第3节 焦耳定律（导学案）物理沪科版（五四学制）2024九年级上册

第3节 焦耳定律（导学案） 【学习目标】 1.能通过生活实例，认识电流的热效应。 2.理解焦耳定律，并能利用焦耳定律进行简单的计算。 3.知道利用和防止电热的场合和方法。 【学习重点】 电流产生的热量跟电阻、电流、通电时间的关系。 【学习难点】 理解焦耳定律。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1.焦耳定律： 电流通过导体产生的热量跟 成正比，跟导体的 成正比，跟 成正比。公式： 。 2.电热器是利用 工作的。从能量转化的角度看，电流通过导体时发热的过程就是电流做功的过程，即 转化为 的过程。 3.探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关 （1）实验方法 ① 法：把通电导体产生热量的多少通过温度计示数的变化显示出来。 ② 法：通电导体产生热量的多少跟通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关。在探究通电导体产生热量的多少与某个因素的关系时，要控制其他两个因素不变，只改变要探究的因素。 （2）实验结论 ①在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量 。 ②在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量 。 ③在电阻相同、电流相同的情况下，通电时间越长，这个电阻产生的热量 。 【课堂探究】 探究一 电流通过导体产生的热量与哪些因素有关 1.焦耳定律 （1）电流的热效应：电流通过导体时，导体会发热， 增加，这种现象叫做 。 （2）焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟 成正比， 跟导体的 成正比， 跟 成正比。 （3）焦耳定律公式： 。（纯电阻电路中Q=W） （4）电流I的单位是 ，电阻R的单位是 ，时间t的单位是 ，电流产生热量Q的单位是 。 2.探究电流产生的热量与哪些因素有关 【教师提问】电烤箱、电熨斗、电饭锅等用电器通电后都会发热，这些热量从哪里来？ 【知识归纳】电流的热效应：电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应. 【思考】电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝和导线中通过的电流大小相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？ 【提出问题】电流通过导体产生的热量可能跟什么因素有关？ 【猜想与假设】可能与电流、电阻和通电时间有关 【思考】①当大家猜想电热与多个因素有关时，应该用什么方法去研究？ ②实验时怎样反映和比较电流产生的热量的多少？ （提示：左右两透明密闭容器中装有等质量的煤油） 【教师引导学生回答】 ①控制变量法。 ②通过温度计的示数反映产生热量的多少（转换法）。 【进行实验】 （一）探究电流产生的热量与通电时间是否有关 为研究电热与通电时间的关系，需保证电阻和电流相等，按下图连接电路，检查无误后接通电源，按下计时器并同时记录温度计的示数.（视频展示实验过程） 【分析论证】在电阻和电流相同时，通电时间越长，产生的热量越多. （二）探究电流产生的热量与电流大小是否有关 为研究电热与电流的关系，需保证电阻和通电时间相等.上述实验结束后，取质量、温度均与上述实验初始状态相同的煤油.闭合开关，调节滑动变阻器，增大通过电阻丝的电流，通电时间与上次实验相同，记录温度计的示数，并与上述实验数据比较.（视频展示实验过程） 【分析论证】在电阻和通电时间相同时，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。 （三）探究电流产生的热量与电阻大小是否有关 为研究电热与电阻的关系，需保证电流和通电时间相等，取两根阻值不一样的电阻丝，两个装有初始温度相同、等质量煤油的玻璃瓶，按下图连接电路，检查无误后接通电源，一定时间后，比较两个玻璃瓶内温度计的示数.（视频展示实验过程） 【分析论证】在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多. 