姆定律，而且，所以通过的R1电流小于通过R2的电流，根据实验控制单一变量的原则，该实验是改变的是电流的大小，因此该装置是用来探究电流热效应与电流的关系，故B错误； C．根据焦耳定律，因为改变的是电流的大小，已知，通电时间相同，因为，故，所以，故R2产生的热量更多，因为热量越多，瓶内空气膨胀越明显，红色液柱上升越快。因此，R2对应的玻璃管中红色液柱上升更快，而不是R1电阻丝对应的玻璃管中红色液柱上升较快，故C错误； D．因为该实验通过比较红色液柱上升的情况来反映电阻丝产生热量的多少，选项A是正确的，故D错误。 故选A。 3．如图所示，甲、乙、丙、丁四个相同容器里装有质量和初温相同的水，每个容器放入同种材料绕成的导电线圈，其电阻R1>R3>R2>R4，若同时通电，经过一段时间后这四个容器中的水温从高到低的顺序是（　　）（不考虑热量散失） A．甲、丙、乙、丁 B．丁、乙、丙、甲 C．丁、丙、甲、乙 D．丙、丁、乙、甲 【答案】C 【详解】甲、乙容器中的电阻、是串联的，根据串联电路的特点，通过它们的电流I相等，通电时间t也相同。根据焦耳定律，在I和t相同的情况下，电阻R越大，产生的热量Q越多。已知，所以。丙、丁容器中的电阻、是并联的，它们两端的电压U相等，通电时间t也相同。根据焦耳定律的变形式，在U和t相同的情况下，电阻R越小，产生的热量Q越多。已知，所以。根据欧姆定律，对于串联的、，其电流；通过的电流。因，所以，又因，根据焦耳定律，得，所以。因为产生的热量越多，水吸收的热量越多，水温升高得越多，所以水温从高到低的顺序是丁、丙、甲、乙。故ABD不符合题意，C符合题意。 C 4．利用图中5个阻值相等的电阻完成“焦耳定律”的探究实验，以下说法错误的是（    ） A．本实验采用的研究方法有“控制变量法”和“转换法” B．通电后会发现在相同时间内乙产生的热量是丙产生热量的2倍 C．若要探究导体的电阻对电热的影响，应该选择观察甲、乙 D．图丙中外接5Ω电阻的作用是改变流过电阻E的电流，使通过电阻A、E的电流不同 【答案】B 【详解】A．电流通过电阻丝产生的热量越多，容器内空气吸收的热量越多，气体的温度越高，容器内气体压强就越大，气体推动U形管中液体移动，则U形管中液面的高度差就越大，即通过U形管中液面高度差的变化可以反映电流产生热量的多少，采用了转换法；由于电流通过导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间有关，所以探究电流通过导体产生的热量跟某个因素的关系时，要用到控制变量法，故A正确，不符合题意； B．由图可知，乙容器中的电阻是丙容器中的电阻的2倍，乙的电流是丙的电流的2倍，根据Q=I2Rt可知，乙中产生的热量是丙的8倍；故B错误，符合题意； C．要探究电阻对电热的影响，应控制通电时间和电流大小相同，电阻大小不同，故应该选用甲和乙，故C正确，不符合题意； D．如图所示，图丙中外连接5Ω电阻使得电阻D、E并联，电阻A处在干路上，根据并联电路电流规律可知，通过电阻A的电流大于通过电阻E的电流，故外接5Ω电阻的作用是使通过金属丝A、E的电流不同，故D正确，不符合题意。 故选B。 5．某品牌电火锅有低温、中温和高温三挡，如图甲所示。其简化电路如图乙所示，、为阻值一定的电热丝（）。通过开关S1、S2的断开和闭合，可以让电火锅在不同的挡位工作。下列说法中正确的是（　　） A．S1闭合、S2断开时火锅处于低温挡 B．高温档一定比低温挡产生热量多 C．先闭合S1、再闭合S2电路总电阻增大 D．高温挡时断开S2，两端电压不变 【答案】D 【详解】A．电源电压一定，当闭合、断开时，只有接入电路，此时电路消耗的功率，当闭合、断开时，只有接入电路，此时电路消耗的功率，当、都闭合时，、并联，此时电路消耗的功率。因为上述3种连接方式的电路总电阻，所以，则S1闭合、S2断开时火锅处于中温挡，故A错误； B．