15.3 电流的热效应 焦耳定律【考点分类提优】讲义2025-2026学年苏科版九年级下册物理

该初中物理单元复习讲义围绕“电流的热效应与焦耳定律”，通过实验探究流程、规律总结与易错点对比构建知识体系，用表格呈现实验数据、框架图梳理电热利用与防止，清晰呈现电流、电阻、时间对热量的影响及电功与电热关系，夯实物理观念中的能量观念。 讲义亮点在于实验探究与问题解决深度结合，设计“U形管液面变化分析”“串并联电路热量计算”等题型，通过典例+变式+提优分层练习，培养科学探究与科学推理能力。易错点对比（纯电阻与非纯电阻电路）帮助学生构建模型，支持不同层次学生提升，助力教师实施精准复习教学。

专题15.3 电流的热效应 焦耳定律 知识汇编 一、电流的热效应 导体中有电流通过时会发热，将电能转化为内能，这种现象称为电流的热效应。 二、实验：探究影响电流热效应的因素 【实验目的】 探究电流的热效应与哪些因素有关 【实验猜想】 1．电阻丝产生的热量与通电时间有关； 2．电阻丝产生的热量与通过电阻丝的电流有关； 3．电阻丝产生的热量与电阻丝的阻值大小有关。 【实验器材】干电池两节，开关一个，电流表一个，滑动变阻器一个，阻值不同的电阻丝三个（R1＞R2＞R3），平底烧瓶2个，温度计两支，煤油。 【实验设计】 将一段电阻丝浸没在一定质量的煤油中，通电时电阻丝产生的热量被液体吸收，液体的温度就会升高。因此，可以通过液体温度的变化来比较电阻丝产生热量的多少。 1．探究电阻丝产生的热量与通电时间的关系 （1）如图所示组装电路，将电阻丝R1装入烧瓶，闭合开关，调节滑动变阻器，使得电流表示数为I1； （2）每过10秒记录一次温度计的示数； （3）将电阻丝R1更换为电阻丝R2装入烧瓶，重复实验。 2．探究电阻丝产生的热量与通过电阻丝的电流的关系 （1）仍采用上实验的电路，将电阻丝R2装入烧瓶，闭合开关，调节滑动变阻器，使得电流表示数为I1（I2＞I1）； （2）每过10秒记录一次温度计的示数。 3．探究电阻丝产生的热量与电阻丝的阻值大小的关系 （1）如图所示组装电路，将电阻丝R1和R3装入两个相同的烧瓶，使R1和R3串联，闭合开关，调节滑动变阻器，使得电流表示数为I1； （2）每过10秒记录一次温度计的示数。 （3）更换电阻丝R1为R2，使得电流表示数仍为I1，重复实验。 【数据记录】(数据仅供参考) 1．探究电阻丝产生的热量与通电时间的关系 序号 电阻 时间/s 温度/℃ 电流/A 0 10 20 30 40 50 60 1 R1 0.1 20 23 26 29 32 35 38 2 R2 0.1 20 22 24 26 28 30 32 2．探究电阻丝产生的热量与通过电阻丝的电流的关系 序号 电阻 时间/s 温度/℃ 电流/A 0 10 20 30 40 50 60 1 R1 0.1 20 23 26 29 32 35 38 2 R1 0.2 20 32 44 56 68 80 92 3．探究电阻丝产生的热量与电阻丝的阻值的关系 序号 电阻 时间/s 温度/℃ 电流/A 0 10 20 30 40 50 60 1 R1 0.1 20 23 26 29 32 35 38 R3 20 21 22 23 24 25 26 2 R2 0.1 20 22 24 26 28 30 32 R3 20 21 22 23 24 25 26 【实验结论】 1．电阻丝的阻值、通过电阻丝的电流一定时，通电时间越长，产生的热量越多。 2．电阻丝的阻值、通电时间一定时，通过电阻丝的电流越大，产生的热量越多。 3．通过电阻丝的电流、通电时间一定时，电阻丝的阻值越大，产生的热量越多。 【注意事项】 1．在连接电路时，开关要断开。 2．在闭合开关之前，滑动变阻器应调节到阻值最大处以保护电路。 3．滑动变阻器的在实验中的作用 ①保护电路；②改变通过电阻丝的电流。 4．实验多次的目的：使结论具有普遍性。 5．实验采用煤油的原因：煤油比热容小，在相同条件下吸热温度升高的快。 6．也可在烧瓶内不加液体，在瓶口蒙上一个气球，通过烧瓶内气体膨胀的程度来反映电流通过电阻产生热量的多少，如下图所示。 三、探究电流热效应影响因素的另一种实验方法 甲 乙 1．探究电阻对电流热效应的影响 如图甲所示，电阻丝密封在装有等量空气的容器内，容器U形管相连，U形管里装有液体，电阻丝发热后，空气膨胀，温度越高，空气膨胀程度越大，U形管中液面被挤压的越高，这样就可以体现电阻丝发热的多少。现取阻值不相等的电阻丝R1、R2串联进行实验，两个电阻丝因串联而控制通过的电流相同，这样就可体现出电阻对电流热效应的影响。 2．探究电流对电流热效应的影响 如图乙所示，若取阻值相等的电阻丝R1、R2，这样就控制了容器内的电阻相同，在R2两端再并联另一个电阻R3，这样R3分走一部分电流，使得通过R1的电流大于通过R2的电流，这样就可体现出电流对电流热效应的影响。 注意：控制电阻相同，不是控制U形管两侧所有的电阻丝阻值相同，而是控制左右两容器中电阻丝阻值相同。 四、焦耳定律 1．焦耳定律：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。 2．表达式：(适用于所有电路) 无论用电器串联或并联。计算在一定时间所产生的总热量都有。 五、电热的利用和有害电热的防止 1．电热的利用：主要利用电热来加热升温。这样的设备叫电热器。电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的合金制成。电热器具有清洁、无污染、热效率高，且便于控制和调节的优点。 2．电热的防止：只要用电器中的导体有电阻，电流通过时就会有热效应产生，而对于有些设备，这些电热会使用电器不能正常工作，并且使绝缘材料迅速老化，造成危害，需要减少电热的产生或者加快散热的速度。如电视机的散热窗、电脑里的风扇等，都是为防止由于电热使温度过高导致设备性能降低甚至损坏而采取的散热措施。 【易错点】 电功与电热的关系 1．纯电阻电路：只将电能转化为内能，欧姆定律适用，所以所有计算电功的公式均可用来计算电热，计算电功率的公式均可用来计算发热功率，即 2．非纯电阻电路：将电能转化为内能和其他形式的能，欧姆定律不适用，所以计算电功和计算电热的公式不通用，计算电功率和计算发热功率的公式不通用，即 ，， ，， 3．注意：对于包含纯电阻部分和非纯电阻部分的电路，整体仍是非纯电阻电路。纯电阻部分可按纯电阻电路计算，非纯电阻部分和整体只能按非纯电阻电路计算。 【规律总结】 1．电动机主要将电能转化为机械能，还有一部分电能转化为内能。所以对于电动机有 ， 2．发电厂通过导线传输电能时，会有一部分电能以电热的形式通过导线热传递到空气中，使得用户得到的电能变少。所以有 ， 电流热效应的概念理解 01 【典例】现代人的生活已经离不开电，电为无数家庭提供了巨大的便利。在电学的研究过程中，英国科学家 最先发现了电流的热效应，他发现电流通过导体所产生的热量与电流的平方成 （选填“正比”或“反比”）。 【答案】 焦耳 正比 【详解】[1]电流的热效应是指电流通过导体产生热量的现象，该现象最先是由英国科学家焦耳发现的。 [2]英国物理学家焦耳通过大量实验研究发现：电流通过导体产生的热量与电流的二次方成正比，与导体的电阻成正比，与通电的时间成正比。这个规律叫作焦耳定律。 【变式1】世界上最先发现电流热效应的科学家是（　　） A．安培 B．欧姆 C．焦耳 D．瓦特 【答案】C 【详解】焦耳是通过实验研究出电流热效应规律的科学家，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 【变式2】由于电流的 ，导线长时间通电会发热，如果利用 （选填“导体”、“半导体”或“超导体”、“绝缘体”）制造导线，就可以大大降低由于电阻引起的电能损耗。 【答案】 热效应 超导体 【详解】[1]导线长时间通电会发热是因为电流的热效应。 [2]为了降低由于电阻引起的电能损耗，可以能利用超导体制造导线，因为超导体的电阻为零。 利用电流热效应工作的用电器 02 【典例】如果导体没有了电阻，下列说法正确的是（       ） A．电烤箱仍然能很好的工作 B．白炽灯会更亮 C．电风扇仍然能很好能工作 D．电暖扇仍然能很好能工作 【答案】C 【详解】ABD．电烤箱、白炽灯、电暖扇都是利用电流的热效应来工作的设备，工作时将电能转化为内能。如果导体没有电阻，当用电器通电时，用电器不会产生电热，电烤箱、白炽灯、电暖扇都不能正常工作，故ABD不符合题意； C．电风扇工作时主要将电能转化为机械能，导线的电阻为零，可以减少电能损失，电能全部转化为机械能，效率更高，故C符合题意。 故选C。 【变式1】下列家用电器中，利用电流的热效应工作的是（    ） A．电视机 B．电风扇 C．电脑 D．电烤箱 【答案】D 【详解】A．电视机主要是把电能转化为声能和光能，不是利用电流的热效应工作的，故A不符合题意； B．电风扇主要是把电能转化为机械能，不是利用电流的热效应工作的，故B不符合题意； C．电脑主要是把电能转化为光能和声能，不是利用电流的热效应工作的，故C不符合题意； D．电烤箱主要是把电能转化为内能，是利用电流的热效应工作的，故D符合题意。 故选D。 【变式2】如图所示的四种用电器中，主要利用电流热效应工作的是（　　） A．电动牙刷 B．电动剃须刀 C．电蒸蛋器 D．迷你电风扇 【答案】C 【详解】A．电动牙刷通电后，牙刷动起来，主要是把电能转化为机械能，故A不符合题意； B．电动剃须刀通电后，剃须刀的刀片运动起来，主要是将电能转化为机械能，故B不符合题意； C．电蒸蛋器通电后，蛋的温度升高，将电能转化为内能，是利用电流的热效应工作的，故C符合题意； D．迷你电风扇通电后，扇叶转起来，主要是将电能转化为机械能，故D不符合题意。 故选C。 【变式3】如图所示，是某型号的浴室防雾镜，防雾镜的背面粘贴有等大的电热膜，通电后镜面受热，使凝结在镜面的小水珠迅速 （填物态变化名称），起到防雾作用，该过程利用了电流的 效应。 【答案】 汽化 热 【详解】[1]小水珠吸收热量，由液态转化为气态，该过程称为汽化。 [2]电流具有热效应，电阻丝产生热量，温度升高，镜面受热，温度高于凝结在镜面的小水珠。 设计探究电流热效应的实验原理和电路图 03 【典例】某学习小组在老师的指导下，探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关。他们用的实验器材如图所示，两个透明容器中密封着等量空气，U形管中液面最初相平，两个密闭容器中都有一段电阻丝。 （1）实验中通过观察U形管中液面 ，可以比较电流通过导体产生热量的多少。 （2）图甲中将两段阻值不同的电阻丝串联连接，这是为了控制通电时间和 相等，探究的是电流产生的热量与 大小关系。 （3）将图甲中开关闭合，通电一段时间后， （选填“左”或“右”）侧U形管中液面高度变化大。 （4）让两个密闭容器中电阻丝的电阻一样大，在其中一个容器的外部将一个相同阻值的电阻丝和这个容器内的电阻丝并联（如图乙），此时通过两容器中电阻丝的电流 （选填“相等”或“不相等”），在通电时间相同的情况下，左侧U形管中液面高度变化大，由此得到的结论是 。 【答案】 高度差的变化 电流 电阻 右 不相等 在电阻和通电时间相同时，电流越大，电流通过导体产生的热量越多 【详解】（1）[1]这是转换法的应用，通过观察页面高度差的变化来比较电流通过导体产生热量的多少。 （2）[2][3]运用了控制变量法，通过串联不同的电阻丝，使通电时间和电流相等，从而可以探究电流产生的热量与电阻大小的关系。 （3）[4]在电流和通电时间相同的时，电阻越大，电流通过导体产生的热量越多，因此右侧的液面高度变化更大。 （4）[5]此时电路变成三个电阻组成一个既有串联又有并联的混联电路，左边容器中的电阻处于干路中，电流较大，右边容器中的电阻电流较小。 [6]左侧U形管中液面的高度变化大，说明左侧电阻产生的热量多，因此说明在通电时间和电阻相同时，电流越大，其通过导体产生的热量越多。 【变式1】小红在探究“电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关”的实验中，利用如图所示的甲、乙两套装置进行实验。 （1）电流产生的热量无法直接测量和观察，利用如图甲、乙所示的装置，我们可以通过观察U形管两侧液面的高度差来比较电流通过导体产生热量的多少，这应用了 （填实验方法）； （2）为了探究电流产生的热量与电流大小的关系，应该选用装置 （选填“甲”或“乙”），目的是要控制 和 相同； （3）观察图乙的实验现象可以得出结论：电流通过导体产生的热量跟电流大小有关，在电阻和通电时间相同时，电流越大，电流越大，电流产生的热量越多，所以图乙 （选填“左边”或“右边”）容器中导体产生的热量多。 【答案】 转换法 乙 通电时间 电阻阻值 左边 【详解】（1）[1]电热丝产生的热量不易观察，但容器内空气温度升高时，空气体积膨胀，推动U形管中的液体上升，从而用U形管中左右液面的高度差来显示容器内电热丝产生热量的多少，这是转换法。 （2）[2][3][4]探究电流产生的热量与电流大小的关系，应控制通电时间和电阻大小相同，乙装置中，在容器内电阻丝的电阻和通电时间相同时，通过容器内电阻的电流大小不同，故图乙装置可探究电流产生的热量与电流大小的关系。 （3）[5]装置乙中一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的电流之和与左端的电阻电流相等，即,两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知 两电阻阻值相等，则支路中电流相等 所以右边容器中的通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，由可知，左边容器中的电阻产生的热量多。 【变式2】小组同学用如图所示的电路探究“电流通过电阻丝产生的热量（简称电热）与通电时间、电流、电阻的关系”。 （1）如图甲所示，开关闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于 （A/B）端。（a）闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片P，当电流表示数为0.5A，通电5分钟温度计的示数升高了5℃；（b）保持滑动变阻器滑片P的位置不变，通电10分钟温度计的示数升高了9℃。