【得出结论】电流通过电阻产生热量的多少与电流、电阻和通电时间都有关，电流越大、电阻越大、通电时间越长，这个电阻产生的热量越多. 3. 焦耳定律 【思考】焦耳定律的内容是什么？计算公式是什么？ 【学生活动】阅读课本P110，回答问题： 电流通过导体时产生的热量，与电流的二次方成正比，与导体电阻成正比，与通电时间成正比。这一规律称为焦耳定律。计算公式为Q=I2Rt。 【教师讲授】有关电热的计算：①用电器将电能全部转化为内能，则用电器产生的热量，根据已知条件选择合适的公式。 ②用电器将电能转化为内能和其他形式的能，则用电器消耗的电能 ，用电器产生的热量。（其中 为用电器两端的电压， 为通过用电器的电流， 为用电器电阻丝的电阻， 为通电时间） 【例题1】红米快充技术取得巨大突破，5min就可充满4100mAh的手机电池，即快充充电器输出的 较大，从而提高电能传输速度；其正常工作时，通过快充充电线中的电流较大，根据 ，为了减小数据线上电能的损耗，其充电线比普通手机充电线要粗一些。 【例题2】如图甲所示是便携式封口机，工作时利用电流的 效应，把电能转化为 能，使发热电阻温度快速升高，熔化塑料包实现封口。如图乙所示是其原理电路图，封口机的电源电压是3V，发热电阻R的阻值为1Ω，闭合开关，则10s内产生 J的热量。若封口时总是把塑料袋烫坏，应将发热电阻换成阻值更 （选填“大”或“小”）的电阻。 【例题3】如图所示是“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，将四段电阻丝a、b、c、d分别密封在完全相同的盒子内，盒内封闭一定量的空气，图乙中另取阻值为5Ω的电阻在盒外与盒内电阻并联。 （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，这样做应用的物理科学探究方法是 ； （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”）侧盒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）由公式可知，图乙中左右两侧盒子中的电阻产生的热量之比为 。 探究二 哪些常见现象与电流热效应有关 【思考】生活中有哪些用电器利用了电流的热效应？ 【学生回答】电饭煲、电热毯、电热水壶等 【教师讲授】人们利用电流的热效应开发了各式各样的电加热器，如生活中常用的电热水器、烤面包机等。电烙铁是焊接电路的常用工具，用发热的烙铁头熔化焊锡可以连接电路元件，工人铺设的发热电缆是电地暖的主要部件之一。此外，串联在电路中的熔丝（俗称“保险丝”），也利用了电流热效应，当通过熔丝的电流超过一定限度时，其温度将达到熔点而熔断，电路随之切断，以此保证用电安全。 【思考】电流的热效应一定是有益的吗？ 【教师讲授】电流通过导体产生的热量有时是“无用”的。除了电热器外，大多数通过用电器的电流做功只将一部分电能转化为内能，也就是说，电流产生的热量小于电功。例如，电动机工作时，消耗的电能大部分转化为机械能，但有一小部分转化为“无用”的内能。白炽灯消耗的电能只有一小部分转化为光能，其余大部分转化为“无用”的内能。与之相比，LED 灯将电能转化为光能的效率更高一些，比较节能。 电流的热效应除了消耗电能外，还可能造成一些危害。大功率用电器持续发热可能影响其性能，甚至缩短使用寿命，因此提高用电器散热性能非常重要。电路发生短路故障时，电流会急剧增大，短时间内产生大量的热量，造成用电器损坏，甚至引发火灾。因此需要实时检查电路和电气设备，避免发生事故。 【例题4】以下电器中，利用电流的热效应工作的是（　　） A．电饭煲 B．动圈式话筒 C．电风扇 D．电脑 【例题5】电流的热效应在生产和生活中被广泛应用，但有时它也会给我们带来危害。下列事例中，属于防止电热危害的是（　　） A．用电水壶烧水 B．大型爆破工程，利用电热装置引爆炸药 C．电动机外壳有散热片 D．家用电器长时间停用，隔一段时间通电一次 【精讲点拨】 1.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，跟通电时间成正比。公式： 。 2.电热器是利用电流的热效应工作的。从能量转化的角度看，电流通过导体时发热的过程就是电流做功的过程，即电能转化为内能的过程。 3.探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关 （1）实验方法 ①转换法：把通电导体产生热量的多少通过温度计示数的变化显示出来。 ②控制变量法：通电导体产生热量的多少跟通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关。在探究通电导体产生热量的多少与某个因素的关系时，要控制其他两个因素不变，只改变要探究的因素。 （2）实验结论 ①在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。 ②在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。 ③在电阻相同、电流相同的情况下，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。 【归纳整理】 第3节 焦耳定律 【课堂练习】 1．随着科学技术的发展，越来越多的用电器进入了我们的家庭。下列用电器主要利用电流热效应工作的是（　　） A．油烟机 B．电熨斗 C．平板电脑 D．CPU上的散热风扇 2．下列事例中，属于防止电热的是（　　） A．用电饭锅煮米饭 B．用电烙铁对进行焊接 C．用电热孵卵器孵小鸡 D．电视机后盖上有很多小孔 3．小明在“探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”时采用了如图所示的实验装置。下列说法正确的是（　　） A．U形管中液面高度差越大，说明电流通过电阻丝产生的热量越少 B．图甲的实验装置是为了探究电流产生热量的多少与电流的关系 C．根据图乙实验现象可得结论：电阻越大，产生的热量越多 D．图甲中通电一段时间后，左右两侧电阻丝产生的热量之比为1：2 4．某导体电阻为20Ω，通过它的电流为0.2A，则它两端的电压为 V，10s内产生的热量为 J。 5．有一种在野外没有火种情况下的应急取火方法：把口香糖锡箔纸剪成如图甲所示形状，将锡箔纸弯曲使其有锡箔的一面连接电池两极如图乙，过一会儿锡箔纸中间就会起火燃烧。锡箔纸被剪前后其密度大小将 ；较窄处会起火是因为与两端相比，在时间相同的情况下，产生的热量更 。 6．小明家的电饭锅电源线坏了，他新买了一根，在使用时闻到橡胶的焦糊味，于是他立即拔下电源插头，发现这根电源线很热，其他用电器仍然正常工作。你认为引起电源线过热的原因可能是 （选填“电源线过粗”“电源线过细”或“电源线过短”）。其理由是： 。 7．如图所示当开关S闭合甲、乙两表均为电压表时，两表示数比U甲：U乙＝3：1，则电阻R1：R2＝ ；当开关S断开，甲、乙两表均为电流表时，两表示数之比I甲：I乙＝ ，相同时间内R1、R2产生的热量之比Q1：Q2＝ 。 8．如图是某款汽车后挡风玻璃的除雾除霜装置示意图。图中较宽的线条是导电条（电阻不计），较窄的线条是电阻丝。导电条A、B两端与汽车供电电路相连，供电电压为12V，电阻丝的总电阻是1Ω。正常工作时，通过导电条A处的电流为 A，电阻丝工作5min产生的热量为 J。图中P处电阻丝断裂，其他电阻丝还能工作，则这些电阻丝是 （选填“串联”或“并联”）的。 9．小强利用如图所示装置，探究电流通过导体时产生热量的多少与电阻大小的关系：甲、乙两个相同的烧瓶中盛有等质量等初温的煤油，烧瓶中电阻丝的阻值分别为R甲和R乙，且R甲＜R乙。 （1）甲、乙两电阻串联的目的是为了控制 相同，通电一段时间后，小强通过观察比较 ，来比较两电阻的发热量，这是实验方法中的 法。 （2）将甲中的煤油，换成等质量等初温的水，并更换甲中的电阻丝，使R甲＝R乙，通电后可以观察到烧瓶 中的液体升温更快。比较同一时刻水和煤油的吸热量： （选填“水多”“煤油多”或者“一样多”）。 （3）由此可以得出结论： 的吸热能力更强。 10．如图所示电路，已知定值电阻R1＝20Ω，电源电压为6V，当开关S闭合后，电流表示数为0.2A，求： （1）电压表的示数； （2）定值电阻R1工作1min产生的热量。 11．为满足人们对健康饮食的追求，某品牌推出了一款新型电热饭盒如图甲，图乙虚线内是电热饭盒内部的简化电路图，R1和R2均为电热丝，R1＝374Ω（阻值不随温度变化，部分参数如表所示）。求： 额定电压 220V 额定功率 低温挡 高温挡 440W （1）电热饭盒在高温挡正常工作时，通过它的电流； （2）电阻R2的阻值及低温挡的功率； （3）高温挡工作5分钟，低温挡工作3分钟放出的总热量是多少？ 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节 焦耳定律（导学案） 【学习目标】 1.能通过生活实例，认识电流的热效应。 