电火锅为纯电阻用电器，则电流通过用电器做功产生的电热，由公式可知产生的电热多少与功率和时间都有关，高温挡功率大，但不知道工作时间，所以不能确定高温档一定比低温挡产生热量多，故B错误； C．先闭合，只有接入电路，再闭合，、并联，根据并联电路电阻特点，并联的电阻越多，总电阻越小，所以电路总电阻减小，故C错误； D．高温挡时、并联，各用电器两端电压等于电源电压；断开，电路中只有，其两端电压也等于电源电压，所以两端电压不变，故D正确。 故选D。 6．图甲中，是半导体元件，是的定值电阻，的图像如图乙所示。当电源电压为时，下列说法正确的是（    ） A．电路中的电流是 B．电阻两端电压是 C．电阻在内产生的热量为 D．电路消耗的电功率是 【答案】C 【详解】AB．由图甲得，R1、R2串联，电路电流处处相等；由图乙得，电路中的电流是时，R1的电压为3V，由欧姆定律得，此时R2的电压为 电源电压为 符合题意，故电路中的电流是0.6A，R2的电压为3V，故AB错误； C．电阻在内产生的热量为     故C正确； D．电路消耗的电功率是 故D错误。 故选C。 7．如图所示是一款炒菜机模型的简化电路图，它可以实现常温翻炒、高温翻炒、低温焖煮和高温焖煮四种工作模式，电动机上标有“6V  3W”字样且通电后正常工作，R1、R2为发热电阻且电阻大小相等，四种模式中电流表的最大示数为1.5A。 关于下列结论： ①开关S与1、2触点时，炒菜机为低温焖煮模式 ②炒菜机处于高温翻炒模式时，电路的总电阻为4Ω ③炒菜机处于常温翻炒与高温焖煮模式时电流表示数之比为1:3 ④炒菜机处于高温焖煮模式时，电路中1min产生的热量为360J 其中说法正确的是（　　） A．①② B．②③ C．①④ D．②④ 【答案】C 【详解】①由图可知，当开关S与1、2触点时，R1、R2串联，电动机不工作，根据串联电路的特点可知，此时电路中的总电阻较大，由知，电路的总功率较小，炒菜机处于低温焖煮模式；当开关S与2、3触点时，只有R1工作，电动机不工作，电路中的总电阻较小，总功率较大，炒菜机处于高温焖煮模式；开关S与3、4触点时，R1与电动机M并联，炒菜机处于高温翻炒模式；当开关S与4、5触点时，只有电动机M工作，炒菜机处于常温翻炒模式，故①正确； ②炒菜机处于高温翻炒模式时，R1与电动机M并联，由于电动机是非纯电阻用电器，无法计算其电阻，所以电路的总电阻无法计算，故②错误； ③常温翻炒时只有电动机工作，由P=UI可知，炒菜机处于常温翻炒时电流表的示数 四种模式中，高温翻炒是R1与电动机并联，电流最大，即高温翻炒时电流表的最大示数为1.5A，根据并联电路的电流特点可知，高温翻炒时通过R1的电流I1=I高-I常=1.5A-0.5A=1A 高温焖煮时，通过R1的电流不变，故有I高焖=I1=1A 则炒菜机处于常温翻炒与高温焖煮模式时电流表示数之比I常：I高焖=0.5A：1A=1：2，故③错误； ④炒菜机的电源电压U=UM=6V，炒菜机处于高温焖煮模式时，电路中1min产生的热量Q=W=UI高焖t=6V×1A×1×60s=360J 故④正确；综上所述①④正确，②③错误，故C正确，ABD错误。 故选C。 8．如图甲是有保温、加热功能的暖菜板，简化电路如图乙所示，其中M为风扇，R1和R2均为电热丝，R2=96.8Ω，旋转开关S2可以让暖菜板处于加热挡或保温挡。说明书上保温总功率由于污渍遮挡看不清。暖菜板正常工作时，下列说法中错误的是（　　） 型号 805D 电路总功率 加热 2100W 电压 220V 保温 用途 暖菜、温奶 风扇功率 100W A．内置风扇的工作电流约为0.45A B．R1的阻值为24.2Ω C．保温状态下工作5min，电热丝产生的热量1.2×105J D．加热状态下电路总电阻为22Ω 【答案】D 【详解】A．