（a）、（b）对比可得结论： ； （2）用图乙所示的电路来探究电热与电阻的关系。闭合开关，一段时间后，观察到电阻丝 所在锥形瓶中的温度计示数升高的比较多； （3）请分析“电炉工作时，电炉丝发热明显、而与电炉丝相连的导线发热不明显”：电炉丝的电流 导线的电流，电炉丝的电阻 导线的电阻；（这两空填“大于”、“等于”或“小于”） （4）实验只能得到定性结论，主要原因是 。 【答案】 B 见解析 R2 等于 大于 见解析 【详解】（1）[1]滑动变阻器有保护电路的作用，开关闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于阻值最大处，故位于B端。 [2]两次实验中，电阻和电流大小均相同，通电时间不同，（b）中温度计升高的示数较大，说明电流通过电阻产生的热量多，可得结论：在电流大小和电阻大小相同时，通电时间越长，电流通过电阻产生的热量越多。 （2）[3]实验中，两电阻串联，且R1小于R2，所以电流大小和通电时间均相同，根据结论可知，在通电时间和电流大小相同时，电阻越大，电流通过电阻产生的热量越多，所以电阻丝R2所在锥形瓶中的温度计示数升高的比较多。 （3）[4][5]电炉丝和导线串联，故电炉丝的电流等于导线的电流，电炉丝的电阻大于导线的电阻，根据可知，通电相同时间，电炉丝产生的热量大于导线产生的热量，故电炉工作时，电炉丝发热明显、而与电炉丝相连的导线发热不明显。 （4）[6]因为用电热加热液体过程中存在热量损失，无法精确定量，所以只能得到定性结论。 探究电流产生热量与电阻的关系 04 【典例】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。甲图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。乙图通电一段时间，电流通过R1产生的热量与通过R2产生的热量之比为 。 【答案】 电阻 4∶1 【详解】[1]电流通过导体产生热量的多少是通过U形管中液面的高度差来反映的。甲图中，说明电流通过右侧电阻丝产生的热量多，两电阻丝串联，通过它们的电流相等，由此可知电流通过导体产生的热量跟电阻有关。 [2]乙图中，R2与R3并联后，再与R1串联，R1在干路中，R2在支路中。三个电阻丝的阻值相同，所以通过R1是R2的电流的2倍，R1与R2的阻值相同，通电时间相同由Q=I2Rt可得，电流通过R1产生的热量与通过R2产生的热量之比 【变式1】某兴趣小组用如图甲所示的装置探究“电流通过导体产生热量与哪些因素有关”。实验中Ra＝5Ω，Rb＝10Ω，分别密封在装有等量空气的相同瓶内，细玻璃管内有等高的相同液柱，该实验探究的是电流产生的热量与的 关系。Ra与Rb产生的热量之比为 。如图乙所示玻璃管内液柱的高低是由 （选填“瓶内的空气”或“玻璃管内的液体”）热胀冷缩导致的。 【答案】 电阻 1∶2 瓶内的空气 【详解】[1]如图甲所示，电流相同，根据控制变量法，实验中除了电阻不同外，其它条件均相同，所以该实验探究的是电流产生的热量与电阻的关系。 [2]Ra与Rb产生的热量之比为 [3]如图乙所示装置，加热时主要是对瓶内的空气进行加热，瓶内气压升高，所以，液柱的变化是由瓶内的空气热胀冷缩导致的。 【变式2】如图是探究“电流通过导体时产生热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气。 (1)实验中，通过观察 ，可比较电阻丝产生的热量的多少； (2)甲装置可探究电流产生的热量与 的关系； (3)乙装置中的电阻R3的作用主要是 。 【答案】(1)U形管中液柱的高度差 (2)电阻 (3)使通过R1、R2的电流不同 【详解】（1）利用转换法，通过观察U形管液面高度差，就可比较电阻丝产生的热量的多少。 （2）甲装置中两个电阻串联，当电流和通电时间相等时，探究电流产生的热量与电阻的关系。 （3）乙装置要探究电流产生的热量与电流的关系，所以需要控制电阻和通电时间相同，电流不同，将R3和R2并联，R3可以起分流的作用，使通过R1和R2的电流不相等。 探究电流产生热量与电流的关系 05 【典例】如图是探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面的高度的变化反应密闭空气温度的变化，下列说法正确的是（ ） A．该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反应电阻丝放出热量的多少的 B．将左边容器中的电阻丝由换成，就可以探究电流产生的热量与电阻的关系 C．该装置是为了探究电流产生的热量与电流的关系 D．通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差比右侧的小 【答案】C 【详解】A．该实验装置是利用U形管中空气的热胀冷缩来反映热的多少，虽然产生热量的多少不能直接观察，但可以通过U形管液面高度差的变化来反映，故A错误； B．将左边容器中的电阻丝换成的电阻丝后，变成了一个的电阻与两个的电阻并联后再串联，根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，即 两个的电阻并联，根据并联电路的电流特点知 两电阻阻值相等，则支路中电流相等 所以右边容器中的通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，虽然左右电阻不等，但是左右的电流也不相等，所以不是探究电流产生的热量与电阻的关系，故B错误； C．装置中一个的电阻与两个的电阻并联后再串联，根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，即 两个的电阻并联，根据并联电路的电流特点知 两电阻阻值相等，则支路中电流相等 所以右边容器中的通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，即是研究电流产生的热量与电流的关系，故C正确； D．由可知，左边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快；因此通电一段时间后，玻璃管左侧液面高度差更大，故D错误。 故选C。 【变式1】如图所示为“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”实验的部分装置，两个相同的透明容器中封闭着等量的空气。 (1)实验中通过观察U形管中液面 来反映电阻产生热量的多少。 (2)如图甲所示，连接好电路后闭合开关，通电一段时间，表明在电流和通电时间相同时， 越大，电流产生的热量越多。 (3)如图乙中R3与R2并联，目的是使通过R1与R2的 不同，若同时工作相同时间，R1产生的热量是R2的 倍。 (4)某小组在利用图乙装置实验时，发现左右两侧U形管液面高度差相同，与其他小组的实验现象都不同，则该小组可能存在的电路故障是 。 【答案】(1)高度差 (2)电阻 (3) 电流 4 (4)电阻R3断路 【详解】（1）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，实验中通过观察U形管液面高度差来反映电阻产生热量的多少，运用了转换法。 （2）甲图中两电阻串联，电流和通电时间相同，闭合开关通电一段时间，观察到右侧液面高于左侧液面，说明右侧电阻大产生的热量多，故可以得出在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多。 （3）[1]乙图中R3与R2并联，根据串联电路和并联电路电流的规律可知，通过R1和R2两个电阻的电流是不同的。 [2]根据串并联电路的电流特点可知，I1=2I2，且R1=R2，通电时间相等，由Q=I2Rt可知，相同时间内R1产生的热量是R4的4倍。 （4）某小组在利用乙图装置实验时，发现左右两侧U形管液面上升高度相同，因为R1=R2，且R1和R2产生的热量相同，说明R3中没有电流，故可能电阻R3断路了。 【变式2】天天同学在探究“电流通过导体产生热的多少与什么因素有关”时采用了如图所示的实验装置。请仔细观察甲、乙两图。 (1)甲、乙两个透明容器中密封着等量的空气，导线A、B分别接到电源两端，一段时间后， （选填“甲”或“乙”）容器连接的U形管液面高度差较大，实验表明电流通过导体产生的热量跟 （选填“电流”或“电阻”）有关；图中的电阻丝R3阻值 （选填“必须”或“不必”）等于R2的阻值。 (2)该实验采取的探究方法是 和 。 【答案】(1) 甲 电流 不必 (2) 转换法 控制变量法 【详解】（1）[1]甲、乙两个透明容器中密封着等量的空气，导线A、B分别接到电源两端，一段时间后，根据图示可知，甲容器连接的U形管液面高度差较大。 [2]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，实验表明电流通过导体产生的热量跟电流有关。 [3]图中的电阻丝R3只需要起到分流的作用，与阻值大小无关，故图中的电阻丝R3阻值不必等于的阻值。 （2）[1][2]该实验将电流通过导体产生的热量转换成U形管两侧液面的高度差，采用了转换法；实验中控制其他变量相同，通过改变单一变量进行探究，采用了控制变量法。 串并联电路中焦耳定律公式的简单应用 06 【典例】如图所示，电源电压为4.5V且保持不变，定值电阻R1的阻值为5Ω，闭合开关后电压表的示数为3V。求： (1)通过R1的电流； (2)通电1min电流通过R2产生的热量。 【答案】(1)0.3A (2)54J 【详解】（1）图中两个定值电阻串联，电压表测量的电压，根据串联电压规律知，的电压为 根据欧姆定律知，通过R1的电流 （2）根据串联电路的电流规律知，通过R2的电流 通电1min电流通过产生的热量 【变式1】如图所示，电源电压2V，闭合开关S，均正常发光，电流表的示数为0.8A，的示数为0.3A，忽略温度对灯泡灯丝的影响，求： (1)通过的电流： (2)通电产生的焦耳热。 【答案】(1)0.5A (2) 【详解】（1）由图可知两个灯泡并联，电流表测干路电流，电流表测的电流，根据并联电路电流规律可得的电流为 的电阻为 （2）根据焦耳定律得通电产生的热为 【变式2】如图所示的电路中，电源两端电压保持不变，电阻丝的阻值为20Ω。当开关S闭合后，电压表的示数为2V，电流表的示数为0.2A。求： (1)电阻的阻值； (2)电源电压U： (3)整个电路在1min内产生的热量。 【答案】(1)10Ω (2)6V (3)72J 【详解】（1）由题图可知，两电阻串联，电流表测的是电路电流，电压表测的是R2的两端电压。根据欧姆定律可得，电阻的阻值为 （2）根据欧姆定律可得，电源电压为 （3）整个电路在1min内产生的热量为 和电动机有关的焦耳定律的计算 07 【典例】一台线圈电阻为电动机，接在10V的电源上时，通过线圈的电流为2A，在1min内电流产生的热量是 J，转化成的机械能是 J，该电动机的机械效率为 。 【答案】 240 960 80% 【详解】[1]线圈产生的热量 [2]电动机消耗的电能 [3]转化的机械能 电动机的机械效率 【变式1】某品牌电动玩具警车的内部等效电路如图所示，字样为“2V，1W”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，2min内电动机线圈产生的热量是 J。    【答案】15 【详解】警灯正常发光时的电流 根据串联电路的电流特点可知，电动机线圈产生的热量 Q＝I2Rt＝（0.5A）2×0.5Ω×2×60s＝15J 【变式2】如图所示电路，电阻R的阻值为10Ω，电动机线圈电阻为2Ω，S断开时，电流表的示数为0.5A，闭合开关S后，电流表的示数增加了1A； 求：（1）电源电压； （2）S闭合后，整个电路工作1min产生的热量。 【答案】（1）10V；（2）630J 【详解】解：（1）断开开关S，电动机单独接入电路，通过电动机的电流为0.5A；闭合开关S，电动机与电阻R并联，通过电动机的电流仍为0.5A，因为电流表的示数增加了1A，所以通过电阻R的电流为1A；根据并联电路特点和欧姆定律可得，电源电压为 （2）S闭合后，电动机工作1min产生的热量为 电阻R工作1min产生的热量为 所以整个电路工作1min产生的热量为 答：（1）电源电压为10V； （2）S闭合后，整个电路工作1min产生的热量为630J。 【变式3】小闽设计的车载可加热果蔬搅拌机工作电路图如图。电热丝R的阻值为，电动机标有“12V 24W”字样。闭合开关S、，电动机正常工作。求： （1）电源电压。 （2）闭合开关S、，电动机1min内消耗的电能。 （3）闭合开关S、，通电100s，电热丝R产生的热量。 【答案】（1）12V；（2）1440J；（3）3600J 【详解】解：（1）闭合S、时，电路中只有电动机正常工作，则电源电压 （2）根据可知，电动机消耗的电能 （3）闭合S、，电路中只有电热丝R工作，通过电热丝R的电流 电热丝R产生的热量 答：（1）电源电压是12V； （2）闭合开关S、，电动机1min内消耗的电能1440J； （3）闭合开关S、，通电100s，电热丝R产生的热量3600J。 利用焦耳定律的公式进行电热的比值计算 08 【典例】有两条电阻丝，它们的电阻之比是2∶1，把它们串联接入电压为U的电路中，则在相等的时间里，它们放出的热量之比是（　　） A．1∶2 B．2∶1 C．1∶4 D．4∶1 【答案】B 【详解】把它们串联接入电压为U的电路中，根据串联电路的电流规律，电流处处相等，则流过两条电阻丝的电流大小相等，而且时间也是相等的，电阻阻值比为2∶1，根据焦耳定律的公式可知，在相等的时间里，它们放出的热量之比为 它们放出的热量之比是2∶1，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 【变式1】如图所示，在串联电路中有两个装有等质量煤油的密闭烧瓶A、B，两个烧瓶中分别放有加热电阻丝RA和RB，闭合开关后经过一段时间烧瓶A、B中的温度计示数分别为40℃和60℃。已知温度计初始温度均为20℃。则电阻RA和RB的比值为（　　） A．1∶2 B．2∶3 C．2∶1 D．3∶2 【答案】A 【详解】由题意知两电阻丝串联，电流相同，通电时间相同，但电阻阻值不同，A、B的质量相同，则吸收的热量之比 由题意可知，吸收的热量等于电阻产生的热量，根据焦耳定律得 故选A。 