2.理解焦耳定律，并能利用焦耳定律进行简单的计算。 3.知道利用和防止电热的场合和方法。 【学习重点】 电流产生的热量跟电阻、电流、通电时间的关系。 【学习难点】 理解焦耳定律。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1.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，跟通电时间成正比。公式： 。 2.电热器是利用电流的热效应工作的。从能量转化的角度看，电流通过导体时发热的过程就是电流做功的过程，即电能转化为内能的过程。 3.探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关 （1）实验方法 ①转换法：把通电导体产生热量的多少通过温度计示数的变化显示出来。 ②控制变量法：通电导体产生热量的多少跟通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关。在探究通电导体产生热量的多少与某个因素的关系时，要控制其他两个因素不变，只改变要探究的因素。 （2）实验结论 ①在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。 ②在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。 ③在电阻相同、电流相同的情况下，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。 【课堂探究】 探究一 电流通过导体产生的热量与哪些因素有关 1.焦耳定律 （1）电流的热效应：电流通过导体时，导体会发热，内能增加，这种现象叫做电流的热效应。 （2）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， 跟通电时间成正比。 （3）焦耳定律公式： 。（纯电阻电路中Q=W） （4）电流I的单位是安（A），电阻R的单位是欧（Ω），时间t的单位是秒（s），电流产生热量Q的单位是焦（J）。 2.探究电流产生的热量与哪些因素有关 【教师提问】电烤箱、电熨斗、电饭锅等用电器通电后都会发热，这些热量从哪里来？ 【知识归纳】电流的热效应：电流通过导体时电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应. 【思考】电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝和导线中通过的电流大小相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？ 【提出问题】电流通过导体产生的热量可能跟什么因素有关？ 【猜想与假设】可能与电流、电阻和通电时间有关 【思考】①当大家猜想电热与多个因素有关时，应该用什么方法去研究？ ②实验时怎样反映和比较电流产生的热量的多少？ （提示：左右两透明密闭容器中装有等质量的煤油） 【教师引导学生回答】 ①控制变量法。 ②通过温度计的示数反映产生热量的多少（转换法）。 【进行实验】 （一）探究电流产生的热量与通电时间是否有关 为研究电热与通电时间的关系，需保证电阻和电流相等，按下图连接电路，检查无误后接通电源，按下计时器并同时记录温度计的示数.（视频展示实验过程） 【分析论证】在电阻和电流相同时，通电时间越长，产生的热量越多. （二）探究电流产生的热量与电流大小是否有关 为研究电热与电流的关系，需保证电阻和通电时间相等.上述实验结束后，取质量、温度均与上述实验初始状态相同的煤油.闭合开关，调节滑动变阻器，增大通过电阻丝的电流，通电时间与上次实验相同，记录温度计的示数，并与上述实验数据比较.（视频展示实验过程） 【分析论证】在电阻和通电时间相同时，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。 （三）探究电流产生的热量与电阻大小是否有关 为研究电热与电阻的关系，需保证电流和通电时间相等，取两根阻值不一样的电阻丝，两个装有初始温度相同、等质量煤油的玻璃瓶，按下图连接电路，检查无误后接通电源，一定时间后，比较两个玻璃瓶内温度计的示数.（视频展示实验过程） 【分析论证】在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多. 