由表中数据可知，风扇的功率为P风=100W，根据P=UI可得，内置风扇的工作电流为，故A正确； B．由图乙可知，开关S1闭合，S2接触点1、2时，电路中只有风扇工作；S2接触点2、3时，电热丝R1与R2串联，再与风扇并联，加热电路的总电阻较大；S2接触点3、4时，加热电路中只有电热丝R1工作，再与风扇并联，加热电路的总电阻较小，根据可知，S2接触点2、3时，加热电路消耗的电功率较小，暖菜板处于保温挡；S2接触点3、4时，加热电路消耗的电功率较大，暖菜板处于加热挡。由于并联电路各支路互不影响，故加热挡下R1的电功率为P1=P加-P风=2100W-100W=2000W 根据可得，R1的阻值为 故B正确； C．保温状态下电热丝的功率为 根据Q=I2Rt=Pt可得，工作5min电热丝产生的热量为Q=P保t=400W×5×60s=1.2×105J 故C正确； D．加热状态下，电热丝R1与风扇并联，已知求得R1的阻值为24.2Ω，由于风扇为非纯电阻用电器，无法求得风扇的电阻，故加热状态下电路的总电阻不能确定，故D错误。 故选D。 9．某校师生自制了一台电烘箱，设计的简化电路如图所示，已知U=220V，和均为电热丝且电阻值恒为44Ω，、均闭合时，电路的电功率为 W；闭合，断开时，电路1min产生的热量为 J。 【答案】 1100 【详解】[1]当、均闭合时，会被短路，只有工作，因此电路的电功率为 [2]闭合，断开时，电路为串联电路，电路的总阻值为 电路中电流为 故电路1min产生的热量为 10．如图所示电路，电源电压不变，R1=15Ω，R2=30Ω。闭合开关S1，电流表示数为0.4A，则电源电压为 V；闭合开关S1、S2，1min内R2产生的热量为 J。 【答案】 6 72 【详解】[1]只闭合开关S1时，电路为R1的简单电路，电流表测通过电路的电流， 由可得电源电压U=I1R1=0.4A×15Ω=6V [2]当同时闭合开关S1、S2时，两电阻并联，电流表测干路电流，并联电路各支路两端的电压相等，所以R2两端电压也为6V，由纯电阻电路特点和欧姆定律，故通电1min定值电阻R2产生的热量为 11．雨、雪等在冬季有时会冻结在输电线上，如图所示。为了保证正常供电，通常要给输电线除冰：在短时间内让输电线不经过用电器而直接接通，使输电线中的电流 （选填“增大”“减小”或“不变”），产生的热量 （选填“增多”“减少”或“不变”），从而使冰熔化。 【答案】 增大 增多 【详解】[1]输电线不经过用电器直接接通，相当于短路，此时电路中电阻减小，根据欧姆定律（电压U不变），电流会增大。 [2]根据焦耳定律，电流增大，在电阻R和时间t不变的情况下，产生的热量增多，从而使冰熔化。 12．学完焦耳定律后，老师带领同学们感受电热与电阻的关系。如图所示，将锡纸条的中间剪掉一些，导致锡纸宽窄不同处电阻不同。其中AB、CD长度相等，直接将锡纸接在电池两极，很快锡纸冒烟，你认为 段最先冒烟，原因是电流和通电时间相同， 越大产生的热量越多。 【答案】 AB 电阻 【详解】[1][2]锡纸条上AB、CD段长度相等，材料也相同，由图知AB段的横截面积最小，则AB段的电阻最大； 这两段锡纸条串联，通过的电流相等、通电时间也相同，AB段的电阻最大，由焦耳定律Q=I2Rt可知电流通过AB段产生的热量最多，所以AB段最先冒烟。 13．图甲为灯的电流与电压关系的图像。将灯接入图乙所示的电路中（电源电压保持不变），定值电阻，闭合开关，电流表示数为0.2A。通电100s，定值电阻放出的热量为 J，灯的实际功率为 W。 【答案】 40 0.5 【详解】[1][2]由图乙可知，定值电阻R与灯L并联，电流表测通过R的电流。并联电路各支路两端的电压相等，根据欧姆定律可得，电源电压 通电100s，定值电阻R放出的热量 由图甲可知，灯泡两端的电压UL=2V时，通过灯L的电流为I实=0.25A，灯L的实际功率 14．