【变式2】有两个电阻，已知R1是R2的2倍，把它们串联在电路中，P1∶P2= ；把它们并联在电路中，Q1∶Q2= 。 【答案】 2∶1 1∶2 【详解】[1]因为串联电路中的电流处处相等，所以两电阻串联时，它们的电功率之比 [2]因为并联电路中各支路两端电压相等，所以两电阻并联时，相同时间内产生的热量之比 【变式3】如图所示电路图，电源电压恒定不变，R2=2R1，闭合开关S1，通过R1、R2两电阻的电流之比是 ，相同时间内R1、R2两电阻产生的热量之比是 ；将电流表和电压表的位置互换，再将开关S1、S2均闭合后，R1、R2两电阻的电流之比是 ，相同时间内R1、R2两电阻产生的热量之比是 。 【答案】 1︰1 1︰2 2︰1 2︰1 【详解】[1]由图可知，闭合开关S1，电阻R1、R2串联，因为串联电路中各处的电流相等，所以两电阻的电流之比是1︰1。 [2]根据可得，相同时间内R1、R2两电阻产生的热量之比是 [3]将电流表和电压表的位置互换，再将开关S1、S2均闭合，电阻R1、R2并联，因为并联电路各支路两端的电压相等，所以R1和R2两端的电压相等，由可得，R1、R2两电阻的电流之比是 [4]根据可得，相同时间内R1、R2两电阻产生的热量之比是 比较串并联电路中用电器发热的多少 09 【典例】吴立同学从灯具店购买了一只节能灯和一只白炽灯，两只电灯均标有“220V  20W”字样，现将它们接在家庭电路中正常工作时，发现节能灯要比白炽灯更亮一些，关于节能灯更亮，下列分析正确的是（    ） A．节能灯的实际电压比白炽灯的大 B．节能灯的实际电流比白炽灯的大 C．节能灯的实际功率比白炽灯的大 D．工作相同时间，节能灯产生的热量少 【答案】D 【详解】A．节能灯和白炽灯并联接入家庭电路中，它们两端的电压都等于电源电压，节能灯的实际电压和白炽灯的实际电压相等，故A错误； BC．两个灯泡的额定功率相等，将它们接在家庭电路中正常工作时，实际功率和额定功率相同，实际功率相等，实际电压相等，由P=UI可知它们的实际电流相等，故BC错误； D．节能灯工作时将电能大部分转化为光能，白炽灯泡将电能大部分转化为内能少部分转化为光能，工作相同时间，节能灯产生的热量少，故D正确。 故选D。 【变式1】如图所示，小桂将一条粗细不均的铝箔纸的两端分别压在电池的两极，发现铝箔纸发热并燃烧，理由是电流具有 。实验中铝箔纸较粗部分的电流 （选填“>”、“=”或“<”）较细部分的电流，较 （选填“粗”或“细”）的部位先燃烧起来。    【答案】 热效应 = 细 【详解】[1][2][3]实验中铝箔纸较粗部分与较细部分串联，由串联电路的电流特点可知，通过它们的电流相等；电流流过导体时会产生热量，这是电流的热效应；由影响导体电阻的因素可知，较细部分的电阻大于较粗部分的电阻，由Q=I2Rt可知，相同时间内较细的部位产生的热量较多，因此较细的部位先燃烧起来。 【变式2】用a、b、c三个相同的气球分别将三个相同的空烧瓶口密封；烧瓶中，用几个相同阻值的电阻以不同的连接方式接入电路中（如图所示）。通电一段时间后，体积变化最大的气球是（　　） A．a气球 B．b气球 C．c气球 D．一样大 【答案】C 【详解】由图知道，三个烧瓶的电阻（相同的电阻R）以不同方式接入电路中时是串联的，所以通过电流相等，通电时间也相等，由Q=I2Rt知道，c烧瓶里电阻放出热量最多，瓶中气体温度最高，气球的体积变化最大，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 【变式3】把标有“220V  40W”的灯L1和“220V  100W”的灯L2接在电源电压为220V的电路中，下列说法错误的是（　　） A．若灯L1、L2均能正常发光，两灯为并联 B．若两灯串联，则灯L1、L2均不能正常发光，但L1灯较亮 C．若两灯串联，则灯L1、L2均不能正常发光，但L2灯较亮 D．两灯接在家庭电路中均通电半小时，电流产生的热量大小为 【答案】C 【详解】A．若两灯正常发光，说明两灯两端实际电压均等于额定电压220V，与电源电压220V相等，符合并联电路电压规律，故A正确，不符合题意； BC．若两灯串联接在220V电源两端，根据串联电压规律，每个灯的实际电压都小于220V，均小于额定电压，实际功率均小于额定功率，两灯都不能正常发光，L1的电阻为 L2的电阻为 根据，电流相等，L1的电阻大，所以L1的实际功率大，L1较亮，故B正确，不符合题意，C错误，符合题意； D．家庭电路是并联电路，电压为220V，两个灯正常工作，实际功率等于额定功率，L2的实际功率大，根据可知，相同时间内，L2产生热量多，故D正确，不符合题意。 故选C。 根据U-I图像计算串并联电路的发热多少 10 【典例】如图是“扬帆”学习小组对小灯泡L和定值电阻R的阻值进行测量后，根据实验数据作出的图像。若将L和R串联接在8V的电源两端，L与R的电阻之比为 ；若将L和R并联在2V的电源两端，在1min内，L与R产生的热量之比为 。 【答案】 【详解】[1]将L和R串联接在8V的电源两端，电流相同，L和R两端的电压之和为8V，根据图像，发现，当电流大小为0.2A时，L和R两端的电压之和为8V，此时电压之比为，串联电路电压之比等于电阻之比，则L与R的电阻之比为。 [2]若将L和R并联在2V的电源两端，流过L的电流为0.15A，流过R的电流为0.1A，L与R的电流之比为，因为小灯泡L和定值电阻R都是纯电阻电路，在并联电路中热量之比等于电流之比，在1min内，L与R产生的热量之比为。 【变式1】如图所示，OA、OB两直线是A、B两电阻的电流与电压的关系图像。由图像可知，若通过A的电流为1.0A时，A两端的电压是 V；若将两个电阻并联在电压为3V的电源两端，则10s内电流通过B产生的热量为 J。 【答案】 12 3 【详解】[1]由图可知，通过电阻A的电流为1.0A时，电阻A两端的电压是12V。 [2]由图象可知，两元件为定值电阻，且当通过A的电流为1.0A，其两端的电压为12V，则电阻A的阻值为 当通过电阻B的电流为0.2A时，其两端的电压为6V，则电阻B的阻值为 当两电阻并联在3V的电源两端时，根据并联电路电压特点可知，此时B两端的电压为3V，由可知，此时通过电阻B的电流为 由Q=I2Rt可知，10s内电流通过B产生的热量为 【变式2】如图甲所示，小灯泡的额定电压是2.5V，开关闭合后，小灯泡正常发光，图乙是通过定值电阻R和小灯泡L的电流与电压的关系图像，当小灯泡正常发光时，电源电压为 V；通电10s定值电阻R产生的热量为 J。 【答案】 3.5 2 【详解】[1]由甲图可知，电路为串联电路，小灯泡正常发光时的电压2.5V，电流是0.2A，由图乙可知此时定值电阻R两端的电压为1V，根据串联电路电压规律可知电源电压为 2.5V+1V=3.5V [2]通电 10s ，定值电阻 R 产生的热量为 Q=W=UIt=1V×0.2A×10s=2J 【变式3】定值电阻R0和标有“2.5V 0.2A”的小灯泡L的I-U图像如图甲。小宇将R0和L按照图乙的电路连接，闭合开关，此时电流表的示数为0.15A，求 （1）小灯泡L的额定功率； （2）如图乙，电流表的示数为0.15A时，小灯泡L的实际电功率； （3）若保持图乙条件不变，R0持续工作1min产生的热量。    【答案】（1）0.5W；（2）0.225W；（3）27J 【详解】解：（1）由图乙可知，小灯泡L与定值电阻R0并联，电流表测量通过小灯泡的电流；小灯泡L的额定功率为 P=U额I额=2.5V×0.2A=0.5W （2）闭合开关，根据电流表示数可知通过小灯泡的电流IL=0.15A，由图甲可知，此时小灯泡两端的电压UL=1.5V，此时小灯泡的实际功率为 PL=ULIL=1.5V×0.15A=0.225W （3）由图甲可知，当R0两端的电压为1.5V时，通过R0的电路I0=0.3A，则R0持续工作1min产生的热量为 Q0=W0=U0I0t=1.5V×0.3A×1×60s=27J 答：（1）小灯泡L的额定功率为7.5W； （2）小灯泡L的实际电功率为0.225W； （3）若保持条件不变，R0持续工作1min产生的热量为27J。 档位问题电热的计算 11 【典例】如图甲为电热毛巾架，额定电压为220V。该毛巾架通过智能系统能够实现高温、低温档自动切换。图乙所示为内部电路原理图，，都为发热电阻丝；图丙为该毛巾架在正常工作20min内电流随时间变化的图象。求： （1）高温档的功率； （2）发热电阻丝的电阻； （3）毛巾架高温档正常工作10min产生的热量。 【答案】（1）220W；（2）1000Ω；（3） 【详解】解：（1）根据可知，电路中的电流越大，功率越高，故当电流为1A时，为高温挡，电流为0.22A时，为低温挡，高温档的功率为 （2）根据可知，当开关S闭合，S1断开时，电路电流较小，为低温挡，此时R1单独工作，则发热电阻丝的电阻为 （3）毛巾架高温挡正常工作10min产生的热量为 答：（1）高温档的功率为220W； （2）发热电阻丝的电阻为1000Ω； （3）毛巾架高温档正常工作10min产生的热量为。 【变式1】如图所示是某品牌家用电热水壶的简化电路，电源电压为220V，R1、R2是发热电阻，R1的阻值为22Ω，开关S为单刀双掷开关，S接a时为保温挡，保温挡功率为440W；开关S接b时为加热挡。求： （1）保温挡工作时电路中的电流； （2）电阻R2的阻值； （3）电热水壶在加热挡工作5min产生的热量。 【答案】（1）2A；（2）88Ω；（3）6.6×105J 【详解】解：（1）S接a时为保温挡，两电阻串联在电路中，保温挡功率为440W，保温挡工作时电路中的电流 （2）保温挡时电路中的总电阻 两电阻串联在电路中，R1的阻值为22Ω，电阻R2的阻值 R2=R-R1=110Ω-22Ω=88Ω （3）S接b时为加热挡，此时电路为电阻R1的电路，R1的阻值为22Ω，电热水壶在加热挡工作5min产生的热量 答：（1）保温挡工作时电路中的电流是2A； （2）电阻R2的阻值是88Ω； （3）电热水壶在加热挡工作5min产生的热量是6.6×105J。 【变式2】某型号的电饭锅有两挡，“1”挡是保温，“2”挡是高温烧煮，其电路如图所示。 （1）若开关S先后置于“1”挡和“2”挡时，串联在电路中的电流表示数分别为和，求电阻和R的阻值； （2）若电源电压为200V，开关S置于“1”挡时，电饭锅工作15min产生的热量为多少？ 【答案】（1）40，1960；（2）18000J 【详解】解：（1）由图可知，当开关S置于“1”时，R、R0串联，此时电路中的电流为0.11A，此时电路中的总电阻 当开关S置于“2”时，只有R0工作，此时电路中的电流为5.5A，R0的阻值 根据串联电路的电阻特点可知，R的阻值 （2）开关S置于“1”挡时，电饭锅工作15min产生的热量 答：（1）电阻R0和R的阻值分别为，； （2）若电源电压为200V，开关S置于“1”挡时，电饭锅工作15min产生的热量为18000J。 【变式3】如图甲是用某款3D打印笔进行立体绘画时的场景。打印笔通电后，笔内电阻丝发热使笔内绘画材料熔化。加热电路简化后如图乙所示，电源电压恒为6V，R1和R2为发热电阻丝。已知R1=4Ω，高温挡功率为12W，忽略电阻丝阻值随温度变化。求： （1）通过R1的电流； （2）低温挡1min产生的热量； （3）高温挡干路电流。 【答案】（1）1.5A；（2）540J；（3）2A 【详解】解：（1）通过R1的电流 （2）开关S1和S2都闭合时，两电阻并联，为高温挡；只闭合S1时，电路为只有R1的简单电路，为低温挡，则低温挡1min产生的热量 （3）低温挡的功率 则R2的电功率为 通过R2的电流 高温挡干路电流 答：1）通过R1的电流为1.5A； （2）低温挡1min产生的热量540J； （3）高温挡干路电流为2A。 根据用电器的铭牌计算电热 12 【典例】李红去商店购买电热水壶，售货员给他了一份推销××牌电热水壶的宣传广告，其内容如请你根据上面提供的信息，计算； 额定电压 220V 额定功率 1000W 容积 2L 超温保护器 熔断温度110℃ （1）电热水壶正常工作时发热体的电阻为多大？ （2）电热水壶正常工作3分钟产生多少焦耳的热量？ 【答案】（1）48.4Ω；（2）1.8×105J 【详解】解：（1）电热水壶正常工作时的功率P=1000W，电压U=220V， 由可得热水壶正常工作时的电阻 （2）由得电热水壶正常工作3分钟产生的热量 Q=W电=Pt=1000W×3×60s=1.8×105J 答：（1）电热水壶正常工作时发热体的电阻为48.4Ω； （2）电热水壶正常工作3分钟产生的热量为1.8×105J。 【变式1】下表是某一电水壶的铭牌，小明用此水壶烧开水，电水壶正常工作，5min把水烧开。求： 额定电压 额定功率 加热方式 底盘加热 容量 材质 不锈钢 （1）把水烧开的过程中电水壶产生的热量； （2）如果改用燃烧酒精提供这些热量，不计能量的损耗，则需要燃烧多少酒精？（酒精的热值为） 【答案】（1）；（2） 【详解】解：（1）电水壶正常工作，5min把水烧开，电水壶产生的热量为 （2）由题意可知，酒精完全燃烧放出的热量为 由可知，所需的酒精质量为 答：（1）把水烧开的过程中电水壶产生的热量为； （2）需要燃烧酒精。 【变式2】电吹风是现代家庭的常用电器。如图甲所示是电吹风的电路原理图，R是电热丝，M是带动风扇转动的电动机，湛江三角牌某型号电吹风的主要技术参数如图表所示： （1）当同时闭合S1、S2时，电吹风正常工作，5min内电流通过R产生的热量是多少？ （2）小明家的电能表如图乙所示，当小明家只有电吹风正常工作并且吹热风时，半小时电能表的转盘旋转多少圈？ （3）小明家的电压很不稳定，当电吹风接入实际电压为198V的电路，吹热风时电热丝R的实际功率为多少？ 三角牌电吹风 ZJQF003 额定电压 220V 频率 50Hz 吹热风时功率 800W 吹冷风时功率 80W 【答案】（1）2.4×105J；（2）264r；（3）648W 【详解】解：（1）当同时闭合S1、S2时，5min内电流通过R产生的热量 （2）电吹风正常工作并且吹热风时，半小时消耗的电能 电能表的转盘旋转的圈数 （3）电热丝的电阻 当电吹风接入实际电压为198V的电路，吹热风时电热丝的实际功率 答：（1）5min内电流通过产生的热量是2.4×105J； （2）半小时电能表的转盘旋转264r； （3）吹热风时电热丝R的实际功率为648W。 