【得出结论】电流通过电阻产生热量的多少与电流、电阻和通电时间都有关，电流越大、电阻越大、通电时间越长，这个电阻产生的热量越多. 3. 焦耳定律 【思考】焦耳定律的内容是什么？计算公式是什么？ 【学生活动】阅读课本P110，回答问题： 电流通过导体时产生的热量，与电流的二次方成正比，与导体电阻成正比，与通电时间成正比。这一规律称为焦耳定律。计算公式为Q=I2Rt。 【教师讲授】有关电热的计算：①用电器将电能全部转化为内能，则用电器产生的热量，根据已知条件选择合适的公式。 ②用电器将电能转化为内能和其他形式的能，则用电器消耗的电能 ，用电器产生的热量。（其中 为用电器两端的电压， 为通过用电器的电流， 为用电器电阻丝的电阻， 为通电时间） 【例题1】红米快充技术取得巨大突破，5min就可充满4100mAh的手机电池，即快充充电器输出的　 　 较大，从而提高电能传输速度；其正常工作时，通过快充充电线中的电流较大，根据　 　 ，为了减小数据线上电能的损耗，其充电线比普通手机充电线要粗一些。 【答案】电功率；焦耳定律。 【解析】解：（1）电功率是反映电流做功快慢的物理量，由P可知，5min就可充满4100mAh的手机电池，即快充充电器输出的电功率较大。 （2）根据电功率的公式P＝UI，当电压不能提高时，通过快充充电线中的电流较大，根据焦耳定律Q＝I2Rt，在电流与通电时间相同时，电阻越大，产生的热量更多，为了减小数据线上电能的损耗，其充电线比普通手机充电线要粗一些。 【例题2】如图甲所示是便携式封口机，工作时利用电流的　 　效应，把电能转化为　　 能，使发热电阻温度快速升高，熔化塑料包实现封口。如图乙所示是其原理电路图，封口机的电源电压是3V，发热电阻R的阻值为1Ω，闭合开关，则10s内产生　 　 J的热量。若封口时总是把塑料袋烫坏，应将发热电阻换成阻值更　 　 （选填“大”或“小”）的电阻。 【答案】热；内；90；大。 【解析】解：便携式封口机工作时将电能转化为内能，所以便携式封口机是利用电流的热效应实现高温封口；根据Q＝I2Rtt可知，阻值为1Ω的发热电阻10s内产生的热量：Qt10s＝90J；封口时总是把塑料袋烫坏，说明电阻发热过多。通电时间一定，由Q＝I2Rtt可知，当电压不变时，要减小电阻产生的热量，可将发热电阻换成阻值更大的电阻。 【例题3】如图所示是“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，将四段电阻丝a、b、c、d分别密封在完全相同的盒子内，盒内封闭一定量的空气，图乙中另取阻值为5Ω的电阻在盒外与盒内电阻并联。 （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，这样做应用的物理科学探究方法是 　 　 ； （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”）侧盒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）由公式可知，图乙中左右两侧盒子中的电阻产生的热量之比为 　 　 。 【答案】（1）液面的高度差；转换法；（2）电阻大小；右；（3）电流；4：1。 【解析】解：（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形管中液面的高度差来比较的，应用的物理科学探究方法是转换法。 （2）甲装置中，两电阻串联，通过的电流和通电时间相同，而电阻不同，故该装置用来探究电流热效应与电阻大小的关系；通电一段时间后，根据Q＝I2Rt，因右侧容器中电阻大，故产生的热量多，由转换法，右”侧盒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，图乙装置右侧容器的外部并联一个5Ω的电阻是为了分流。 （4）根据并联电路电压的规律及欧姆定律可知，通过乙中两电阻的电流相同，由串联和并联电路电流的规律，可知通过容器内两电阻的电流为2：1，根据Q＝I2Rt可知，在电阻和通电时间不变时，产生热量与电流的平方成正比，故图乙中左右两侧盒子中的电阻产生的热量之比为4：1。 探究二 哪些常见现象与电流热效应有关 【思考】生活中有哪些用电器利用了电流的热效应？ 【学生回答】电饭煲、电热毯、电热水壶等 【教师讲授】人们利用电流的热效应开发了各式各样的电加热器，如生活中常用的电热水器、烤面包机等。电烙铁是焊接电路的常用工具，用发热的烙铁头熔化焊锡可以连接电路元件，工人铺设的发热电缆是电地暖的主要部件之一。