某同学用如图所示的实验装置来探究“电流的热效应与电阻大小的关系”： (1)在A和B两烧瓶中盛有 、初温均相同的煤油，使A和B中的电阻丝阻值 （填“相同”或“不同”）。闭合开关一段时间后，通过观察 可判断电流的热效应跟电阻大小关系，这种探究方法叫 （填“转换法”“类比法”或“控制变量法”）； (2)实验过程中发现实验现象并不明显，以下原因解释不合理的是________（填字母代号）： A．电源电压太低 B．A和B中的电阻丝阻值相差很大 C．装置气密性不好 (3)若用如图装置来进一步测量煤油的比热容，必须在A和B的烧瓶中装入质量、初温均相同的水和煤油，还必须要使A和B中的电阻丝阻值 （填“相同”或“不同”）。通电一段时间后发现A和B中温度计升高的示数之比为2∶1，则装水的是烧瓶 （填“A”或“B”）。 【答案】(1) 质量 不同 温度计示数的变化 转换法 (2)B (3) 相同 B 【详解】（1）[1][2]探究“电流的热效应跟电阻大小关系”，要用到控制变量法，实验前要在烧瓶内装入质量相等和初温相同的煤油，改变电阻的大小，所以A和B中的电阻丝阻值不同。 [3][4]电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，温度计示数的变化反映了液体温度的变化，反映了液体吸收热量即电流产生热量的多少，这种探究方法叫转换法。 （2）A．根据焦耳定律Q=I2Rt可知，当电阻和通电时间一定时，产生的热量多少与电流有关，当电源电压太低，根据公式，电阻一定时，电路中电流较小，产生的热量较少，实验现象会不明显，故A不符合题意； B．根据焦耳定律Q=I2Rt可知，实验中电流大小相同，相同时间内，产生的热量多少与电阻大小有关，电阻相差越大，电热相差越明显，故B符合题意； C．电阻产生的热量使液体的温度升高，如果装置气密性不好，热量散失到空气较多，使实验现象不明显，故C不符合题意。 故选B。 （3）[1]测量煤油的比热容，需要使水和煤油吸收的热量相同，由Q=I2Rt可知，相同的电阻丝在相同时间内产生的热量相同，即水和煤油吸收的热量相同。 [2]由Q=cmΔt可知，质量相同的液体，吸收相同的热量，温度改变小的比热容大，B烧瓶液体温度变化小，装水的是烧瓶B。 15．如图是“探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中封闭着等量的空气。 (1)接通电路后，容器中电阻丝的内能增大是通过 （选填“做功”或“热传递”）方式； (2)图甲中的A、B管，在通电时间相等时， 管液面上升更高，表明电流通过导体产生的热量多少与 有关； (3)采用图乙中的实验装置探究“电流通过导体产生的热量跟电流是否有关”时，右边透明容器中应该选用阻值为 Ω的电阻丝。 【答案】(1)做功 (2) B 电阻大小 (3)5 【详解】（1）电流流过电阻丝时会做功，将电能转化为电阻丝的内能，则容器中电阻丝的内能增大是通过做功方式。 （2）[1][2]图甲中两密闭容器中的电阻丝串联，电流与通电时间相同，右边的电阻阻值较大，且B管液面上升得更高，说明右边容器中的电阻丝产生的电热多，说明电流通过导体产生的热量多少与电阻大小有关。 （3）探究“电流通过导体产生的热量跟电流是否有关”时，需要控制导体的电阻和通电时间相同，左侧容器内电阻为5Ω，则右边透明容器中应该选用阻值为5Ω的电阻丝。 16．小亮家新买了一辆汽车，车上座椅垫具有电加热功能，如图甲所示。该座椅垫有“高温”“低温”和“关”三个挡位，“高温”挡功率为36W，“低温”挡功率为20W。该座椅垫加热部分的电路简图如图乙所示，其中电源电压为24V，S为挡位切换开关，和为电热丝。 (1)试分析当挡位切换开关S接触点b时，该座椅垫处于“高温”挡加热状态。 (2)电热丝的阻值是多少？ (3)当该座椅垫处于“高温”挡加热状态时，加热100s，产生的热量是多少？ 【详解】（1）由图乙可知，开关S拨到接触点a时，R1与R2串联，开关S拨到接触点b时，R2被断路，电路中只有R1工作，由可知，电阻越小，功率越大。由于，当挡位切换开关S接触点b时，功率大，该座椅垫处于“高温”挡加热状态。 （2）由电路图知，开关S接高温挡位时，电路为R1的简单电路，根据可得，电热丝R1的阻值为 由电路图可知，电路的座椅垫处于“低温”挡加热时，R1与R2串联，电路的总电阻为 则电热丝R2的阻值为 （3）由电路图知，该电路为纯电阻电路，该座椅垫处于“高温”挡加热状态时，加热100s，产生的热量 17．某型号的电饭锅的铭牌上标有“220V，880W”字样，其简化原理图如图所示。它有高温烧煮和焖饭保温两挡，通过单刀双掷开关S进行调节，为电热丝。当电饭锅处于高温烧煮挡时，电路的功率为880W；当电饭锅处于焖饭保温挡时，电路的功率为110W。 (1)求电饭锅在高温烧煮挡时电路中的电流； (2)求电热丝的阻值； (3)求焖饭保温，电热丝产生的热量。 【详解】（1）根据电功率计算公式可得，电饭锅在高温烧煮挡时电路中的电流 （2）由图可知，当开关S接1时，R与串联，电路的总电阻较大，电路消耗的功率较小，电饭锅处于焖饭保温挡；当开关S接2时，R短路，电路为的简单电路，电路的总电阻较小，电路消耗的功率较大，电饭锅处于高温烧煮挡。根据电功率计算公式可得，电饭锅的工作挡位，电热丝的阻值 （3）根据电功率计算公式可得，焖饭保温时电路中的电流 焖饭保温，电热丝产生的热量 18．小强家有一台老式挂烫机，其规格为“220V，968W”，但其只有一个加热挡位。小强利用所学知识将买来的新电阻R1=60Ω连入电路，将其改装为有高温加热和低温加热两挡位的电路，如图甲所示，熔断器的电阻忽略不计，允许通过的最大电流为7A。 (1)改装后，高温加热挡工作时通过熔断器的电流为多少？ (2)改装后，低温加热挡加热10min，挂烫机加热区产生的热量为多少？ (3)小强又设计了如图乙所示的挂烫机电路图，与图甲相比，图乙设计的电路图优点是 （写出一条即可）；但老师看完图乙所示的方案，说此方案有不合理之处，请你通过计算找出该方案的不合理之处 。 (3) 优点是工作时的电功率更大 图乙的高温挡工作电流大于熔断器允许通过的最大电流 【详解】（1）由图甲可知，开关S和均闭合时，被短路，电路为R的简单电路，电路的总电阻较小，电路中的电流较大，加热电阻消耗的电功率较大，挂烫机处于高温加热挡；开关S闭合、断开时，与R串联，电路的总电阻较大，电路中的电流较小，加热电阻消耗的电功率较小，挂烫机处于低温加热挡。根据电功率计算公式可知，因此改装后，高温加热挡工作时通过熔断器的电流 （2）根据欧姆定律可得，R的阻值 根据串联电路的电阻规律和欧姆定律可得，低温加热挡时，通过电路的电流 加热，挂烫机加热区产生的热量 （3）[1]与图甲相比，图乙设计的电路图优点是工作时的电功率更大，并联相互不影响。 [2]由图乙可知，开关S闭合、断开时，电路为R的简单电路，电路的总电阻小于R与串联的总电阻；开关S和均闭合时，R与并联，总电阻比R的阻值更小，根据并联电路的电流规律和欧姆定律可得，干路中的电流 高温挡的工作电流大于熔断器允许通过的最大电流，故该方案不合理。 【链接中考】 1．（2025·北京·中考真题）下列用电器中，利用电流热效应工作的是（　　） A．电热水壶 B．吸尘器 C．电冰箱 D．电视机 【答案】A 【详解】A．电热水壶工作时将电能转化为内能，利用电流的热效应工作的，故A符合题意； B．吸尘器工作时电动机转动，将电能转化为机械能，不是利用电流的热效应工作的，故B不符合题意； C．电冰箱是将电能转化为电动机的机械能，不是利用电流的热效应来工作的，故C不符合题意； D．电视机工作时主要是把电能转化为声能与光能，不是利用电流的热效应来工作的，故D不符合题意。 