电热的应用 13 【典例】超载称重的模拟电路如图所示，电路由电源、称重计（由量程为0～0.6A的电流表改装而成）、定值电阻、滑动变阻器、弹簧和开关组成。已知电源电压为6V，滑动变阻器的滑片可沿竖直方向上下移动，最大载重时，滑动变阻器的滑片停在最下端，电流表示数为0.6A；当没有载物时，滑动变阻器的滑片停在最上端，此时该电路消耗的电功率是1.2W。求： (1)的阻值； (2)当没有载物时，该电路的电流表示数； (3)当没有载物时，通电100s，产生的热量。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）分析电路可知，定值电阻、滑动变阻器串联，电流表测电路电流。最大载重时，滑动变阻器的滑片停在最下端，此时阻值为零，则的阻值为 （2）当没有载物时，该电路的电流表示数为 （3）当没有载物时，通电100s，产生的热量为 【变式1】图甲是低温碳纤维电热膜，它是在绝缘材料表面注入一根根导电墨线，导电墨线两端与金属导线相连。现裁取一段包含2根导电墨线（用R1、R2表示）的电热膜，接入电路进行研究，如图乙所示，每根良好导电墨线的电阻均为60Ω，电源电压恒为12V。若闭合开关，问： (1)通过导电墨线R1的电流多大？ (2)导电墨线R2的部分导电材料脱落（如图丙），若电流表示数为0.3A，此时R2的阻值多大？ (3)10s内R1产生的热量多少？ 【答案】(1)0.2A (2)120Ω (3)24J 【详解】（1）由图乙可知，两根导电墨线并联，根据并联电路的电压特点可知，每根导电墨线两端的电压相等，且等于电源电压，通过导电墨线R1的电流 （2）由并联电路的电流规律知，电流表示数为0.3A，此时通过R2的电流 I2=I-I1=0.3A-0.2A=0.1A 此时R2的阻值 （3）10s内R1产生的热量 Q=I21R1t=(0.2A)2×60Ω×10s=24J 【变式2】2024年2月17日，国产大飞机C919抵达新加坡参加展会，这是国产大飞机第一次在国外亮相。飞机上要及时检测机内的气压、温度和湿度等重要指标。小明利用湿敏电阻R和电压表等器材改装了一个可以测量湿度的监测仪，图甲为简化电路图。已知电源电压为12V，定值电阻R0的阻值为20Ω，湿敏电阻R的阻值随湿度%RH变化的关系图像如图乙所示，求： （1）空气湿度为30%RH时电路工作10min产生的热量。 （2）电压表示数为9V时空气的湿度。 【答案】（1）1440J；（2）50%RH 【详解】解：（1）如图甲两个电阻串联，电压表测R两端的电压，电流表测电路中的电流；如图乙，空气湿度为30%RH时，湿敏电阻的阻值为40Ω，此时电路中的电流 电路工作10min产生的热量 （2）电压表示数为9V时，电阻R0两端的电压 电路中的电流 此时湿敏电阻的阻值 由图乙可知，空气的湿度为50%RH。 答：（1）空气湿度为30%RH时电路工作10min产生的热量为1440J； （2）电压表示数为9V时空气的湿度为50%RH。 【变式3】甲醛对人体的危害非常严重，因此装修房屋时检测甲醛污染指数非常重要。小明同学设计了移动甲醛检测设备，原理如图甲所示。电源由三节新干电池串联组成（电源电压为4.5V），是标有“”字样的滑动变阻器，R为可以感知甲醛污染指数的可变电阻。求： （1）当的阻值是5Ω时，通过的电流是0.3A，电阻在100s内产生的热量； （2）当的阻值是5Ω，污染指数为50时，电路中的电流； （3）显示器由0~3V的电压表改装而成，移动滑片位置，使的两端电压为3V时最大显示污染指数是250，此时电路消耗的总功率。 【答案】（1）45J；（2）0.08A；（3）0.675W 【详解】解：（1）电阻在100s内产生的热量 Q=I02R0t=(0.3A)2×5Ω×100s=45J （2）由图乙可知，污染指数为50时，可变电阻R=50Ω，电路中的电流 （3）由图乙知，甲醛污染指数增大时，可变电阻R的阻值减小，由串联分压的规律可知可变电阻R两端的电压减小，则R0两端的电压增大，即电压表示数增大（显示器由0~3V的电压表改装而成），所以污染指数越大时，电压表的示数越大；由图乙可知，使其最大显示污染指数为250时，可变电阻R的阻值为10Ω，则由前面分析可知此时电压表的示数最大为3V，因串联电路中总电压等于各分电阻两端的电压之和，所以此时可变电阻两端的电压 UR=U-U0大=4.5V-3V=1.5V 则此时电路中的电流为 此时电路消耗的总功率 P=UI′=4.5V×0.15A=0.675W 答：（1）电阻在100s内产生的热量是45J； （2）当的阻值是5Ω，污染指数为50时，电路中的电流是0.08A； （3）显示器由0~3V的电压表改装而成，移动滑片位置，使的两端电压为3V时最大显示污染指数是250，此时电路消耗的总功率是0.675W。 课堂练习 一、单选题 1．现在有一种神奇的纸通上电就发热，原来这种纸两端有电极，只要接通12伏直流电源，纸的表面温度马上就可达80 摄氏度左右。这种纸是不会燃烧的，因它是用玻璃纤维和碳纤维制成的，用它可以包装面包等小食品。这种“发热纸”在工作时发生的能量转化是 （   ） A．电能转化为化学能 B．化学能转化为电能 C．内能转化为电能 D．电能转化为内能 【答案】D 【详解】这种发热纸通电就会发热，利用的是电流的热效应，该过程中消耗电能、产生内能，即电能转化为内能，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 2．小市同学在科学课上表演了一个小魔术，用如图所示形状的金属片点燃火柴，他将此金属片接在学生电源上（如图所示），则将火柴放在图中哪个位置上最容易被点燃（　　） A．a点 B．b点 C．c点 D．都一样 【答案】C 【详解】影响电阻大小的因素是材料、长度和横截面积，当材料和长度一定时，横截面积越小，电阻越大，由图可知，c点横截面积最小，所以电阻最大，a、b、c是串联的，通过的电流相同，根据可知，在相同时间内c点产生的热量多，所以将火柴放置在c点最容易被点燃。 故选C。 3．如图所示，是研究电流热效应的部分实验电路，甲电阻丝的阻值小于乙电阻丝的阻值。比较通电后两根电阻丝各自两端的电压U甲、U乙以及它们在相同时间内分别产生的热量Q甲、Q乙的大小，下面关系中正确的是（　　）    A．U甲＝U乙，Q甲＝Q乙 B．U甲<U乙，Q甲>Q乙 C．U甲<U乙，Q甲<Q乙 D．U甲>U乙，Q甲<Q乙 【答案】C 【详解】由图可知，甲、乙电阻丝串联在电路中，根据串联电路的电流特点可知，通过甲、乙电阻丝的电流相等，根据题意可知，甲电阻丝的阻值小于乙电阻丝的阻值，由U=IR可知，甲电阻丝两端的电压小于乙电阻丝两端的电压，即 U甲<U乙 由焦耳定律Q=I2Rt可知，在相同时间内，甲电阻丝产生的热量小于乙电阻丝产生的热量，即 Q甲<Q乙 故选C。 4．已知一台直流电动机两端的电压为9V，通过电动机的电流为2A，线圈的电阻为，则在1内电动机消耗的电能及产生的热量分别为（　　） A．120J；120J B．1080J；120J C．1080J；1080J D．900J；120J 【答案】B 【详解】电动机1min消耗的电能为 产生的热量为 故选B。 5．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．因为并联电路中各支路两端电压等于电源电压，所以U1＝U2，故A错误； B．支路电压相等，由可知，通过两电阻的电流之比等于电阻之比的倒数，所以电流之比为 故B正确； C．由可知，两电阻的电功率之比等于电流之比，所以电功率之比为 故C错误； D．由可得，热量之比等于电功率之比，所以热量之比为 故D错误。 故选B。 6．如图所示，是“220V  15W”的LED灯和“220V  15W”的白炽灯正常工作时将电能转化为内能和光能的占比图。当两灯均正常工作时，下列说法正确的是（　　） A．灯两端的实际电压：LED灯低于白炽灯 B．相同时间产生的内能：LED灯多于白炽灯 C．相同时间消耗的电能：LED灯少于白炽灯 D．电能转化为光能的效率：LED灯高于白炽灯 【答案】D 【详解】A．由两灯的规格可知，两灯的额定电压都是220V，所以两灯正常工作时，灯泡的实际电压都达到220V，所以两灯的实际电压相等，故A错误； BC．由两灯的规格可知，两灯的额定功率都是15W，所以两灯正常工作时，相同时间消耗电能相同，由于LED灯将电能转化为内能的占比较少，所以相同时间LED灯产生的内能更少，故BC错误； D．由图可知，正常工作时，LED灯将电能转化为光能的占比比白炽灯将电能转化为光能的占比大，所以LED灯将电能转化为光能的效率高，故D正确。 故选D。 7．如图所示，材料、横截面积等均相同，长度不同的两根电阻丝串联在电路中，在它们表面涂上厚度一样的蜡，闭合开关一段时间后，会观察到（　　） A．R1上的蜡熔化得快 B．R2上的蜡熔化得快 C．R1、R2上的蜡熔化得一样快 D．无法比较 【答案】A 【详解】由图可知，该电路为串联电路；通过两个电阻的电流、通电时间相同，电阻不同，根据焦耳定律可知，电阻越大，产生的热量越多；材料、横截面积等均相同，长度不同的两根电阻丝，R1的长度大于R2的长度，R1的电阻大于R2的电阻，则R1产生的热量较多，R1上的蜡熔化的快一些，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 8．如图是“探究电流通过导体时产生的热量与电流的关系”的实验装置。R1、R2、R3是三个定值电阻，两个容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。下列说法正确的是（　　） A．因为液体的热胀冷缩，导致U形管液面高度的变化 B．R1与R2的阻值必须相等 C．R2与R3的阻值必须相等 D．拆下R3，即可探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系” 【答案】B 【详解】A．电流通过导体产生的热量不能直接显示出来，容器中空气会由于热胀冷缩而使U形管液面出现高度差，所以该实验装置U形管液面高度变化是气体热胀冷缩的缘故，不是液体热胀冷缩，故A错误； BC．探究电流通过导体时产生的热量与电流的关系，需控制电阻大小和通电时间相同，改变电流大小，图中装置中R2、R3并联后与R1串联，容器内两电阻电流大小不同，需保证R1与R2的阻值相等，与R3的阻值大小无关，故B正确，C错误； D．拆下R3，容器内两电阻串联电流相同，电阻也相同，探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系”，需改变电阻大小，故D错误。 故选B。 9．如图甲，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，电源电压不变。闭合开关S后，滑片P从a端移到b端（　　） A．电源电压为2V B．定值电阻R1为10Ω C．R2消耗的最大功率为0.45W D．P在b端时，10s内R2产生热量12J 【答案】C 【详解】AB．由图甲可知，R1与R2串联，电压表测R2两端的电压，电流表测电路中的电流。滑动变阻器接入电路中的电阻为0时，电路中的电流最大，由图可知I1=0.6A，根据欧姆定律可得，电源的电压为 U=I1R1=0.6A×R1 当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时，电路中的电流最小，由图可知 I2=0.2A，U2=2V 串联电路中总电压等于各分电压之和，电源的电压为 U=I2R1+U2=0.2A×R1+2V 电源的电压不变，则有 0.6A×R1=0.2A×R1+2V 解得R1=5Ω，电源的电压为 U=0.6A×R1=0.6A×5Ω=3V 故AB错误； C．根据题意可知，R2消耗的电功率为 当 R2=R1=5Ω 时，R2消耗的电功率最大为 故C正确； D．P在b端时，10s内R2产生热量为 Q=W=U2I2t=2V×0.2A×10s=4J 故D错误。 故选C。 二、填空题 10．通过九年级沪粤版第11章~第12章的学习，请你写出功与能量的单位是用英国科学家 的名字命名的，与功率的单位“N·m/s”相对应的物理公式是 。 【答案】 焦耳 P=Fv 【详解】[1]英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系，人们将他的名字命名为功和能（能量）以及热量的单位。 [2]由 可知功率的单位是N·m/s。 11．夏天，人们常用电热驱蚊器驱蚊，它是利用电流的 效应来工作的。发热元件是一个阻值为的电阻，工作电流为20mA，则发热元件通电100s产生的热量为 J。 【答案】 热 400 【详解】[1]“电热驱蚊器”就是将电能转化成内能，利用了电流的热效应工作。 [2]发热元件产生的热量 12．如图所示电路，电源电压恒定，R1、R2为电热丝，R1＝10Ω，R2＝10Ω，当开关S断开时，电流表示数为0.2A，电源电压为 V；当开关S闭合时，电路在100s内产生的总热量是 J。 【答案】 2 80 【详解】[1]当开关S断开时，电路为R1的简单电路，电流表测通过R1的电流，电流表示数为0.2A，电源电压为 [2]当开关S闭合时，R1与R2并联，电流表测干路电流，并联电路各支路电压等于电源电压，则电路在100s内产生的总热量是 13．亚运会开幕式采用了先进的LED屏幕和灯光设备．普通白炽灯是利用电流的 （选填“热效应”或“磁效应”）使灯丝达到白炽状态而发光的，发光效率仅为8%；产生相同亮度的情况下，LED灯的 较小，工作相同时间消耗的电能较少． 【答案】 热效应 电功率 【解析】略 14．如图甲所示是便携式封口机，工作时利用电流的 效应，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3 V，发热电阻R的阻值为1 Ω，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 90 大 【详解】[1]便携式封口机工作时利用电流的热效应，将电能转化为内能。 [2]10s内发热电阻R产生的热量为 [3]若封口时总是把塑料袋烫坏，应将发热电阻换成阻值更大的电阻，使封口机工作时产生的热量较少。 15．某款电热毛巾架的内部电路原理图如图甲所示，电源电压为220V，和均为发热电阻，可通过开关S实现高温、低温挡的切换。图乙为该毛巾架在正常工作20min内电流随时间变化的图像，则电热毛巾架高温挡的功率为 W，电阻的阻值为 Ω。