此外，串联在电路中的熔丝（俗称“保险丝”），也利用了电流热效应，当通过熔丝的电流超过一定限度时，其温度将达到熔点而熔断，电路随之切断，以此保证用电安全。 【思考】电流的热效应一定是有益的吗？ 【教师讲授】电流通过导体产生的热量有时是“无用”的。除了电热器外，大多数通过用电器的电流做功只将一部分电能转化为内能，也就是说，电流产生的热量小于电功。例如，电动机工作时，消耗的电能大部分转化为机械能，但有一小部分转化为“无用”的内能。白炽灯消耗的电能只有一小部分转化为光能，其余大部分转化为“无用”的内能。与之相比，LED 灯将电能转化为光能的效率更高一些，比较节能。 电流的热效应除了消耗电能外，还可能造成一些危害。大功率用电器持续发热可能影响其性能，甚至缩短使用寿命，因此提高用电器散热性能非常重要。电路发生短路故障时，电流会急剧增大，短时间内产生大量的热量，造成用电器损坏，甚至引发火灾。因此需要实时检查电路和电气设备，避免发生事故。 【例题4】以下电器中，利用电流的热效应工作的是（　　） A．电饭煲 B．动圈式话筒 C．电风扇 D．电脑 【答案】A 【解析】解：A、电饭煲工作时把电能转化为内能，是利用电流热效应工作的，故A正确； B、动圈式话筒工作时主要电磁感应，不是利用了电流的热效应，故B错误； C、电风扇工作时主要将电能转化为机械能，不是利用了电流的热效应，故C错误； D、电脑工作时主要将电能转化为光能和声能，不是利用了电流的热效应，故D错误。 【例题5】电流的热效应在生产和生活中被广泛应用，但有时它也会给我们带来危害。下列事例中，属于防止电热危害的是（　　） A．用电水壶烧水 B．大型爆破工程，利用电热装置引爆炸药 C．电动机外壳有散热片 D．家用电器长时间停用，隔一段时间通电一次 【答案】C 【解析】解：A、用电水壶烧水时，电能转化为热能，利用电热来加热水，属于利用电热，故A不符合题意； B、大型爆破工程中，电热装置引爆炸药是利用电热产生的热量引发爆炸，属于利用电热，故B不符合题意； C、电动机工作时会产生电热，过多的热量会影响电动机的正常运行，因此电动机外壳的散热片是为了将电热散出，避免电热带来的危害，故C符合题意； D、家用电器长时间停用，隔一段时间通电一次，是利用电热来驱除电器内部的潮气，故D不符合题意。 【精讲点拨】 1.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，跟通电时间成正比。公式： 。 2.电热器是利用电流的热效应工作的。从能量转化的角度看，电流通过导体时发热的过程就是电流做功的过程，即电能转化为内能的过程。 3.探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关 （1）实验方法 ①转换法：把通电导体产生热量的多少通过温度计示数的变化显示出来。 ②控制变量法：通电导体产生热量的多少跟通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关。在探究通电导体产生热量的多少与某个因素的关系时，要控制其他两个因素不变，只改变要探究的因素。 （2）实验结论 ①在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。 ②在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。 ③在电阻相同、电流相同的情况下，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。 【归纳整理】 第3节 焦耳定律 【课堂练习】 1．随着科学技术的发展，越来越多的用电器进入了我们的家庭。下列用电器主要利用电流热效应工作的是（　　） A．油烟机 B．电熨斗 C．平板电脑 D．CPU上的散热风扇 【答案】B 【解析】解：A、油烟机的电动机工作时主要把电能转化为机械能，故A不符合题意； B、电熨斗是电热器，工作时将电能转化为内能，是利用电流的热效应来工作的，故B符合题意； C、电脑工作时消耗电能转化为声能和光能，不是利用电流的热效应来工作的，是接收和传递信息的，故C不符合题意； D、CPU上的散热风扇主要将电能转化为机械能，故D不符合题意。 2．下列事例中，属于防止电热的是（　　） A．用电饭锅煮米饭 B．用电烙铁对进行焊接 C．用电热孵卵器孵小鸡 D．