故选A。 2．（2025·江苏苏州·中考真题）如图甲，两个相同的容器中分别装有液体a、b，液体a的质量大于b的质量。用两个电热丝分别对液体a、b加热，电热丝的阻值大于的阻值，工作电压相同，且电热丝产生的热量均被液体吸收，液体a、b温度随时间的变化关系如图乙。下列说法正确的是（　　） A．a、b为同种物质 B．a的比热容小于b的比热容 C．相同时间内a、b吸收的热量相等 D．的电功率大于的电功率 【答案】B 【详解】A．由图像可知，a、b沸点不同，所以a、b不是同种物质，故A错误； CD．电热丝的阻值大于的阻值，工作电压相同，根据，的电功率小于的电功率，因为是纯电阻电路，根据可知相同时间产生的热量少于产生的热量，电热丝产生的热量均被液体吸收，所以相同时间内a吸收的热量少于b吸收的热量，故CD错误； B．相同时间内a吸收的热量少于b吸收的热量，由图像可知，沸腾前相同时间内a升高的温度大于b升高的温度，且液体a的质量大于b的质量，根据可知a的比热容小于b的比热容，故B正确。 故选B。 3．（2025·上海·中考真题）物理王同学家的一个电器上标有“220V  440W”，则此用电器正常工作时的电压为 伏，使用时将 转化为内能。 【答案】 220 电能 【详解】[1]用电器上标有 “220V 440W”，其中 “220V” 是该用电器的额定电压，即此用电器正常工作时的电压为 220 伏。 [2]该电器工作时消耗电能，将电能转化为其他形式的能。 4．（2025·四川巴中·中考真题）如图为烤火炉的简化电路图，电源电压220V，两个发热电阻阻值均为88Ω，该烤火炉有低温和高温两个档位，则烤火炉处于高温档时的功率为 W，处于低温档工作1min产生的电热为 J。 【答案】 1100 33000 【详解】[1]当两个开关都闭合时，两个电阻并联，此时电路的总电阻最小，由可知，功率最大，为高温档。单个电阻的功率 两个电阻并联，总功率 即烤火炉处于高温档时的功率为1100W。 [2]当只闭合开关S时，只有一个电阻接入电路，此时电路总电阻较大，由可知，功率较小，为低温档。低温档的功率 工作时间 根据 可知，低温档工作1min产生的电热为 5．（2025·江苏南通·中考真题）如图为某家用电热器的简化电路图，R1、R2是电热丝，R1=110Ω，虚线框内是温控开关，能在低温档和高温档间自动切换。当触点“1”与“2”接通时，处于低温档；当触点“1”与“2”“3”同时接通时，处于高温档。高温档功率是低温档功率的3倍。求： (1)低温档时，R1中通过的电流及10s内放出的热量； (2)高温档时，电阻R2的功率。 【详解】（1）当触点“1”与“2”接通时，电路为R1的简单电路，处于低温档。根据欧姆定律，可得R1中通过的电流 根据焦耳定律Q=I2Rt，10s内R1放出的热量 （2）低温档功率 因为高温档功率是低温档功率的3倍，所以高温档功率 当触点“1”与“2”“3”同时接通时，R1与R2并联，处于高温档。并联电路各支路电压相等，都等于电源电压220V，R1的功率 根据并联电路功率关系P高=P1+P2 可得R2的功率 6．（2025·四川·中考真题）学校举办科技节，小李同学利用所学知识设计了一款电热杯垫参加展评，该杯垫具有“加热”和“保温”两种功能。他设计电路如图所示，电源电压为12V，、为两个发热元件，其阻值不随温度变化，的阻值为，当开关S接2时，电流表的示数为1A。求： (1)发热元件的阻值。 (2)S接1时，杯垫工作10s产生的热量。 【详解】（1）当开关S接2时，两个电阻串联，电路电阻较大，由可知，电路为保温挡；电流表的示数为1A，此时电路的总电阻 发热元件的阻值 （2）S接1时，电路为R1的简单电路，电路电阻小，由可知，电路为加热挡，电路中的电流 杯垫工作10s产生的热量 / 学科网（北京）股份有限公司 $