电热毛巾架在低温挡正常工作10min产生的热量是 J。 【答案】 220 660 【详解】[1][2]根据图乙可知，高温挡工作时电路中的电流，高温挡的功率为 由图甲可知，当开关S接1时，只有工作，当开关S接2时，、串联，根据串联电路的电阻规律可知当开关S接1时，只有工作，电路中的总电阻最小，由欧姆定律可知电路中的电流最大，由可知电路中的总功率最大，电热毛巾架处于高温挡，由欧姆定律可知的阻值为 当开关S接2时，、串联，电路中的总电阻最大，由欧姆定律可知电路中的电流最小，则电路中的总功率最小，电热毛巾架处于低温挡，由欧姆定律可知、的串联总电阻为 则的阻值为 [3]毛巾架低温挡正常工作10min产生的热量为 16．在如图甲所示电路中，a、b为滑动变阻器的两个端头，电源电压保持不变，闭合开关S，将滑动变阻器的滑片从b点向左移动到某点的过程中，两个电压表的示数随电流表的示数变化的图像如图乙所示，则电源电压为 V。当滑片在a点时，通电1min，R0消耗的电能为 J。 【答案】 6 1080 【详解】[1]由电路图知，滑动变阻器R和电阻R0串联，电压表V1测R0两端电压，V2测R两端电压，电流表测电路中电流，滑动变阻器滑片从b点向左移动到某点的过程中，滑动变阻器R连入电路的电阻变小，电路中的电流变大，根据串联电路的分压原理可知，滑动变阻器两端的电压变小，R0两端的电压变大；所以上方为电压表V2的示数随电流表示数变化的图线，下方是表示电压表V1的示数随电流表示数变化的图线；当电路电流为0.5A时，根据串联电路分压规律可知，电源电压为 U=5V+1V=6V [2]由图可知，R0阻值 当滑片在a点时，变阻器电阻为0，通电1min，消耗的电能为 17．如图是一个电加热器的工作原理图，其中R1和R2是阻值不变的发热电阻。表中是它的部分参数。当开关S和S1都闭合时，电加热器处于 （选填“加热”或“保温”）状态；加热器在保温状态下正常工作300s，电阻R2产生的热量是 J。 额定电压 220V 额定加热功率 1210W 额定保温功率 110W 【答案】 加热 3000 【详解】[1]由电路图可知，开关S和S1都闭合时，只有R2连入电路中，电路电阻较小，根据可知，电功率较大，电加热器处于加热状态；只闭合开S，两电阻串联，电路电阻较大，电功率较小，电加热器处于保温状态。 [2]保温时电路电流为 R2的阻值为 在保温状态下正常工作300s，电阻R2产生的热量为 三、实验题 18．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，将四段电阻丝a、b、c、d分别密封在完全相同的盒内，盒内封闭一定量的空气，其中图乙中另取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产生热量的多少是通过观察U形管液面 来比较的； (2)装置中的U形管 （选填“是”或“不是”）连通器； (3)图甲中电流通过电阻R1与R2产生的热量之比为 。图乙可探究电流产生的热量与 的关系； (4)物理研究方法有很多，本实验运用了两种方法：一是 ，二是转换法。 【答案】(1)高度差 (2)不是 (3) 1：2 电流 (4)控制变量法 【详解】（1）在实验中电流通过电阻产生的热量多少是通过观察U形管内左右两侧液面高度差大小来体现的，这种方法叫转换法。 （2）图中的两个U形管上端不都是开口的，所以装置中的U形管不是连通器。 （3）[1]图甲两个电阻串联，根据串联电路的电流特点可知，通过左侧电阻的电流等于通过右侧容器中电阻的电流，根据公式Q=I2Rt可知，通电后，图中左、右电阻相同时间产生的热量之比 Q1∶Q2=R1∶R2=5Ω∶10Ω=1∶2 [2]图乙中右侧盒外连接的5Ω电阻后，由串并联电路电流的规律可知通过两个容器中的电流不同，两个容器中电阻相同，探究电流产生的热量与电流的关系。 （4）电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关，用到控制变量法。 19．为了验证“通过电热丝电流大小和通电时间相同的情况下，电热丝的电阻值越大，其产生的热量越多”的猜想，电流表和停表各一块，导线若干，以及完全相同的温度计和阻值不同的电热丝，其中三个电热丝的电阻值大小关系为R1＜R2＜R3，它们的电阻值均不随温度发生变化，他设计的实验电路图如图2所示； (1)实验中用 反映电流通过电热丝产生热量的多少； (2)以下是小炜的主要实验步骤，请你帮他补充完整： ①按电路图将装置甲、滑动变阻器、电流表等串联接入电路中，把滑动变阻器的滑片P调到接入电路阻值最大的位置； ②闭合开关S，调节滑动变阻器滑片P到适当位置，用电流表测量通过电热丝的电流I0，将电热丝阻值R、t0的数据记录在表格中，通电1min，停止计时的同时观察并记录温度计的示数t，断开开关S； ③分别用装置乙和装置丙替换电路中的装置甲，仿照步骤（2）再做2次实验，每次闭合开关S后，使 ，开始计时的同时观察并记录装置中温度计的示数t0，将电热丝阻值R、t0的数据记录在表格中，通电1min，停止计时的同时观察并记录温度计的示数t，断开开关S； ④利用公式Δt= （用测量的物理量的符号表示）计算出每次实验中煤油升高的温度，并记录在表格中； (3)请帮助该同学设计一个记录实验数据的表格。 【答案】(1)温度计升高的示数 (2) 电流为I t﹣t0 (3)见解析 【详解】（1）根据转换法，实验中用温度计升高的示数反映电流通过电热丝产生热量的多少。 （2）[1] ③根据实验目的，要控制电流和通电时间相同，分别用装置乙和装置丙替换电路中的装置甲，仿照步骤（2 ）再做2次实验，每次闭合开关S后，调节滑动变阻器滑片P，使电流为I，开始计时的同时观察并记录装置中温度计的示数t0，将电热丝阻值R、t0的数据记录在表格中。 [2] 利用公式Δt=t﹣t0计算出每次实验中煤油升高的温度，并记录在表格中。 （3）根据实验要求，控制通电时间相同，改变通过电阻丝的电流大小，用煤油升高的温度Δt的大小表示电流通过电阻丝R产生热量的多少，且本实验进行了三次，据此设计记录数据的表格如下所示 实验次数 电流大小I/A 初温t0/℃ 末温t/℃ 升高的温度Δt/℃ 1 2 3 四、计算题 20．近年冬天，越来越多的人们在使用电热桌垫，好奇的小东同学很想知道它的发热原理，查看说明 书后发现：该电热桌垫由12V电源供电，发热部分由两根电热丝R1、R2组成，设计低温、高温两挡，内部简化电路图如图所示，旋钮开关S可置于“1和2”、“2和3”或“3和4”接线柱，已知低温挡加热的功率P1为24W，R2的阻值为4Ω。求： (1)低温挡加热的电流； (2)R1的阻值； (3)高温挡加热10min电路产生的热量。 【答案】(1)2A (2)6Ω (3)36000J 【详解】（1）由可知，低温挡加热的电流 （2）旋钮开关S可置于“2和3”接线柱时，只有R1工作，电路中的总电阻最大，电热桌垫处于低温挡；由可知，R1的阻值为 （3）由图乙可知，旋钮开关S可置于“3和4”接线柱时，R1、R2并联，根据并联电路的电阻特点可知，由可知，电路中的总功率最大为高温加热档；高温挡工作时R2的电功率为 高温挡加热的功率 高温挡加热10min电路产生的热量 21． R是阻值可随压力F变化的电阻，F与R的关系如图甲所示。现有如图乙、丙的两个电路，R0=20，当F=0N时，乙电路中电流表示数为0.1A，电流表量程为0~0.6A。求： (1)电源电压； (2)图乙中，当压力为300N时，1min内电阻R0产生的热量； (3)图丙中，压力F的最大值。 【答案】(1)6V (2)48J (3)200N 【详解】（1）由乙图可知，两个电阻串联，当F=0N时，R=40，电流表示数为0.1A，则电源电压为 （2）图乙中，当压力为300N时，R1=10，电路中的电流为 1min内电阻R0产生的热量为 （3）图丙中，两个电阻并联，电流表量程为0~0.6A；因压力F越大则接入的电阻越小，当达到电流表最大量程时，电路中允许接入的电阻最小，此时电阻R0所在分支电流为 根据并联电路分流可知，电阻R所在分支电流为 可知此时 由图可知此时压力F的最大值为200N。 22．如图甲所示是一款电热暖脚器，可通过旋钮来实现高、低温挡位切换，其内部简化电路如图乙所示，图中R1、R2均为加热电阻（阻值不变）。该暖脚器高温挡的功率是440W，低温挡的功率是110W。求： (1)低温挡位时电路中电流是多少？ (2)该暖脚器在高温挡连续工作5min产生的热量是多少？ (3)加热电阻R1的阻值是多少？ 【答案】(1)0.5A (2) (3)330Ω 【详解】（1）根据P=UI可得，低温挡位时电路中电流是 （2）该暖脚器在高温挡连续工作5min产生的热量是 （3）根据串并联电路的电阻特点可知，当旋转开关位于1挡时，此时R1、R2串联，电路的总电阻最大，由可知，电路的总功率最小，处于低温挡；此时电路的总电阻为 当旋转开关位于2挡时，此时只有连入电路，为高温挡，的阻值为 的阻值为 提优练习 1．（2024·陕西榆林·二模）如图甲电路中，电源电压保持不变，R0、R1均为定值电阻，R2为滑动变阻器。闭合开关S，改变R2的阻值，两电压表示数与电流表示数变化的关系如图乙，当滑片P在b端时电流示数为0.3A，若滑片P置于变阻器的中点位置，R2消耗的电功率为0.8W。闭合开关，则下列说法正确的是（    ） A．图乙中的图线②表示的是电压表V1与电流表示数变化的关系 B．电源电压为10V C．R0的阻值为2Ω D．当滑片P在a端时，通电1min，电阻R0产生的热量为432J 【答案】C 【详解】A．闭合开关，R1、R2与R0串联，电流表测量电路电流，电压表V2测R2的两端电压，电压表V1测R1与R2的两端总电压，根据串联电路电压的规律，故V1的示数大于V2的示数，故①图像为V1的示数与电流表示数变化关系图像，②图像为V2的示数与电流表示数变化关系图像，故A错误； BC．当滑片P在b端时，变阻器连入电路的电阻最大，电路的电流最小，即为，可知V2的示数为，由欧姆定律，R2的最大阻值为 当变阻器连入电路的电阻最大时，根据串联电路的规律及欧姆定律，R1的阻值为 若滑片P置于变阻器的中点位置，变阻器连入电路的电阻为 时，根据P=I2R可得，电路的电流为 根据串联电路的规律及欧姆定律，因电源电压不变，有：滑片在b端时 即 滑片在中点时 即 由以上两式可解得：U=6V，R0=2Ω。故B错误，C正确； D．滑片在a端时，变阻器接入电阻为0，根据串联电路规律，电路的总电阻为 由欧姆定律可得，电路中的电流为 由Q=I2Rt可得，通电 t=1min=60s 电阻R0产生的热量为 故D错误。 故选C。 2．某型号电热水瓶具有加热、保温、电动出水及干烧断电功能，其简化电路如图所示。三个开关的功能分别是：壶底温控开关通常是闭合的，当壶底发热盘的温度达到120℃自动断开防止干烧；壶壁温控开关通常是断开的，按下时对水加热，水烧开后自动断开；电动出水开关通常是断开的，按下时电磁泵将水抽出。已知电热水瓶加热功率为1000W，电磁泵的规格是“12V；12W”，的阻值为968Ω。电热水瓶正常工作时下列结论正确的是（　　） ①是壶底温控开关，是壶壁温控开关 ②的阻值为48.4Ω ③电热水瓶保温功率是270W ④加热同时将水抽出，电流通过电热水瓶在30s内产生的热量是 A．① B．①② C．②③ D．③④ 【答案】A 【详解】①壶底温控开关通常是闭合的，当壶底发热盘的温度达到120℃自动断开防止干烧，是壶底温控开关，壶壁温控开关通常是断开的，按下时对水加热，水烧开后自动断开，是壶壁温控开关，闭合后，R1、R2并联加热，电动出水开关通常是断开的，按下时电磁泵将水抽出，说明S3控制电动机，是电动出水开关，故①正确； ②的阻值为968Ω，则的功率为 的功率为 的阻值为 故②错误； ③当壶壁温控开关S2断开时，只有R2工作，此时为保温，电热水瓶保温功率是50W，故③错误； ④电磁泵的规格为“12V 12W”，则电磁泵支路的电流为 电磁泵支路的总功率为 电磁泵将电能转化为内能与机械能，主要转化为机械能，产生的热量较少，则保温同时将水抽出，电流通过电热水瓶在30s内产生的热量是 故④错误。 综上所述，①正确；②③④错误，故A正确；BCD错误。 故选A。 3．某品牌电热扇工作原理如图所示。为双触点开关，1、2、3、4为开关触点，通过旋转开关可实现加热功能的“空挡”、“低温挡”和“高温挡”之间的切换；电动机工作时可使电热扇往复转动。和均为电热丝，阻值不受温度影响。电热扇部分参数如表所示。下列说法中正确的是（　　） 额定电压 220V 高温挡加热功率 1650W 低温挡加热功率 550W 电动机工作电压 100V 限流电阻阻值 电动机线圈电阻 ①仅高温挡加热，电动机不工作时，电路中的总电流为； ②电热丝的阻值为； ③低温转动时，电路中的总功率为4950W； ④电动机正常工作，线圈产生的热量为480J。 A．①② B．②③ C．①④ D．②④ 【答案】C 【详解】①由表格数据可知，电热扇高温挡加热的功率P高温=1650W，由P=UI可知，此时电路中的总电流 故①正确； ②由图可知，当开关S1闭合、S2断开，S3接触点3、4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，电热扇处于高温挡；当开关S1闭合、S2断开，S3接触点2、3时，只有R1工作，电路中的总电阻最大，总功率最小，电热扇处于低温挡；则高温挡工作时，R2的电功率 P2=P高温-P低温=1650W-550W=1100W 由可知，R2的阻值 故②错误； ③当开关S1、S2都闭合，S3接触点2、3时，电热扇处于低温转动状态，由图可知，此时R3与电动机串联后再与R1并联，根据串联电路的电压特点可知，R3两端的电压 U3=U-UM=220V-100V=120V 则电动机所在支路的电流 则电动机所在支路的电功率 低温转动时，电路中的总功率 P低总=P′+P低=88W+550W=638W 故③错误； ④电动机正常工作10min，线圈产生的热量 QM=I2RMt=(0.4A)2×5Ω×10×60s=480J 故④正确。 故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 4．如图甲所示是一款暖奶器，它可以实现高温定挡消毒、中温定挡加热和低温可调保温三种功能，其电路结构如图乙所示。暖奶器的电源电压保持40V不变，发热电阻和分别为10Ω、5Ω和40Ω，R1是规格为“30Ω2A”的滑动变阻器。