电视机后盖上有很多小孔 【答案】D 【解析】解：ABC、用电饭锅煮米饭、用电烙铁对进行焊接、用电热孵卵器孵小鸡，都是利用电流的热效应来加热物体，属于电热的利用，故ABC不符合题意； D、电视机后盖上有很多小孔，是为了散热，防止电热的危害，故D符合题意。 3．小明在“探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”时采用了如图所示的实验装置。下列说法正确的是（　　） A．U形管中液面高度差越大，说明电流通过电阻丝产生的热量越少 B．图甲的实验装置是为了探究电流产生热量的多少与电流的关系 C．根据图乙实验现象可得结论：电阻越大，产生的热量越多 D．图甲中通电一段时间后，左右两侧电阻丝产生的热量之比为1：2 【答案】D 【解析】解：A、根据转换法，实验是通过观察两个U形管中的U形管内的液面高度差大小来比较电流通过电阻丝产生的热量的多少，即U形管中液面高度差越大，说明电流通过电阻丝产生的热量越多，故A错误； B、图甲所示的装置中，两电阻串联，通过的电流和通电时间相同，而电阻不同，故该装置用来探究电流热效应与电阻大小的关系，故B错误； C、图乙中，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，左侧容器中的电阻产生热量多，故可以得出电阻相同且通电时间相同时，电流越大，产生的热量越多，故C错误； D、图甲中两电阻串联接入电路，串联电路各处电流相等，由图可知右侧电阻的阻值是左侧电阻的阻值的2倍，根据焦耳定律Q＝I2Rt可知通电一段时间后左右两边容器内电阻产生的热量之比是1：2，故D正确。 4．某导体电阻为20Ω，通过它的电流为0.2A，则它两端的电压为　 　 V，10s内产生的热量为　 　 J。 【答案】4；8。 【解析】解：已知R＝20Ω，I＝0.2A，根据欧姆定律U＝IR，可得U＝IR＝20Ω×0.2A ＝4V。t＝10s，根据焦耳定律可知，产生的热量Q＝I2Rt＝（0.2A）2×20Ω×10s＝8J。 5．有一种在野外没有火种情况下的应急取火方法：把口香糖锡箔纸剪成如图甲所示形状，将锡箔纸弯曲使其有锡箔的一面连接电池两极如图乙，过一会儿锡箔纸中间就会起火燃烧。锡箔纸被剪前后其密度大小将　 　 ；较窄处会起火是因为与两端相比，在时间相同的情况下，产生的热量更　 　 。 【答案】不变；多。 【解析】解：（1）密度是物质的特性，与物体的质量和体积无关，故锡箔纸被剪前后其密度大小将不变； （2）串联电路中电流处处相等，通过锡箔纸各部分的电流大小相等； 锡箔纸条较窄处会起火是因为与两端相比，横截面积变小，电阻变大，由Q＝I2Rt可知，短时间内锡箔纸窄处产生的热量更多，使温度达到锡纸的着火点而使之燃烧。 6．小明家的电饭锅电源线坏了，他新买了一根，在使用时闻到橡胶的焦糊味，于是他立即拔下电源插头，发现这根电源线很热，其他用电器仍然正常工作。你认为引起电源线过热的原因可能是 　 　 （选填“电源线过粗”“电源线过细”或“电源线过短”）。其理由是：　 　 。 【答案】电源线过细；电流和通电时间一定时，电阻越大，产生热量越多。 【解析】解：导体的电阻与导体的材料、长度、横截面积以及温度有关，其它条件相同时，导体的横截面积越小，电阻越大，电源线过细时，电阻较大，由Q＝I2Rt可知，电流和通电时间一定时，电阻越大，产生热量越多。 7．如图所示当开关S闭合甲、乙两表均为电压表时，两表示数比U甲：U乙＝3：1，则电阻R1：R2＝　 　 ；当开关S断开，甲、乙两表均为电流表时，两表示数之比I甲：I乙＝　 　 ，相同时间内R1、R2产生的热量之比Q1：Q2＝　 　 。 【答案】2：1；2：3；1：2。 【解析】解：当开关S闭合，甲、乙两表为电压表时，两电阻串联，甲测电源的电压，乙测R2两端的电压，可得U甲：U乙＝U：U2＝3：1，由串联电路的电压规律和分压原理可得； 当开关S断开，甲、乙两表为电流表时，两电阻并联，甲测通过R2的电流，乙测干路电流，由并联电路的电流规律和分流原理可得I1：I2＝R2：R1＝1：2 所以； 并联电路的电压规律知U1＝U2＝U，上一问已知I1：I2＝1：2，由Q＝W＝UIt可得，相同时间内R1、R2产生的热量之比Q1：Q2＝1：2。 8．如图是某款汽车后挡风玻璃的除雾除霜装置示意图。图中较宽的线条是导电条（电阻不计），较窄的线条是电阻丝。导电条A、B两端与汽车供电电路相连，供电电压为12V，电阻丝的总电阻是1Ω。正常工作时，通过导电条A处的电流为　 　 A，电阻丝工作5min产生的热量为　 J。图中P处电阻丝断裂，其他电阻丝还能工作，则这些电阻丝是　 　 （选填“串联”或“并联”）的。 