S闭合，均接1时，暖奶器处于低温挡，移动滑片，可以手动调节低温挡的保温功率。下列说法正确的是（　　） ①S闭合，S1、S2均接2时，暖奶器为高温定挡消毒功能 ②暖奶器以中温挡工作时，发热电阻5min产生的热量为800J ③暖奶器以低温挡工作时，保温功率最大为80W ④暖奶器以低温挡工作时，保温功率最小为10W A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 【答案】A 【详解】S闭合，S₁、S₂均接1时，电路由R₂和R1串联，暖奶器处于低温挡，移动滑片，可以手动调节低温挡的保温功率。 滑动变阻器阻值全部接入电路时，电阻中阻值最大，由得，此时保温功率最小，为 R1是规格为“30Ω2A”的滑动变阻器，保温功率最大为 故③正确，④错误； ①S闭合，S1​、S2​均接2时，R3​、R4​并联，此时电路中的总电阻最小，根据可知，此时电路中的电功率最大，暖奶器处于高温挡，故①正确； ②暖奶器以中温挡工作时，R3、R4并联后与R2​串联，R3、R4并联后阻值为 解得：，此时电路中的总电阻 发热电阻5min产生的热量为 故②错误。故A正确，BCD错误。 故选A。 5．如图甲所示是同学们为生物实验制作的恒温补光装置的电路原理图，电源电压保持不变，小灯泡的额定功率为5W。调试电路时，在保证电路各元件安全的前提下，断开开关（温控开关），闭合开关S、（光控开关），将滑片P从滑动变阻器的最右端向左移动到a点时，小灯泡正常发光，此过程中电流表与电压表示数的关系图象如图乙所示。断开开关，闭合开关S、，电流表示数为0.3A。下列说法正确的是（    ） A．小灯泡的额定电压为6V B．电源电压为10V C．只闭合开关S、，滑片P移到a点时，在5s内产生的热量为3.6J D．只闭合开关S、，调试过程中滑动变阻器接入电路的最大阻值为 【答案】C 【详解】AB．断开开关，闭合开关S、，小灯泡和串联，断路，电压表测左半部分电阻两端电压，滑片在a点时，小灯泡正常发光，由图乙可知电路电流为0.5A，则小灯泡两端电压为 所以小灯泡额定电压为10V，由图乙知电压表示数为2V，根据串联电路电压规律可得电源电压为 故AB错误； CD．断开开关，闭合开关S、，小灯泡和串联，断路，滑片在最右端时，滑动变阻器全部接入电路，接入电路电阻最大，由图乙知此时电压表示数为8V，电流表示数为0.25A，则滑动变阻器最大阻值为 只闭合开关S、，两个电阻串联，滑片P移到a点时，电流表示数为0.3A，电路总电阻为 的电阻为 在5s内产生的热量为 故C正确，D错误。 故选C。 6．如图所示是某同学设计的一款吹风机简化电路图，它可以实现常温高速、暖风低速和热风高速三种吹风功能，电动机上标有“6V3W”字样，发热电阻R1、R2的阻值分别为8Ω、5Ω。该同学由此得出的结论中正确的是：（　　） ①开关S与0、1触点接触时，吹风机为常温高速吹风功能 ②吹风机处于暖风低速吹风功能时，电路的总电阻为20Ω ③开关S与2、3触点接触时，电路中的总电流为1.7A ④吹风机处于热风高速吹风功能时，发热电阻1min产生的热量为612J A．①②④ B．②③ C．③④ D．③ 【答案】D 【详解】①由图可知，开关S与0、l两触点接触时，电动机与电阻R串联，开关S与1、2触点接触时，只有电动机工作，开关S与2、3两触点接触时，电动机与电阻R2并联。因为串联电路的总电阻大于任何分电阻，并联电路的总电阻小于任何分电阻，所以开关S与0、l两触点接触时，总电阻最大，由知总功率最小，为暖风低速挡；开关S与1、2触点接触时，电阻被短路，不发热，为常温高挡；开关S与2、3两触点接触时，总电阻最小，总功率最大，为热风高速挡，故①错误； ②吹风机处于暖风低速吹风功能时，电动机与电阻R串联；电动机正常发光的电流为 电动机卡死时电阻为 电动机转动时RM＜12Ω，所以电路的总电阻小于 8Ω+12Ω＝20Ω 故②错误； ③开关S与2、3触点接触时，电路中的总电流为 故③正确； ④吹风机处于热风高速吹风功能时，发热电阻lmin产生的热量为 故④错误，故ABC错误，故D正确。 故选D。 7．图甲电路中电源电压9V不变，小灯泡L标有“6V，3W”字样，定值电阻，电流表量程为0~0.6A，滑动变阻器规格为“20Ω，1A”，则闭合S、接1时，在1min内产生的热量最多为 ，图乙是闭合S、接2时，小灯泡的电功率随其两端电压变化的图像，则滑动变阻器接入电路的电阻范围为 【答案】 216J 6~18Ω 【详解】[1]闭合S、S1接1时，R1、R2串联，因串联电路各处电流相等，电流表量程为0~0.6A，滑动变阻器R1规格为“20Ω 1A”，所以通过电路的最大电流为0.6A，则R2在1min内产生的热量最多为 [2]闭合S、S1接2时，灯泡和滑动变阻器串联，电流表测通过电路的电流，小灯泡L标有“6V 3W”字样，则灯泡正常发光时的电流为 根据串联电路电流规律可知，通过电路的最大电流为0.5A，此时灯泡正常发光，因串联电路总电压等于各部分电压之和，则此时滑动变阻器两端的电压 所以滑动变阻器接入电路的最小阻值为 由乙图可知，灯泡两端的电压最小为3V时，灯泡的实际功率最小为1W，说明此时变阻器接入电路的阻值最大，则此时电路中的电流为 此时滑动变阻器两端的电压为 则滑动变阻器接入电路的最大阻值为 所以滑动变阻器接入电路的电阻范围为6~18Ω。 8．如图甲所示的电路中，电源电压恒为 24V ，R1 为定值电阻， R2 为电阻箱，电压表量程为 0~15V，在保证电路安全的情况下，多次改变电阻箱接入电路的阻值，作出电压表示数随电阻箱 R2 接入电路阻值的变化关系如图乙所示，则 R1 的阻值为 Ω；当电压表示数为 12V 时，若持续通电 10s，定值电阻 R1 产生的热量为   J；当电压表示数为 8V 时，电阻箱消耗的电功率为 W。 【答案】 10 144 12.8 【详解】[1]由电路图可知，R1​与R2​串联，电压表测定值电阻R1​两端的电压。 由图乙可知，当R2=10Ω时，定值电阻R1两端的电压U1=12V，则变阻箱的电压 U2=U-U1=24V-12V=12V 此时电路中的电流 则R1的阻值为 [2]纯电阻电路中，当U1=12V时，通电 10s，定值电阻 R1 产生的热量为 Q=W=UIt=12V×1.2A×10s=144J [3]由图乙可知，当电压表示数为 8V 时，变阻箱的阻值R2=20Ω，R2两端的电压为 U2'=U-U1'=24V-8V=16V 电阻箱消耗的电功率为 2 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题15.3 电流的热效应 焦耳定律 知识汇编 一、电流的热效应 导体中有电流通过时会发热，将电能转化为内能，这种现象称为电流的热效应。 二、实验：探究影响电流热效应的因素 【实验目的】 探究电流的热效应与哪些因素有关 【实验猜想】 1．电阻丝产生的热量与通电时间有关； 2．电阻丝产生的热量与通过电阻丝的电流有关； 3．电阻丝产生的热量与电阻丝的阻值大小有关。 【实验器材】干电池两节，开关一个，电流表一个，滑动变阻器一个，阻值不同的电阻丝三个（R1＞R2＞R3），平底烧瓶2个，温度计两支，煤油。 【实验设计】 将一段电阻丝浸没在一定质量的煤油中，通电时电阻丝产生的热量被液体吸收，液体的温度就会升高。因此，可以通过液体温度的变化来比较电阻丝产生热量的多少。 1．探究电阻丝产生的热量与通电时间的关系 （1）如图所示组装电路，将电阻丝R1装入烧瓶，闭合开关，调节滑动变阻器，使得电流表示数为I1； （2）每过10秒记录一次温度计的示数； （3）将电阻丝R1更换为电阻丝R2装入烧瓶，重复实验。 2．探究电阻丝产生的热量与通过电阻丝的电流的关系 （1）仍采用上实验的电路，将电阻丝R2装入烧瓶，闭合开关，调节滑动变阻器，使得电流表示数为I1（I2＞I1）； （2）每过10秒记录一次温度计的示数。 3．探究电阻丝产生的热量与电阻丝的阻值大小的关系 （1）如图所示组装电路，将电阻丝R1和R3装入两个相同的烧瓶，使R1和R3串联，闭合开关，调节滑动变阻器，使得电流表示数为I1； （2）每过10秒记录一次温度计的示数。 （3）更换电阻丝R1为R2，使得电流表示数仍为I1，重复实验。 【数据记录】(数据仅供参考) 1．探究电阻丝产生的热量与通电时间的关系 序号 电阻 时间/s 温度/℃ 电流/A 0 10 20 30 40 50 60 1 R1 0.1 20 23 26 29 32 35 38 2 R2 0.1 20 22 24 26 28 30 32 2．探究电阻丝产生的热量与通过电阻丝的电流的关系 序号 电阻 时间/s 温度/℃ 电流/A 0 10 20 30 40 50 60 1 R1 0.1 20 23 26 29 32 35 38 2 R1 0.2 20 32 44 56 68 80 92 3．探究电阻丝产生的热量与电阻丝的阻值的关系 序号 电阻 时间/s 温度/℃ 电流/A 0 10 20 30 40 50 60 1 R1 0.1 20 23 26 29 32 35 38 R3 20 21 22 23 24 25 26 2 R2 0.1 20 22 24 26 28 30 32 R3 20 21 22 23 24 25 26 【实验结论】 1．电阻丝的阻值、通过电阻丝的电流一定时，通电时间越长，产生的热量越多。 2．电阻丝的阻值、通电时间一定时，通过电阻丝的电流越大，产生的热量越多。 3．通过电阻丝的电流、通电时间一定时，电阻丝的阻值越大，产生的热量越多。 【注意事项】 1．在连接电路时，开关要断开。 2．在闭合开关之前，滑动变阻器应调节到阻值最大处以保护电路。 3．滑动变阻器的在实验中的作用 ①保护电路；②改变通过电阻丝的电流。 4．实验多次的目的：使结论具有普遍性。 5．实验采用煤油的原因：煤油比热容小，在相同条件下吸热温度升高的快。 6．也可在烧瓶内不加液体，在瓶口蒙上一个气球，通过烧瓶内气体膨胀的程度来反映电流通过电阻产生热量的多少，如下图所示。 三、探究电流热效应影响因素的另一种实验方法 甲 乙 1．探究电阻对电流热效应的影响 如图甲所示，电阻丝密封在装有等量空气的容器内，容器U形管相连，U形管里装有液体，电阻丝发热后，空气膨胀，温度越高，空气膨胀程度越大，U形管中液面被挤压的越高，这样就可以体现电阻丝发热的多少。现取阻值不相等的电阻丝R1、R2串联进行实验，两个电阻丝因串联而控制通过的电流相同，这样就可体现出电阻对电流热效应的影响。 2．探究电流对电流热效应的影响 如图乙所示，若取阻值相等的电阻丝R1、R2，这样就控制了容器内的电阻相同，在R2两端再并联另一个电阻R3，这样R3分走一部分电流，使得通过R1的电流大于通过R2的电流，这样就可体现出电流对电流热效应的影响。 注意：控制电阻相同，不是控制U形管两侧所有的电阻丝阻值相同，而是控制左右两容器中电阻丝阻值相同。 四、焦耳定律 1．焦耳定律：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。 2．表达式：(适用于所有电路) 无论用电器串联或并联。计算在一定时间所产生的总热量都有。 五、电热的利用和有害电热的防止 1．电热的利用：主要利用电热来加热升温。这样的设备叫电热器。电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的合金制成。电热器具有清洁、无污染、热效率高，且便于控制和调节的优点。 2．电热的防止：只要用电器中的导体有电阻，电流通过时就会有热效应产生，而对于有些设备，这些电热会使用电器不能正常工作，并且使绝缘材料迅速老化，造成危害，需要减少电热的产生或者加快散热的速度。如电视机的散热窗、电脑里的风扇等，都是为防止由于电热使温度过高导致设备性能降低甚至损坏而采取的散热措施。 【易错点】 电功与电热的关系 1．纯电阻电路：只将电能转化为内能，欧姆定律适用，所以所有计算电功的公式均可用来计算电热，计算电功率的公式均可用来计算发热功率，即 2．非纯电阻电路：将电能转化为内能和其他形式的能，欧姆定律不适用，所以计算电功和计算电热的公式不通用，计算电功率和计算发热功率的公式不通用，即 ，， ，， 3．注意：对于包含纯电阻部分和非纯电阻部分的电路，整体仍是非纯电阻电路。纯电阻部分可按纯电阻电路计算，非纯电阻部分和整体只能按非纯电阻电路计算。 【规律总结】 1．电动机主要将电能转化为机械能，还有一部分电能转化为内能。所以对于电动机有 ， 2．发电厂通过导线传输电能时，会有一部分电能以电热的形式通过导线热传递到空气中，使得用户得到的电能变少。所以有 ， 电流热效应的概念理解 01 【典例】现代人的生活已经离不开电，电为无数家庭提供了巨大的便利。在电学的研究过程中，英国科学家 最先发现了电流的热效应，他发现电流通过导体所产生的热量与电流的平方成 （选填“正比”或“反比”）。 【变式1】世界上最先发现电流热效应的科学家是（　　） A．安培 B．欧姆 C．焦耳 D．瓦特 【变式2】由于电流的 ，导线长时间通电会发热，如果利用 （选填“导体”、“半导体”或“超导体”、“绝缘体”）制造导线，就可以大大降低由于电阻引起的电能损耗。 利用电流热效应工作的用电器 02 【典例】如果导体没有了电阻，下列说法正确的是（       ） A．电烤箱仍然能很好的工作 B．白炽灯会更亮 C．电风扇仍然能很好能工作 D．电暖扇仍然能很好能工作 【变式1】下列家用电器中，利用电流的热效应工作的是（    ） A．电视机 B．电风扇 C．电脑 D．电烤箱 【变式2】如图所示的四种用电器中，主要利用电流热效应工作的是（　　） A．电动牙刷 B．电动剃须刀 C．电蒸蛋器 D．迷你电风扇 【变式3】如图所示，是某型号的浴室防雾镜，防雾镜的背面粘贴有等大的电热膜，通电后镜面受热，使凝结在镜面的小水珠迅速 （填物态变化名称），起到防雾作用，该过程利用了电流的 效应。 设计探究电流热效应的实验原理和电路图 03 【典例】某学习小组在老师的指导下，探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关。他们用的实验器材如图所示，两个透明容器中密封着等量空气，U形管中液面最初相平，两个密闭容器中都有一段电阻丝。 （1）实验中通过观察U形管中液面 ，可以比较电流通过导体产生热量的多少。 （2）图甲中将两段阻值不同的电阻丝串联连接，这是为了控制通电时间和 相等，探究的是电流产生的热量与 大小关系。 （3）将图甲中开关闭合，通电一段时间后， （选填“左”或“右”）侧U形管中液面高度变化大。 （4）让两个密闭容器中电阻丝的电阻一样大，在其中一个容器的外部将一个相同阻值的电阻丝和这个容器内的电阻丝并联（如图乙），此时通过两容器中电阻丝的电流 （选填“相等”或“不相等”），在通电时间相同的情况下，左侧U形管中液面高度变化大，由此得到的结论是 。 【变式1】小红在探究“电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关”的实验中，利用如图所示的甲、乙两套装置进行实验。 （1）电流产生的热量无法直接测量和观察，利用如图甲、乙所示的装置，我们可以通过观察U形管两侧液面的高度差来比较电流通过导体产生热量的多少，这应用了 （填实验方法）； （2）为了探究电流产生的热量与电流大小的关系，应该选用装置 （选填“甲”或“乙”），目的是要控制 和 相同； （3）观察图乙的实验现象可以得出结论：电流通过导体产生的热量跟电流大小有关，在电阻和通电时间相同时，电流越大，电流越大，电流产生的热量越多，所以图乙 （选填“左边”或“右边”）容器中导体产生的热量多。 【变式2】小组同学用如图所示的电路探究“电流通过电阻丝产生的热量（简称电热）与通电时间、电流、电阻的关系”。 （1）如图甲所示，开关闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于 （A/B）端。（a）闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片P，当电流表示数为0.5A，通电5分钟温度计的示数升高了5℃；（b）保持滑动变阻器滑片P的位置不变，通电10分钟温度计的示数升高了9℃。（a）、（b）对比可得结论： ； （2）用图乙所示的电路来探究电热与电阻的关系。闭合开关，一段时间后，观察到电阻丝 所在锥形瓶中的温度计示数升高的比较多； （3）请分析“电炉工作时，电炉丝发热明显、而与电炉丝相连的导线发热不明显”：电炉丝的电流 导线的电流，电炉丝的电阻 导线的电阻；（这两空填“大于”、“等于”或“小于”） （4）实验只能得到定性结论，主要原因是 。 探究电流产生热量与电阻的关系 04 【典例】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。甲图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。乙图通电一段时间，电流通过R1产生的热量与通过R2产生的热量之比为 。 【变式1】某兴趣小组用如图甲所示的装置探究“电流通过导体产生热量与哪些因素有关”。实验中Ra＝5Ω，Rb＝10Ω，分别密封在装有等量空气的相同瓶内，细玻璃管内有等高的相同液柱，该实验探究的是电流产生的热量与的 关系。Ra与Rb产生的热量之比为 。如图乙所示玻璃管内液柱的高低是由 （选填“瓶内的空气”或“玻璃管内的液体”）热胀冷缩导致的。 【变式2】如图是探究“电流通过导体时产生热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气。 (1)实验中，通过观察 ，可比较电阻丝产生的热量的多少； (2)甲装置可探究电流产生的热量与 的关系； (3)乙装置中的电阻R3的作用主要是 。 探究电流产生热量与电流的关系 05 【典例】如图是探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面的高度的变化反应密闭空气温度的变化，下列说法正确的是（ ） A．该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反应电阻丝放出热量的多少的 B．将左边容器中的电阻丝由换成，就可以探究电流产生的热量与电阻的关系 C．该装置是为了探究电流产生的热量与电流的关系 D．通电一段时间后，左侧U形管中液面的高度差比右侧的小 【变式1】如图所示为“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”实验的部分装置，两个相同的透明容器中封闭着等量的空气。 (1)实验中通过观察U形管中液面 来反映电阻产生热量的多少。 (2)如图甲所示，连接好电路后闭合开关，通电一段时间，表明在电流和通电时间相同时， 越大，电流产生的热量越多。 (3)如图乙中R3与R2并联，目的是使通过R1与R2的 不同，若同时工作相同时间，R1产生的热量是R2的 倍。 (4)某小组在利用图乙装置实验时，发现左右两侧U形管液面高度差相同，与其他小组的实验现象都不同，则该小组可能存在的电路故障是 。 【变式2】天天同学在探究“电流通过导体产生热的多少与什么因素有关”时采用了如图所示的实验装置。请仔细观察甲、乙两图。 (1)甲、乙两个透明容器中密封着等量的空气，导线A、B分别接到电源两端，一段时间后， （选填“甲”或“乙”）容器连接的U形管液面高度差较大，实验表明电流通过导体产生的热量跟 （选填“电流”或“电阻”）有关；图中的电阻丝R3阻值 （选填“必须”或“不必”）等于R2的阻值。 (2)该实验采取的探究方法是 和 。 串并联电路中焦耳定律公式的简单应用 06 【典例】如图所示，电源电压为4.5V且保持不变，定值电阻R1的阻值为5Ω，闭合开关后电压表的示数为3V。求： (1)通过R1的电流； (2)通电1min电流通过R2产生的热量。 【变式1】如图所示，电源电压2V，闭合开关S，均正常发光，电流表的示数为0.8A，的示数为0.3A，忽略温度对灯泡灯丝的影响，求： (1)通过的电流： (2)通电产生的焦耳热。 【变式2】如图所示的电路中，电源两端电压保持不变，电阻丝的阻值为20Ω。当开关S闭合后，电压表的示数为2V，电流表的示数为0.2A。求： (1)电阻的阻值； (2)电源电压U： (3)整个电路在1min内产生的热量。 和电动机有关的焦耳定律的计算 07 【典例】一台线圈电阻为电动机，接在10V的电源上时，通过线圈的电流为2A，在1min内电流产生的热量是 J，转化成的机械能是 J，该电动机的机械效率为 。 【变式1】某品牌电动玩具警车的内部等效电路如图所示，字样为“2V，1W”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，2min内电动机线圈产生的热量是 J。    【变式2】如图所示电路，电阻R的阻值为10Ω，电动机线圈电阻为2Ω，S断开时，电流表的示数为0.5A，闭合开关S后，电流表的示数增加了1A； 求：（1）电源电压； （2）S闭合后，整个电路工作1min产生的热量。 【变式3】小闽设计的车载可加热果蔬搅拌机工作电路图如图。电热丝R的阻值为，电动机标有“12V 24W”字样。闭合开关S、，电动机正常工作。求： （1）电源电压。 （2）闭合开关S、，电动机1min内消耗的电能。 （3）闭合开关S、，通电100s，电热丝R产生的热量。 利用焦耳定律的公式进行电热的比值计算 08 【典例】有两条电阻丝，它们的电阻之比是2∶1，把它们串联接入电压为U的电路中，则在相等的时间里，它们放出的热量之比是（　　） A．1∶2 B．2∶1 C．1∶4 D．4∶1 【变式1】如图所示，在串联电路中有两个装有等质量煤油的密闭烧瓶A、B，两个烧瓶中分别放有加热电阻丝RA和RB，闭合开关后经过一段时间烧瓶A、B中的温度计示数分别为40℃和60℃。已知温度计初始温度均为20℃。则电阻RA和RB的比值为（　　） A．1∶2 B．2∶3 C．2∶1 D．3∶2 【变式2】有两个电阻，已知R1是R2的2倍，把它们串联在电路中，P1∶P2= ；把它们并联在电路中，Q1∶Q2= 。 【变式3】（23-24九年级上·河北邢台·阶段练习）如图所示电路图，电源电压恒定不变，R2=2R1，闭合开关S1，通过R1、R2两电阻的电流之比是 ，相同时间内R1、R2两电阻产生的热量之比是 ；将电流表和电压表的位置互换，再将开关S1、S2均闭合后，R1、R2两电阻的电流之比是 ，相同时间内R1、R2两电阻产生的热量之比是 。 比较串并联电路中用电器发热的多少 09 【典例】吴立同学从灯具店购买了一只节能灯和一只白炽灯，两只电灯均标有“220V  20W”字样，现将它们接在家庭电路中正常工作时，发现节能灯要比白炽灯更亮一些，关于节能灯更亮，下列分析正确的是（    ） A．节能灯的实际电压比白炽灯的大 B．节能灯的实际电流比白炽灯的大 C．节能灯的实际功率比白炽灯的大 D．工作相同时间，节能灯产生的热量少 【变式1】如图所示，小桂将一条粗细不均的铝箔纸的两端分别压在电池的两极，发现铝箔纸发热并燃烧，理由是电流具有 。实验中铝箔纸较粗部分的电流 （选填“>”、“=”或“<”）较细部分的电流，较 （选填“粗”或“细”）的部位先燃烧起来。    【变式2】用a、b、c三个相同的气球分别将三个相同的空烧瓶口密封；烧瓶中，用几个相同阻值的电阻以不同的连接方式接入电路中（如图所示）。通电一段时间后，体积变化最大的气球是（　　） A．a气球 B．b气球 C．c气球 D．一样大 【变式3】把标有“220V  40W”的灯L1和“220V  100W”的灯L2接在电源电压为220V的电路中，下列说法错误的是（　　） A．若灯L1、L2均能正常发光，两灯为并联 B．若两灯串联，则灯L1、L2均不能正常发光，但L1灯较亮 C．若两灯串联，则灯L1、L2均不能正常发光，但L2灯较亮 D．两灯接在家庭电路中均通电半小时，电流产生的热量大小为 根据U-I图像计算串并联电路的发热多少 10 【典例】如图是“扬帆”学习小组对小灯泡L和定值电阻R的阻值进行测量后，根据实验数据作出的图像。若将L和R串联接在8V的电源两端，L与R的电阻之比为 ；若将L和R并联在2V的电源两端，在1min内，L与R产生的热量之比为 。 【变式1】如图所示，OA、OB两直线是A、B两电阻的电流与电压的关系图像。由图像可知，若通过A的电流为1.0A时，A两端的电压是 V；若将两个电阻并联在电压为3V的电源两端，则10s内电流通过B产生的热量为 J。 【变式2】如图甲所示，小灯泡的额定电压是2.5V，开关闭合后，小灯泡正常发光，图乙是通过定值电阻R和小灯泡L的电流与电压的关系图像，当小灯泡正常发光时，电源电压为 V；通电10s定值电阻R产生的热量为 J。 【变式3】定值电阻R0和标有“2.5V 0.2A”的小灯泡L的I-U图像如图甲。小宇将R0和L按照图乙的电路连接，闭合开关，此时电流表的示数为0.15A，求 （1）小灯泡L的额定功率； （2）如图乙，电流表的示数为0.15A时，小灯泡L的实际电功率； （3）若保持图乙条件不变，R0持续工作1min产生的热量。    档位问题电热的计算 11 【典例】如图甲为电热毛巾架，额定电压为220V。该毛巾架通过智能系统能够实现高温、低温档自动切换。图乙所示为内部电路原理图，，都为发热电阻丝；图丙为该毛巾架在正常工作20min内电流随时间变化的图象。求： （1）高温档的功率； （2）发热电阻丝的电阻； （3）毛巾架高温档正常工作10min产生的热量。 【变式1】如图所示是某品牌家用电热水壶的简化电路，电源电压为220V，R1、R2是发热电阻，R1的阻值为22Ω，开关S为单刀双掷开关，S接a时为保温挡，保温挡功率为440W；开关S接b时为加热挡。求： （1）保温挡工作时电路中的电流； （2）电阻R2的阻值； （3）电热水壶在加热挡工作5min产生的热量。 【变式2】某型号的电饭锅有两挡，“1”挡是保温，“2”挡是高温烧煮，其电路如图所示。 （1）若开关S先后置于“1”挡和“2”挡时，串联在电路中的电流表示数分别为和，求电阻和R的阻值； （2）若电源电压为200V，开关S置于“1”挡时，电饭锅工作15min产生的热量为多少？ 【变式3】如图甲是用某款3D打印笔进行立体绘画时的场景。打印笔通电后，笔内电阻丝发热使笔内绘画材料熔化。加热电路简化后如图乙所示，电源电压恒为6V，R1和R2为发热电阻丝。已知R1=4Ω，高温挡功率为12W，忽略电阻丝阻值随温度变化。求： （1）通过R1的电流； （2）低温挡1min产生的热量； （3）高温挡干路电流。 根据用电器的铭牌计算电热 12 【典例】李红去商店购买电热水壶，售货员给他了一份推销××牌电热水壶的宣传广告，其内容如请你根据上面提供的信息，计算； 额定电压 220V 额定功率 1000W 容积 2L 超温保护器 熔断温度110℃ （1）电热水壶正常工作时发热体的电阻为多大？ （2）电热水壶正常工作3分钟产生多少焦耳的热量？ 【变式1】下表是某一电水壶的铭牌，小明用此水壶烧开水，电水壶正常工作，5min把水烧开。求： 额定电压 额定功率 加热方式 底盘加热 容量 材质 不锈钢 （1）把水烧开的过程中电水壶产生的热量； （2）如果改用燃烧酒精提供这些热量，不计能量的损耗，则需要燃烧多少酒精？（酒精的热值为） 【变式2】电吹风是现代家庭的常用电器。如图甲所示是电吹风的电路原理图，R是电热丝，M是带动风扇转动的电动机，湛江三角牌某型号电吹风的主要技术参数如图表所示： （1）当同时闭合S1、S2时，电吹风正常工作，5min内电流通过R产生的热量是多少？ （2）小明家的电能表如图乙所示，当小明家只有电吹风正常工作并且吹热风时，半小时电能表的转盘旋转多少圈？ （3）小明家的电压很不稳定，当电吹风接入实际电压为198V的电路，吹热风时电热丝R的实际功率为多少？ 三角牌电吹风 ZJQF003 额定电压 220V 频率 50Hz 吹热风时功率 800W 吹冷风时功率 80W 电热的应用 13 【典例】超载称重的模拟电路如图所示，电路由电源、称重计（由量程为0～0.6A的电流表改装而成）、定值电阻、滑动变阻器、弹簧和开关组成。已知电源电压为6V，滑动变阻器的滑片可沿竖直方向上下移动，最大载重时，滑动变阻器的滑片停在最下端，电流表示数为0.6A；当没有载物时，滑动变阻器的滑片停在最上端，此时该电路消耗的电功率是1.2W。求： (1)的阻值； (2)当没有载物时，该电路的电流表示数； (3)当没有载物时，通电100s，产生的热量。 【变式1】图甲是低温碳纤维电热膜，它是在绝缘材料表面注入一根根导电墨线，导电墨线两端与金属导线相连。现裁取一段包含2根导电墨线（用R1、R2表示）的电热膜，接入电路进行研究，如图乙所示，每根良好导电墨线的电阻均为60Ω，电源电压恒为12V。若闭合开关，问： (1)通过导电墨线R1的电流多大？ (2)导电墨线R2的部分导电材料脱落（如图丙），若电流表示数为0.3A，此时R2的阻值多大？ (3)10s内R1产生的热量多少？ 【变式2】2024年2月17日，国产大飞机C919抵达新加坡参加展会，这是国产大飞机第一次在国外亮相。飞机上要及时检测机内的气压、温度和湿度等重要指标。小明利用湿敏电阻R和电压表等器材改装了一个可以测量湿度的监测仪，图甲为简化电路图。已知电源电压为12V，定值电阻R0的阻值为20Ω，湿敏电阻R的阻值随湿度%RH变化的关系图像如图乙所示，求： （1）空气湿度为30%RH时电路工作10min产生的热量。 （2）电压表示数为9V时空气的湿度。 【变式3】甲醛对人体的危害非常严重，因此装修房屋时检测甲醛污染指数非常重要。小明同学设计了移动甲醛检测设备，原理如图甲所示。电源由三节新干电池串联组成（电源电压为4.5V），是标有“”字样的滑动变阻器，R为可以感知甲醛污染指数的可变电阻。求： （1）当的阻值是5Ω时，通过的电流是0.3A，电阻在100s内产生的热量； （2）当的阻值是5Ω，污染指数为50时，电路中的电流； （3）显示器由0~3V的电压表改装而成，移动滑片位置，使的两端电压为3V时最大显示污染指数是250，此时电路消耗的总功率。 课堂练习 一、单选题 1．现在有一种神奇的纸通上电就发热，原来这种纸两端有电极，只要接通12伏直流电源，纸的表面温度马上就可达80 摄氏度左右。这种纸是不会燃烧的，因它是用玻璃纤维和碳纤维制成的，用它可以包装面包等小食品。这种“发热纸”在工作时发生的能量转化是 （   ） A．电能转化为化学能 B．化学能转化为电能 C．内能转化为电能 D．电能转化为内能 2．小市同学在科学课上表演了一个小魔术，用如图所示形状的金属片点燃火柴，他将此金属片接在学生电源上（如图所示），则将火柴放在图中哪个位置上最容易被点燃（　　） A．a点 B．b点 C．c点 D．都一样 3．如图所示，是研究电流热效应的部分实验电路，甲电阻丝的阻值小于乙电阻丝的阻值。比较通电后两根电阻丝各自两端的电压U甲、U乙以及它们在相同时间内分别产生的热量Q甲、Q乙的大小，下面关系中正确的是（　　）    A．U甲＝U乙，Q甲＝Q乙 B．U甲<U乙，Q甲>Q乙 C．U甲<U乙，Q甲<Q乙 D．U甲>U乙，Q甲<Q乙 4．已知一台直流电动机两端的电压为9V，通过电动机的电流为2A，线圈的电阻为，则在1内电动机消耗的电能及产生的热量分别为（　　） A．120J；120J B．1080J；120J C．1080J；1080J D．900J；120J 5．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 6．如图所示，是“220V  15W”的LED灯和“220V  15W”的白炽灯正常工作时将电能转化为内能和光能的占比图。当两灯均正常工作时，下列说法正确的是（　　） A．灯两端的实际电压：LED灯低于白炽灯 B．相同时间产生的内能：LED灯多于白炽灯 C．相同时间消耗的电能：LED灯少于白炽灯 D．电能转化为光能的效率：LED灯高于白炽灯 7．如图所示，材料、横截面积等均相同，长度不同的两根电阻丝串联在电路中，在它们表面涂上厚度一样的蜡，闭合开关一段时间后，会观察到（　　） A．R1上的蜡熔化得快 B．R2上的蜡熔化得快 C．R1、R2上的蜡熔化得一样快 D．无法比较 8．如图是“探究电流通过导体时产生的热量与电流的关系”的实验装置。R1、R2、R3是三个定值电阻，两个容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。下列说法正确的是（　　） A．因为液体的热胀冷缩，导致U形管液面高度的变化 B．R1与R2的阻值必须相等 C．R2与R3的阻值必须相等 D．拆下R3，即可探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系” 9．如图甲，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，电源电压不变。闭合开关S后，滑片P从a端移到b端（　　） A．电源电压为2V B．定值电阻R1为10Ω C．R2消耗的最大功率为0.45W D．P在b端时，10s内R2产生热量12J 二、填空题 10．通过九年级沪粤版第11章~第12章的学习，请你写出功与能量的单位是用英国科学家 的名字命名的，与功率的单位“N·m/s”相对应的物理公式是 。 11．夏天，人们常用电热驱蚊器驱蚊，它是利用电流的 效应来工作的。发热元件是一个阻值为的电阻，工作电流为20mA，则发热元件通电100s产生的热量为 J。 12．如图所示电路，电源电压恒定，R1、R2为电热丝，R1＝10Ω，R2＝10Ω，当开关S断开时，电流表示数为0.2A，电源电压为 V；当开关S闭合时，电路在100s内产生的总热量是 J。 13．亚运会开幕式采用了先进的LED屏幕和灯光设备．普通白炽灯是利用电流的 （选填“热效应”或“磁效应”）使灯丝达到白炽状态而发光的，发光效率仅为8%；产生相同亮度的情况下，LED灯的 较小，工作相同时间消耗的电能较少． 14．如图甲所示是便携式封口机，工作时利用电流的 效应，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3 V，发热电阻R的阻值为1 Ω，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。 15．某款电热毛巾架的内部电路原理图如图甲所示，电源电压为220V，和均为发热电阻，可通过开关S实现高温、低温挡的切换。图乙为该毛巾架在正常工作20min内电流随时间变化的图像，则电热毛巾架高温挡的功率为 W，电阻的阻值为 Ω。电热毛巾架在低温挡正常工作10min产生的热量是 J。 16．在如图甲所示电路中，a、b为滑动变阻器的两个端头，电源电压保持不变，闭合开关S，将滑动变阻器的滑片从b点向左移动到某点的过程中，两个电压表的示数随电流表的示数变化的图像如图乙所示，则电源电压为 V。当滑片在a点时，通电1min，R0消耗的电能为 J。 17．如图是一个电加热器的工作原理图，其中R1和R2是阻值不变的发热电阻。表中是它的部分参数。当开关S和S1都闭合时，电加热器处于 （选填“加热”或“保温”）状态；加热器在保温状态下正常工作300s，电阻R2产生的热量是 J 额定电压 220V 额定加热功率 1210W 额定保温功率 110W 三、实验题 18．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，将四段电阻丝a、b、c、d分别密封在完全相同的盒内，盒内封闭一定量的空气，其中图乙中另取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产生热量的多少是通过观察U形管液面 来比较的； (2)装置中的U形管 （选填“是”或“不是”）连通器； (3)图甲中电流通过电阻R1与R2产生的热量之比为 。图乙可探究电流产生的热量与 的关系； (4)物理研究方法有很多，本实验运用了两种方法：一是 ，二是转换法。 19．为了验证“通过电热丝电流大小和通电时间相同的情况下，电热丝的电阻值越大，其产生的热量越多”的猜想，电流表和停表各一块，导线若干，以及完全相同的温度计和阻值不同的电热丝，其中三个电热丝的电阻值大小关系为R1＜R2＜R3，它们的电阻值均不随温度发生变化，他设计的实验电路图如图2所示； (1)实验中用 反映电流通过电热丝产生热量的多少； (2)以下是小炜的主要实验步骤，请你帮他补充完整： ①按电路图将装置甲、滑动变阻器、电流表等串联接入电路中，把滑动变阻器的滑片P调到接入电路阻值最大的位置； ②闭合开关S，调节滑动变阻器滑片P到适当位置，用电流表测量通过电热丝的电流I0，将电热丝阻值R、t0的数据记录在表格中，通电1min，停止计时的同时观察并记录温度计的示数t，断开开关S； ③分别用装置乙和装置丙替换电路中的装置甲，仿照步骤（2）再做2次实验，每次闭合开关S后，使 ，开始计时的同时观察并记录装置中温度计的示数t0，将电热丝阻值R、t0的数据记录在表格中，通电1min，停止计时的同时观察并记录温度计的示数t，断开开关S； ④利用公式Δt= （用测量的物理量的符号表示）计算出每次实验中煤油升高的温度，并记录在表格中； (3)请帮助该同学设计一个记录实验数据的表格。 四、计算题 20．近年冬天，越来越多的人们在使用电热桌垫，好奇的小东同学很想知道它的发热原理，查看说明 书后发现：该电热桌垫由12V电源供电，发热部分由两根电热丝R1、R2组成，设计低温、高温两挡，内部简化电路图如图所示，旋钮开关S可置于“1和2”、“2和3”或“3和4”接线柱，已知低温挡加热的功率P1为24W，R2的阻值为4Ω。求： (1)低温挡加热的电流； (2)R1的阻值； (3)高温挡加热10min电路产生的热量。 21． R是阻值可随压力F变化的电阻，F与R的关系如图甲所示。现有如图乙、丙的两个电路，R0=20，当F=0N时，乙电路中电流表示数为0.1A，电流表量程为0~0.6A。求： (1)电源电压； (2)图乙中，当压力为300N时，1min内电阻R0产生的热量； (3)图丙中，压力F的最大值。 22．如图甲所示是一款电热暖脚器，可通过旋钮来实现高、低温挡位切换，其内部简化电路如图乙所示，图中R1、R2均为加热电阻（阻值不变）。该暖脚器高温挡的功率是440W，低温挡的功率是110W。求： (1)低温挡位时电路中电流是多少？ (2)该暖脚器在高温挡连续工作5min产生的热量是多少？ (3)加热电阻R1的阻值是多少？ 提优练习 1．如图甲电路中，电源电压保持不变，R0、R1均为定值电阻，R2为滑动变阻器。闭合开关S，改变R2的阻值，两电压表示数与电流表示数变化的关系如图乙，当滑片P在b端时电流示数为0.3A，若滑片P置于变阻器的中点位置，R2消耗的电功率为0.8W。闭合开关，则下列说法正确的是（    ） A．图乙中的图线②表示的是电压表V1与电流表示数变化的关系 B．电源电压为10V C．R0的阻值为2Ω D．当滑片P在a端时，通电1min，电阻R0产生的热量为432J 2．（2024·黑龙江大庆·二模）某型号电热水瓶具有加热、保温、电动出水及干烧断电功能，其简化电路如图所示。三个开关的功能分别是：壶底温控开关通常是闭合的，当壶底发热盘的温度达到120℃自动断开防止干烧；壶壁温控开关通常是断开的，按下时对水加热，水烧开后自动断开；电动出水开关通常是断开的，按下时电磁泵将水抽出。已知电热水瓶加热功率为1000W，电磁泵的规格是“12V；12W”，的阻值为968Ω。电热水瓶正常工作时下列结论正确的是（　　） ①是壶底温控开关，是壶壁温控开关 ②的阻值为48.4Ω ③电热水瓶保温功率是270W ④加热同时将水抽出，电流通过电热水瓶在30s内产生的热量是 A．① B．①② C．②③ D．③④ 3．某品牌电热扇工作原理如图所示。为双触点开关，1、2、3、4为开关触点，通过旋转开关可实现加热功能的“空挡”、“低温挡”和“高温挡”之间的切换；电动机工作时可使电热扇往复转动。和均为电热丝，阻值不受温度影响。电热扇部分参数如表所示。下列说法中正确的是（　　） 额定电压 220V 高温挡加热功率 1650W 低温挡加热功率 550W 电动机工作电压 100V 限流电阻阻值 电动机线圈电阻 ①仅高温挡加热，电动机不工作时，电路中的总电流为； ②电热丝的阻值为； ③低温转动时，电路中的总功率为4950W； ④电动机正常工作，线圈产生的热量为480J。 A．①② B．②③ C．①④ D．②④ 4．如图甲所示是一款暖奶器，它可以实现高温定挡消毒、中温定挡加热和低温可调保温三种功能，其电路结构如图乙所示。暖奶器的电源电压保持40V不变，发热电阻和分别为10Ω、5Ω和40Ω，R1是规格为“30Ω2A”的滑动变阻器。S闭合，均接1时，暖奶器处于低温挡，移动滑片，可以手动调节低温挡的保温功率。下列说法正确的是（　　） ①S闭合，S1、S2均接2时，暖奶器为高温定挡消毒功能 ②暖奶器以中温挡工作时，发热电阻5min产生的热量为800J ③暖奶器以低温挡工作时，保温功率最大为80W ④暖奶器以低温挡工作时，保温功率最小为10W A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ 5．如图甲所示是同学们为生物实验制作的恒温补光装置的电路原理图，电源电压保持不变，小灯泡的额定功率为5W。调试电路时，在保证电路各元件安全的前提下，断开开关（温控开关），闭合开关S、（光控开关），将滑片P从滑动变阻器的最右端向左移动到a点时，小灯泡正常发光，此过程中电流表与电压表示数的关系图象如图乙所示。断开开关，闭合开关S、，电流表示数为0.3A。下列说法正确的是（    ） A．小灯泡的额定电压为6V B．电源电压为10V C．只闭合开关S、，滑片P移到a点时，在5s内产生的热量为3.6J D．只闭合开关S、，调试过程中滑动变阻器接入电路的最大阻值为 6．如图所示是某同学设计的一款吹风机简化电路图，它可以实现常温高速、暖风低速和热风高速三种吹风功能，电动机上标有“6V3W”字样，发热电阻R1、R2的阻值分别为8Ω、5Ω。该同学由此得出的结论中正确的是：（　　） ①开关S与0、1触点接触时，吹风机为常温高速吹风功能 ②吹风机处于暖风低速吹风功能时，电路的总电阻为20Ω ③开关S与2、3触点接触时，电路中的总电流为1.7A ④吹风机处于热风高速吹风功能时，发热电阻1min产生的热量为612J A．①②④ B．②③ C．③④ D．③ 7．图甲电路中电源电压9V不变，小灯泡L标有“6V，3W”字样，定值电阻，电流表量程为0~0.6A，滑动变阻器规格为“20Ω，1A”，则闭合S、接1时，在1min内产生的热量最多为 ，图乙是闭合S、接2时，小灯泡的电功率随其两端电压变化的图像，则滑动变阻器接入电路的电阻范围为 8．如图甲所示的电路中，电源电压恒为 24V ，R1 为定值电阻， R2 为电阻箱，电压表量程为 0~15V，在保证电路安全的情况下，多次改变电阻箱接入电路的阻值，作出电压表示数随电阻箱 R2 接入电路阻值的变化关系如图乙所示，则 R1 的阻值为 Ω；当电压表示数为 12V 时，若持续通电 10s，定值电阻 R1 产生的热量为   J；当电压表示数为 8V 时，电阻箱消耗的电功率为 W。 2 2 学科网（北京）股份有限公司 $