【答案】12；4.32×104；并联。 【解析】解：供电电压为12V，电阻丝的总电阻是1Ω。正常工作时，通过导电条A处的电流为干路中的电流：；电热丝将电能全部转化为内能，电阻丝工作5min产生的热量为：Q＝W＝UIt＝12V×12A×5×60s＝4.32×104J；图中P处电阻丝断裂，其他电阻丝还能工作，则这些电阻丝互不影响，是并联的。 9．小强利用如图所示装置，探究电流通过导体时产生热量的多少与电阻大小的关系：甲、乙两个相同的烧瓶中盛有等质量等初温的煤油，烧瓶中电阻丝的阻值分别为R甲和R乙，且R甲＜R乙。 （1）甲、乙两电阻串联的目的是为了控制 　 　 相同，通电一段时间后，小强通过观察比较 　 　 ，来比较两电阻的发热量，这是实验方法中的 　 　 法。 （2）将甲中的煤油，换成等质量等初温的水，并更换甲中的电阻丝，使R甲＝R乙，通电后可以观察到烧瓶　 　中的液体升温更快。比较同一时刻水和煤油的吸热量： 　 （选填“水多”“煤油多”或者“一样多”）。 （3）由此可以得出结论：　 　 的吸热能力更强。 【答案】（1）电流；两支温度计示数的变化；转换；（2）一样多；（3）水。 【解析】解：（1）甲、乙两电阻串联，根据串联电路电流处处相等的特点，目的是为了控制电流相同。通电一段时间后，电流通过电阻丝产生热量使煤油温度升高，小强通过比较两支温度计示数的变化，来比较两电阻的发热量。因为电流产生热量的多少不能直接观察到，通过温度计示数变化来反映，这种实验方法是转换法。 （2）把甲中的煤油换成等质量的水，并更换电阻丝使R甲＝R乙，通电后，根据Q＝I2Rt可知，相同时间内两电阻产生的热量相同。由于是相同时间内，所以水和煤油吸收的热量一样多。 因为水的比热容较大，故质量相同的水和煤油吸收相同的热量，根据Q＝cmΔt可知，煤油的温度变化大，故乙中液体升温快。 （3）由（2）可知，相同质量的水和煤油吸收相 同的热量，水的比热容大，根据Q＝cmΔt可知，水升高的温度低，这表明水的吸热能力更强。 10．如图所示电路，已知定值电阻R1＝20Ω，电源电压为6V，当开关S闭合后，电流表示数为0.2A，求： （1）电压表的示数； （2）定值电阻R1工作1min产生的热量。 【解析】解：（1）由图可知，定值电阻R1与滑动变阻器R2串联，电流表测电路中的电流，电压表测R2两端的电压。 根据欧姆定律可得，R1两端的电压： U1＝IR1＝0.2A×20Ω＝4V， 根据串联电路的电压规律可得，R2两端的电压，即电压表的示数： U2＝U﹣U1＝6V﹣4V＝2V； （2）定值电阻R1工作1min产生的热量： Q1＝I2R1t＝（0.2A）2×20Ω×1×60s＝48J。 答：（1）电压表的示数为2V； （2）定值电阻R1工作1min产生的热量为48J。 11．为满足人们对健康饮食的追求，某品牌推出了一款新型电热饭盒如图甲，图乙虚线内是电热饭盒内部的简化电路图，R1和R2均为电热丝，R1＝374Ω（阻值不随温度变化，部分参数如表所示）。求： 额定电压 220V 额定功率 低温挡 高温挡 440W （1）电热饭盒在高温挡正常工作时，通过它的电流； （2）电阻R2的阻值及低温挡的功率； （3）高温挡工作5分钟，低温挡工作3分钟放出的总热量是多少？ 【解析】解：（1）由P＝UI可知，电热饭盒在高温挡正常工作时，通过它的电流：I2A； （2）当开关接触电1时，R1与R2串联，根据串联电阻规律可知，此时总电阻较大，由P可知，电路中的电功率较小，电热饭盒处于低温挡； 由图乙可知，开关接触电2时，只有R2工作，此时电阻较小，电功率较大，电热饭盒处于高温挡； 由P可知，R2的阻值：R2110Ω， 根据串联电路的电阻特点可知，R1、R2的串联总电阻：R＝R1+R2＝110Ω+374Ω＝484Ω， 则低温挡的功率：P低100W； （3）由P可知，高温挡工作5min消耗的电能：Q1＝W1＝P高t1＝440W×5×60s＝1.32×105J， 低温挡工作3min消耗的电能：Q2＝W2＝P低t2＝100W×3×60s＝1.8×104J， 消耗的总电能：Q＝W＝W1+W2＝1.32×105J+1.8×104J＝1.5×105J。 答：（1）电热饭盒在高温挡正常工作时，通过它的电流是2A； （2）低温挡的功率是100W； （3）高温挡工作5分钟，低温挡工作3分钟放出的总热量是1.5×105J。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $