15.3 电流的热效应 焦耳定律（知识解读）2025-2026学年九年级物理下册同步知识解读与专题训练（苏科版）

本讲义聚焦电流的热效应及焦耳定律核心知识点，以“探究影响因素（实验控制变量与转换法）—焦耳定律（公式Q=I²Rt及推导）—电热多挡问题（纯电阻电路与挡位控制）—电热利用与防止”为脉络，构建完整学习支架。 资料突出科学探究（如U形管液面差转换热量）和科学思维（典例3电茶炉多挡计算），结合生活实例培养物理观念。课中辅助实验教学，课后通过变式题与巩固训练助力学生查漏补缺，落实科学态度与责任。

15.3 电流的热效应 焦耳定律（知识解读）（解析版） •知识点1 探究影响电流热效应的因素 •知识点2 焦耳定律 •知识点3 电热的多挡问题与电热的综合计算 •知识点4 电热的利用与防止 •作业 巩固训练 探究影响电流热效应的因素 知识点1 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 （1）实验器材：密闭容器两个，U形管两个、导线若干、不同阻值电阻丝若干、电源。 （2）实验方法：控制变量法和转换法 （2）实验装置 （3）实验步骤 ①探究电流通过导体产生热量的多少与电阻的关系 实验设计：保持电流和通电时间不变，改变电阻。如图甲，把两个不同的电阻串联在电路中。 ②探究电流通过导体产生热量的多少与电流的关系 实验设计：保持电阻和通电时间不变，改变电流。如图乙，将两个相同的电阻先联，再与另一个电阻串联。 ③探究电流通过导体产生热量的多少与通电时间的关系 实验设计：保持电阻和电流不变，改变通电时间。 （4）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。 （5）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。 注意： 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。 【典例1】如图为探究“焦耳定律”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气，将未知电阻的两根电阻丝 R1、R2串联在电路中。组装实验装置后，初始液面高度相同的U形管 （选填“是”或“不是”）连通器。只闭合开关S0，若，通电一段时间后，发现 （选填“甲”或“乙”）U形管两侧液面高度差更大。若将R1换成与R2阻值相同的定值电阻，同时闭合S0和S1，是为了探究电流通过导体产生的热量与 的关系。 【答案】 不是 甲 电流 【详解】[1]上端开口，底部相通的仪器为连通器；U形管一端与容器连接，故U形管不是连通器。 [2]闭合开关S0，两个电阻串联，串联电路中电流相等，通电时间也相同，电阻不同，可探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，若， 根据可知， 甲U形管两侧液面高度差更大。 [3]若将R1换成与R2阻值相同的定值电阻，同时闭合S0和S1 ，右侧两电阻并联后再与左侧电阻串联，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，可以研究电流产生的热量与电流的关系。 【变式1-1】实验小组想探究“电流通过导体产生的热量与什么因素有关”，设置的实验装置如图甲、乙所示，然后将装置两侧的线头与电源连接起来。甲、乙两装置中的两个透明容器中密封着等量空气。 (1)图甲中将两段阻值不同的电阻丝串联在电路中，闭合开关较长时间后，实验现象如图所示，据此可以得出结论：在电流和通电时间相同时，导体 ，产生的热量越多； (2)图乙中加热一段时间后，左右两侧U形管液面高度差如图所示，由此可以得出结论： 。 【答案】(1)电阻越大 (2)导体电阻与通电时间相同时，通过导体的电流越大，产生的热量越多 【详解】（1）如图甲，将两段阻值不同的电热丝串联在同一个电路中，流过电阻的电流大小和通电时间都相同，电阻的阻值不同，是为了探究电流产生的热量与电阻的关系；加热一段时间后，右边U形管两侧液面高度比较大，说明其他条件相同时，电阻越大，产生的热量越多，故得出结论：电流与通电时间一定时，导体电阻越大，产生的热量越多。 （2）图乙中，容器内两电阻阻值相同，根据串并联电路电流的特点可知，流过左侧电阻的电流大于右侧电阻的电流，通电相同时间，左侧U形管液面高度差较大，说明其他条件相同时，电流越大，产生的热量越多，由此得出结论：导体电阻与通电时间一定时，通过导体的电流越大，产生的热量越多。 【变式1-2】在探究电流产生的热量与哪些因素有关的实验中，小明设计了如图所示的实验装置，烧瓶电热丝电阻，，每一烧瓶里装入适量煤油并各插入一温度计。请回答下列问题： (1)本实验是通过观察 来判断电流产生的热量的多少。 (2)图中两根电阻丝是串联的这是为了探究电流产生的热量与 的关系。 (3)图中采用这种连接方式的目的是 。 (4)对于两个烧瓶内的煤油在实验开始前需要控制它们的 和 相同。若通电一段时间后，乙烧瓶中的液体温度上升快。由此得出结论： 。 【答案】(1)温度计示数变化 (2)电阻 (3)控制电流和通电时间相同 (4) 初温 质量 当电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量多 【详解】（1）本实验中，电流通过电阻丝产生热量，被煤油吸收，煤油的温度升高；是通过煤油温度高低（温度计的示数大小）反应电流产生热量的多少；电流产生的热量越多、煤油吸收的热量越多、温度计的示数越大。 （2）由图可知，甲乙两个烧瓶中的电阻丝串联，通过两电阻丝的电流和通电时间相同，甲乙电阻大小不同，研究的是：当通过的电流和通电时间相同时，电流产生的热量与导体电阻大小的关系。 （3）由图可知，甲乙两个烧瓶中的电阻丝串联，这种连接方式的目的是控制电流和通电时间相同。 （4）[1][2]要通过液体温度变化间接得到电流产生热量的影响因素，必须保证两只烧瓶中煤油的质量和初温相同。 [3]由图可知，甲乙两个烧瓶中的电阻丝串联，通过两电阻丝的电流和通电时间相同，电阻丝发热产生的热量被煤油吸收，甲乙两个烧瓶里装有等质量的煤油，吸收热量多的温度升高的快，乙电阻大于甲电阻，且乙烧瓶中的液体温度上升快，由此得出结论：当电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量多。 焦耳定律 知识点2 1、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 注意：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。 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 【典例2】下图所示的电路中，R1=2Ω，R2=4Ω，闭合开关S后，电流表的示数为0.5A。求： (1)电源电压。 (2)通电1min，电阻R1产生的热量。 【详解】（1）闭合开关S后，两电阻串联，电流表测量电路电流，电压表测量总电压，根据电阻串联的特点可知总电阻为 根据欧姆定律可知电源电压为 （2）因为是串联电路，所以 电阻R1在1min内产生的热量为 【变式2-1】如图甲所示，电源电压不变，将小灯泡L和电阻R接入电路中，图乙是小灯泡L和电阻R的I-U图像。只闭合开关S1时，小灯泡L的实际功率为1W。下列说法正确的是（　　） A．电源电压为4V B．只闭合开关S1时，小灯泡L的电阻为8Ω C．当S1和S2均闭合时，电路的总功率是1.5W D．当S1和S2均闭合时，电阻R在2min内产生的热量是48J 【答案】D 【详解】AB．只闭合开关S1时，电路为小灯泡L的简单电路，此时小灯泡L的实际功率为1W，由图像可知，当UL=2V时，IL=0.5A，其实际功率为PL=ULIL=2V×0.5A=1W 电源电压U=UL=2V 小灯泡L的电阻 故AB错误； C．当S1和S2均闭合时，R与L并联，电流表测干路电流，因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，R两端的电压也为2V，由图像可知，此时通过R的电流为0.2A，因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以，干路电流为I=IR+IL=0.2A+0.5A=0.7A 电路总功率P=UI=2V×0.7A=1.4W 故C错误； D．当S1和S2均闭合时，电阻R在2min内产生的热量QR=WR=URIRt=2V×0.2A×2×60s=48J 故D正确。 故选D。 【变式2-2】图示电路中，电源电压保持不变，、均为定值电阻，其中。闭合开关，电流表的示数为，通电整个电路共产生的热量，则电阻产生的热量为 。 【答案】2 【详解】由图可知，闭合开关后，电路为并联电路，电流表测的电流，则通电，产生的热量为 根据并联电路的特点可知，整个电路产生的热量等于各支路电阻产生的热量之和，则电阻产生的热量为 【变式2-3】如图所示的电路中，电源电压保持6V不变，的阻值为20Ω。当开关与都闭合时，电流表的示数为0.5A。求： (1)只闭合开关时，电流表的示数是多少？ (2)的阻值。 (3)通电20s的时间上产生的热量是多少？ 【详解】（1）当只闭合开关时，电路为的简单电路，电流表测量通过的电流，根据欧姆定律，通过的电流为 所以，电流表的示数是0.3A。 （2）当开关与都闭合时，电阻和并联，电流表测量干路总电流，因为并联电路中各支路互不影响，所以通过的电流不变，仍为0.3A，根据并联电路的电流特点，通过的电流为 因为并联电路中各支路两端的电压相等，所以 根据欧姆定律，的阻值为 （3）通电20s的时间上产生的热量，根据焦耳定律可得 电热的多挡问题与电热的综合计算 知识点3 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。 注意：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、电热的多挡问题：多档位的实质是利用多开关控制接入电路中电阻的大小，从而改变用电器电功率来实现对档位的控制。 （1）高温档：在相同时间内放出的热量最多，热功率最大，电阻R高最小； （2）中温档：在相同时间内放出的热量低于高温档，热功率低于高温档，电阻R中高于高温档； （3）低温档：在相同时间内放出的热量最少，热功率最小，电阻R低最大。 注意：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，电热只能用焦耳定律 Q=I2Rt来计算。 4、焦耳定律定义式：Q=I2RT。对于纯电阻电路，电流做功消耗的电能全部转化为内能（Q=W），这时以下公式Q=I2Rt=均成立；对于非纯电阻电路，电能除了转化为内能，还要转化为其他形式的能量。求Q时只能用Q=I2Rt。 （1）在串联电路和并联电路中，电流产生的总热量等于部分电热之和。 （2）串联电路中，各部分电路的热量与其电阻成正比。 （3）并联电路中，各部分电路的热量与其电阻成反比。 解题方法点拨 （1）把握公式的含义和用法，灵活进行运用：电学计算离不开公式，而掌握公式的熟练程度直接关系到解题速度。俗话说“磨刀不误砍柴工”，只有把电学公式理解透彻并记“熟”了，做题时方能生出“巧”解来。 （2）寻找隐含条件，排除解题障碍：电学综合题中的隐含条件，往往包含于物理现象、用电器铭牌、生产生活常识、电学常数以及题目的图之中，只要我们细心挖掘，总是可以找到的。 （3）运用数学方法，提高解题能力：解答电学综合计算题，需要应用数学方法，通过建立等量关系进行求解。在电路计算中建立等量关系的思路很多，如串、并联电路的电压、电流、电阻关系；串联电路的电压分配，并联电路的电流分配；电源电压不变，定值电阻阻值不变等，要根据题目的具体情况恰当地进行选择。 【典例3】“围炉煮茶”火遍全网，是现下最流行的休闲方式之一。图甲为某品牌家用电茶炉，其内部简化电路如图乙所示，、是电热丝，该电茶炉可以实现“保温”“小火”和“大火”三个挡位的切换。已知“保温”挡功率为242W，“小火”挡功率为484W。 (1)的阻值为多大？ (2)该电茶炉在“大火”挡工作产生的热量是多少？ (3)某次煮茶时“大火”挡烧开同样一壶水的时间和正常工作用时之比为，则实际电压为多少？ 【详解】（1）由电路图可知，该电茶炉有不同的工作状态，对应不同的功率。根据电功率公式 可知，在电源电压U不变的情况下，电路的总电阻R越小，电功率P越大。“保温”挡功率最小，电路总电阻最大，此时电阻、串联。 “小火”挡功率居中，其电阻介于最大和最小之间。分析电路图可知，当只有电阻接入电路时，电路的功率大于保温功率，此状态对应“小火”挡。 已知额定电压 “小火”挡的功率 根据电功率公式，可得的阻值为 （2）“保温”挡时，、串联，其总电阻为 因为，所以的阻值为 “大火”挡是功率最大的挡位，此时电路的总电阻最小，、应为并联连接。并联时的总电阻为 “大火”挡的额定功率为 “大火”挡工作时间 因为是纯电阻电路，所以产生的热量Q等于消耗的电能W，即 （3）烧开同样一壶水，水吸收的热量相同，不计热量损失，则电茶炉产生的热量Q也相同。设正常工作时的电压为额定电压，时间为；实际工作时的电压为，时间为，由题意， “大火”挡的电阻是恒定不变的。根据焦耳定律和欧姆定律公式推导 ，可得 因此， 整理得 所以， 已知额定电压 ，则实际电压为 【变式3-1】图甲为某品牌家用空气炸锅，空气炸锅在工作时通过电动机向内部吹风，借助空气的循环达到迅速升温的目的，电动机上标有“220V，22W”字样。空气炸锅内部部分简化电路如图乙所示，其额定电压为220V。发热元件为和两个定值电阻，阻值分别为和。S为定时开关，通过调节开关和（是单刀双掷开关），可实现高温挡，中温挡和低温挡三个挡位的切换。下列说法正确的是（   ） A．设定好时间，开关断开，接a端时为高温挡 B．电动机的电阻是 C．开关闭合，接a端时，电路的总电流是2.1A D．空气炸锅在高温挡正常工作1min时，消耗电能79200J 【答案】C 【详解】A．开关 S1 断开， S2接 a 端时，R1、R2串联接入电路，根据 知，电阻最大，功率最小，是低温挡，故A 错误； B．电动机是非纯电阻用电器，不能用计算电阻， 220V 是额定电压， 22W 是额定功率，实际电阻不等于，故B 错误； C．开关 S1闭合， S2接 a 端时，R2与电动机并联在电路中 ， R2 的电流 通过电动机的电流 由并联电路中电流得规律知，电路的总电流 故C 正确； D．高温挡时， R1与 R2并联，电动机也工作。 R1的功率 R2的功率 电动机功率22W ，总功率 工作 1min=60s 消耗电能 故 D 错误。 故选 C。 【变式3-2】如图所示为一款电热中药壶的简化电路图，它有“加热”、“保温”两个挡位。电热丝，。当开关S闭合，接a时是 挡位。在“保温”挡正常工作电流通过产生的热量是 J。 【答案】 加热 【详解】[1]由图可知，当开关S闭合、接b时，、串联，根据串联电路的电阻特点可知，此时电路中的总电阻最大，由可知，电路中的总功率最小，电热中药壶处于保温状态。当开关S闭合、接a时，只有工作，电路中的总电阻最小，根据公式可知总功率最大，电热中药壶处于加热状态。 [2]当开关S闭合、S1接b时，R1、R2串联，是保温挡，此时电路中的电流为 通过R1产生的热量 【变式3-3】如图甲所示为小明家的电饭锅，从铭牌上可知该电饭锅额定电压为220V，加热功率为1210W，保温功率为88W。电饭锅的简化电路如图乙所示，通过开关S来控制挡位。其中R1和R2均为发热电阻，且阻值不随温度的变化而改变。求： (1)电饭锅处于保温挡时，电路中的电流。 (2)电阻R2的阻值。 【详解】（1）根据P=UI可得，电饭锅处于保温挡时，电路中的电流为 （2）由图乙可知，当开关S断开时，R1、R2串联，根据串联电路特点可知，此时电路的总电阻最大，由可知，电路的总功率最小，电饭锅处于保温挡；当开关S闭合时，只有R1工作，电路的总电阻最小，总功率最大，电饭锅处于加热挡。由可知，电阻R1的阻值为 电阻R1、R2的串联总电阻为 根据串联电路的特点可知，电阻R2的阻值为R2=R总-R1=550Ω-40Ω=510Ω 电热的利用与防止 知识点4 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。 （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。 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。 【典例4】将规格都是“220V 100W”的下列用电器分别接入220V的电路中，通电时间相同，电流通过它们产生的热量最多的是（    ） A．电饭锅 B．电视机 C．电风扇 D．充电器 【答案】A 【详解】因为U=220V，所以四种用电器的实际功率 又因为，所以四种用电器消耗的电能相同；因为电风扇中的电动机将电能大部分转化为机械能，电视机将电能转化为光能和声能，电饭锅将电能全部转化为内能，充电器将电能转化为化学能，所以产生热量最多的是电饭锅。故BCD不符合题意，A符合题意。 故选A。 【变式4-1】下列用电器中，利用电流热效应工作的是（　　） A．电暖气 B．洗衣机 C．电视机 D．电冰箱 【答案】A 【详解】电流通过导体时，电能转化为内能的现象，叫做电流的热效应，电热在生产生活中有利有弊。 A．电暖器工作时，主要把电能转化为内能，利用电热取暖，故A符合题意； BD．洗衣机和电冰箱属于电动类用电器，主要是把电能转化为机械能，故不符合题意； C．电视机属于信息类用电器，为避免电热损坏电子元件，要留散热孔，故D不符合题意。 故选D。 【变式4-2】真空封口机如图所示，工作时先抽出塑料袋内的气体，在 的作用下，塑料袋逐渐被压扁，再利用电流的 效应将塑料袋口进行密封。 【答案】 大气压强 热 【详解】[1]塑料袋内的空气被抽出一部分后，但袋内的空气减少，从而使袋内的空气压强减小，外界的大气压强要高于袋内的气压，在外界大气压强的作用下，塑料袋被压扁。 [2]利用电热丝加热塑料袋口进行密封时，电热丝将电能转化为内能，产生的热量使塑料袋口密封，因此利用的是电流的热效应。 【变式4-3】如图是某取暖器的简化工作电路图。图中元件M是装有扇叶的电动机，元件R通电时会产生热。若只闭合开关，取暖器 （选填“只送风”、“送热风”或“不送风”）。为了安全起见，取暖器一般都要安装一个跌倒开关S，当取暖器倾倒时整个电路断开，则跌倒开关S应安装在图中的 处（选填“a”“b”或“c”）。 【答案】 只送风 c 【详解】[1]若只闭合开关S1，电路是关于电动机的简单电路，电阻R断路，只有电动机工作，电阻R不工作，不会产生热量，因此取暖器只送风。 [2]为了安全起见，取暖器在跌倒时就应断开开关S，使整个电路不工作，故开关S应安装在干路上；由图可知，a、b都在支路上，c在干路上，所以跌倒开关S应安装在图中的c处。 1．下列用电器中，利用电流热效应工作的是（   ） A．微波炉 B．电视机 C．电饭煲 D．芯片散热片 【答案】C 【详解】A．微波炉的原理是通电导体周围产生磁场，产生微波，利用了电流的磁效应，故A不符合题意； B．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B不符合题意； C．电饭锅工作时主要把电能转化为内能，是利用电流热效应工作的，故C符合题意； D．芯片散热片是利用散热片的物理特性（如导热性好、表面积大等）来有效地将热量从芯片上带走并散发到空气中，不是利用电流的热效应工作的，故D不符合题意。 故选C。 2．电流的热效应在科研、生产、生活中被广泛应用，有时使用不当也会给人们带来危害。下列情况中属于利用电流热效应的是（　　） A．电脑防热风扇 B．电视机的后盖有许多孔 C．电饭煲内安装有电热盘 D．“超导体”技术在远距离输电中的应用 【答案】C 【详解】A. 电脑防热风扇可给电脑主机降温，是为了防止电热产生的危害，故A不合题意； B. 电视机的机壳上有许多小孔是为了把各电器元件产生的热量及时散失，故B不符合题意； C. 电饭煲内的电热盘是利用电流的热效应产生热量，来加热食物，属于利用电流的热效应，故C符合题意； D. “超导体”技术在远距离输电中的应用，是利用超导体电阻为零的特性，避免电流的热效应造成电能损耗，不属于利用电流的热效应，故D不符合题意。 故选C。 3．有甲、乙两电热丝电阻之比为2︰3，通过的电流之比为3︰2，则相同时间内产生的热量之比为（　　） A．23 B．32 C．11 D．94 【答案】B 【详解】相同时间内产生的热量之比为 故选B。 4．将两电热丝R1、R2串联起来，接在电路中，如图所示，若R1＞R2，则先被点燃的火柴是（　　） A．两电热丝上的火柴同时被点燃 B．电护丝R2上的火柴 C．电炉丝R1上的火柴 D．无法确定 【答案】C 【详解】因为两电热丝R1、R2串联，所以通过它们的电流和通电时间都相同；根据焦耳定律可知，在电流和通电时间一定时，电阻越大产生的热量越多； 因为，所以，电炉丝R1的温度高，火柴先被点燃，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 5．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），则将火柴放在哪个位置最容易被点燃（    ） 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C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 6．小李用如图所示的装置观察保险丝的作用（），闭合开关后，则（    ） A．经过保险丝的电流小于经过铜丝的电流 B．保险丝两端的电压大于铜丝两端的电压 C．当滑片向右移动时，电路中的电流变大 D．相同时间，电流经过保险丝和铜丝产生的热量相等 【答案】B 【详解】A．在串联电路中电流处处相等，因此经过保险丝的电流等于经过铜丝的电流，故A不符合题意； B．根据欧姆定律公式的变形式U=IR分析，由于，在电流相同的情况下，保险丝两端的电压大于铜丝两端的电压，故B符合题意； C．当滑片向右移动时，滑动变阻器接入电路的电阻增大，根据可知，电路中的电流会变小，故C不符合题意； D．根据焦耳定律Q=I²Rt，虽然电流相同，但由于，相同时间内保险丝产生的热量多于铜丝产生的热量，故D不符合题意。 故选B。 7．在如图所示的探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验中，下列说法正确的是（　　） A．闭合开关后，甲管中液面上升的比乙管中的快 B．闭合开关后，通过的电流大于的电流 C．该实验装置用于探究“电压和通电时间一定时，电热与电阻的关系” D．该实验通过观察甲、乙两管液面的高度差判断电阻产生热量的多少 【答案】D 【详解】D．本实验采用了转换法，将电阻产生热量的多少转换为U形管中液面的高度差来进行判断，即通过观察甲、乙两管液面的高度差判断电阻产生热量的多少，故D正确； AB．闭合开关后，两电阻串联，通过的电流和通电时间相同，10Ω电阻大于5Ω电阻，根据Q=I2Rt可知，10Ω电阻产生热量多，由转换法，甲管中液面上升的比乙管中的慢，故AB错误； C．通过两电阻的电流和通电时间相同，两电阻不同，由欧姆定律可知，两电阻的电压不同，所以该实验装置不能用于探究“电流和通电时间一定时，电热与电阻的关系”，故C错误。 故选D。 8．小刘同学利用如图所示的电路测量电阻R的阻值。闭合开关S，将滑片P移至某一位置时，电压表示数为2V，电流表示数为0.4A．下列说法正确的是（　　） A．图中的甲是电压表、乙是电流表 B．将滑片P向左移时R的功率增大 C．一次实验就能精确测出R的阻值 D．电流为0.4A时，R一分钟发热0.8J 【答案】B 【详解】A．电流表串联电路中，甲为电流表；电压表与被测电阻并联，乙为电压表，故A错误； B．滑片向左移动时，滑动变阻器接入电路电阻减小，电路总电阻减小，电源电压不变，根据欧姆定律可知，电路电流增大。而定值电阻R的阻值不变，根据可知，电阻R的功率增大，故B正确； C．为减小误差，需多次实验取平均值，一次实验无法精确测量出阻值，故C错误； D．电阻R是纯电阻，即一分钟产生的热量等于其一分钟消耗的电能，所以热量，故D错误。 故选B。 9．如图所示的电路，电源电压不变，滑动变阻器标有“100Ω；0.75A”，灯泡标有“；”，电压表量程“0~15V”，虚线框内为电流表（量程）和导线其中之一，且不相同。在保证电路安全的前提下，已知： ①闭合S1、S3，调节滑动变阻器，电路中的最小电流为； ②闭合所有开关，滑动变阻器允许接入电路的最小阻值为； ③将b内的元件与电压表互换，闭合所有开关，灯泡恰能正常发光，且无论怎样移动滑片，灯泡亮度都不变。 则下列说法正确的是（　　） A．虚线框中，b可能为电流表 B．定值电阻的阻值为，电源电压为 C．②中，电路的最大总功率为20.25W D．③中，工作产生的热量为60J 【答案】C 【详解】AB．由得，灯泡的额定电流为 ③将b内的元件与电压表互换，闭合所有开关，灯泡恰能正常发光，此时灯泡定值电阻R0串联，电压表被短路，由串联电路电压特点得，电源电压为┄┄（1） 闭合S1、S3，定值电阻R0、变阻器R1串联，电压表测量变阻器的电压，当电压表的示数最大为15V时，变阻器接入电路中电阻最大，电路电阻最大，电路电流最小。 当闭合所有开关，定值电阻R0与变阻器R1串联，变阻器接入电路中电阻最小时，电路电流最大。若a为导线，b为电流表，由于电流表的量程为0~0.6A，则电路的最大电流为0.6A。由串联电路电压特点得，电源电压为┄┄（2） 由（1）（2）得，电源电压为，定值电阻R0的阻值 闭合S1、S3，电路最小电流为 不符合题意；若a为电流表，b为导线，则闭合所有开关，电路的最大电流为0.75A。由串联电路电压特点得，电源电压为┄┄（3） 由（1）（3）得，电源电压为，定值电阻R0的阻值 闭合S1、S3，电路最小电流为 符合题意，故a为电流表，b为导线，故AB错误； C．②中，闭合所有开关，定值电阻R0、变阻器R1串联，滑动变阻器允许接入电路的最小阻值为6Ω，此时电路的总功率最大为 故C正确； D．③中，R0工作10s产生的热量为 故D错误。 故选C。 10．英国物理学家 最先精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系；2025年春节重庆分会场的无人机表演中，当无人机共同组成“新春快乐”字样图案悬停在空中时，无人机相对于地面是 （选填“运动”或“静止”）的。 【答案】 焦耳 静止 【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。 [2]当无人机共同组成“新春快乐”字样图案悬停在空中时，无人机与地面之间没有位置的变化，无人机相对于地面是静止的。 11．如图所示是定值电阻和的图像。将和串联接在12V电源两端，电阻通电1min产生的热量为 J。 【答案】1620 【详解】由图可知，R1的阻值 R2的阻值 将R1、R2串联接入12V的电源，通过电阻R2的电流 电阻R2通电1min产生的热量为Q2=I2′2R2t=(3A)2×3Ω×60s=1620J 12．如图甲是一只便携塑料封口机，电路原理图如图乙所示，电源电压为3V，电热丝R接入电路的电阻为0.5Ω，开关闭合，电热丝温度升高，这是利用电流的热效应工作的，首次总结出电热规律的是 （选填“法拉第”“欧姆”或“焦耳”）；通电2min产生的热量为 J；若使用时总把塑料烫坏，可采取的措施是 。 【答案】 焦耳 2160 增大电热丝接入电路的电阻 【详解】[1]首次总结出电热规律，即焦耳定律的科学家是焦耳。 [2]通电时间为 通电2min产生的热量为 [3]为了防止烫坏塑料，应减少电热丝产生的热量，由可知，在电压和通电时间一定时，应增大电热丝接入电路的电阻，从而减少电热丝产生的热量。 13．如图甲所示的是一款电热饭盒，有“高温”和“低温”两个挡位，其内部简化电路如图乙所示已知电阻R1=100Ω，开关S接1时电路中的电流为0.44A，S接2时电路中的电流为2.2A，高温挡时的功率是 W，低温挡时1min在电阻R1上产生的热量是 J。 【答案】 484 1161.6 【详解】[1]当开关S接2时，电路中只有R1接入电路，此时电流为2.2A，为高温挡；当S接1时，R1与R2串联，电路中的电流为0.44A，为低温挡。高温挡时可计算电源电压 高温挡时，根据P = UI，高温挡功率 [2] 当S接1时为低温挡，根据U = IR，R1两端电压 根据 低温挡时在R11分钟产生的热量 14．电热水器是利用电流的 效应工作的。现电路仅接入如左表所示规格的电热水器，电能表示数如图，观察到电能表指示灯0.5min内闪烁40次，则1min内消耗电能为 J，其两端实际电压 （选填“>，<，=”）220V。 【答案】 热 9×104 等于 【详解】[1]电热水器工作时将电能转化为内能，是利用电流的热效应工作的。 [2]0.5min闪烁40次，则1min将闪烁80次。因此1min消耗的电能 [3]电热水器的实际功率 实际功率等于额定功率，用电器只有在实际电压等于额定电压时，实际功率才等于额定功率，因此可以确定此时电热水器两端的实际电压等于额定电压220V。 15．小蕾同学在探究“电流通过导体产生热量的多少跟什么因素有关”的实验时，采用了如图所示的实验装置，其中a、b、c、d四个相同的容器中密闭着等量空气，将1、2和3、4导线分别接到电源两端。 (1)实验中通过观察两个U形管中 的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少。 (2)图甲所示的装置用来研究电流通过电阻丝产生的热量与 的关系，通电一段时间后， （选填“a”或“b”）容器中电流通过电阻丝产生的热量多。 (3)图乙所示的装置用来研究电流通过电阻丝产生的热量与 的关系，通电一段时间后， （选填“c”或“d”）容器中电流通过电阻丝产生的热量多。 【答案】(1)液面高度差 (2) 电阻 b (3) 电流 c 【详解】（1）实验中，电阻丝产生的热量多少是无法直接看出来的，是通过观察U形管中液面高度差的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少，这种研究方法叫转换法。 （2）[1]甲图中，两电阻串联，通过的电流和通电时间相同，而电阻大小不同，所以甲图所示的装置是用来研究电流通过电阻丝产生的热量与电阻大小的关系。 [2]根据可知，当通过的电流和通电时间相同，电阻越大，产生的热量越大，由图可知，b容器中的电阻较大，因此产生的热量较多。 （3）[1][2]乙图中，d容器内、外的电阻并联后再与c容器电阻串联，由于乙图中三个电阻等值，所以通过c容器中电阻的电流是d容器中电阻电流的2倍，电阻相等，通电时间相同，所以可研究电流通过电阻丝产生的热量与电流大小的关系；由于c容器中电阻通过的电流大，电阻相等，通电时间相同，根据可知，c容器中电阻产生的热量多。 16．探究电流产生的热量与什么因素有关。实验器材：电源（3节干电池）、电热丝（5Ω、10Ω各1只）、红外电子测温枪（2支）、秒表（1只）、开关（1个）、导线若干。 序号 通电时间t/min 0 1 2 3 4 1 温度t1/℃ 15.3 19.6 23.1 25.2 26.7 2 温度t2/℃ 15.3 23.8 29.8 32.5 35.0 (1)探究电流产生的热量与电阻的关系，电路如图所示： ①实验通过 实现控制电热丝R1、R2的电流与通电时间均相同；通过红外电子测温枪测量电热丝温度的变化量来反映 的多少； ②实验数据记录如上表，分析得出结论： 。 (2)探究电流产生的热量与电流的关系：以R1为研究对象，需要改变电流，在不增加器材的情况下，你的方法是： ；（写出一种方法即可） (3)利用上述器材还可以探究电流产生的热量与 有关。 【答案】(1) 串联电路 电流产生的热量 见解析 (2)见解析 (3)通电时间 【详解】（1）①[1]由图1可知，两电阻串联，串联电路中电流处处相等，故闭合开关后，通过、的电流与通电时间均相等，因此实验通过电阻串联实现控制通过电热丝、的电流与通电时间均相同。 [2]电阻产生的热量无法直接观察获得，可以通过红外电子测温枪测量电热丝温度的变化最来反映，这里利用了转换法。 ②[3]由表格数据可知，电流和通电时间相同，电阻越大，电流产生的热量越多。 （2）探究电流产生的热量与电流的关系，需控制电阻不变，改变通过电阻的电流，以为研究对象，可以通过改变电源的电压，改变其电流大小；或者将R2移去或短路，只将R1接入电路，此时电源电压不变，电路中电阻改变，电流也随之改变。 （3）电流产生的热量与电阻大小、电流大小和通电时间有关，实验中，可以控制电流和电阻不变，改变通电时间，探究电流产生的热量与通电时间的关系。 17．如图所示，电阻的阻值为10Ω。闭合开关S，电流表的示数为1.5A，电流表的示数为0.5A，求： (1)电源电压； (2)电阻的阻值； (3)整个电路1min产生的热量。 【详解】（1）由电路图可知，电阻与并联，电流表测量干路电流，电流表测量通过的电流，通过电阻的电流 由可得，电源电压 （2）由电路图可知，电阻与并联，电阻两端的电压 由欧姆定律 可得，电阻的阻值 （3）通电时间 根据焦耳定律，整个电路在1min内产生的热量 18．如图甲是一款茶杯保温碟，其简化电路如图乙所示，、均为发热电阻，的阻值不变，的阻值可通过旋钮调节。已知该保温碟的额定电压为220V，正常工作时的最大功率为，的最大阻值为。求： (1)的阻值； (2)该保温碟正常工作时的最小功率； (3)当实际电压为198V时，保温碟以最小功率工作100s产生的热量。 【详解】（1）由电路图可知，闭合开关，定值电阻和滑动变阻器串联。根据可知，当保温碟的功率最大时，电路中的总电阻最小。此时，滑动变阻器R2接入电路的阻值为0。 电路中只有电阻R1工作，其功率为最大功率，根据可知，的阻值 （2）根据可知，当保温碟的功率最小时，电路中的总电阻最大。此时，滑动变阻器R2接入电路的阻值最大，电路的最大总电阻 根据可知该保温碟正常工作时的最小功率为 （3）当实际电压为198V时，保温碟以最小功率工作100s产生的热量 19．冬天，小皓想做一个电热保温箱帮奶奶酿甜酒，他找到了两根电热丝R1和R2，电功率计量插座（如图甲），电功率计量插座可为用电器提供220V电压，同时可测出用电器的功率。小均先把一根电热丝R1接入如图乙电路，闭合开关S0，电表的示数为110W；小峰接着把另一根电热丝R1和R2并联后接入电路，闭合开关，电表的示数为330W。求： (1)图乙中通电1min，电热丝R1产生的热量； (2)R1和R2的阻值； (3)小峰在图丙中用电热丝R1和R2设计了一个高、中、低三挡位的电热器，高、中两挡的功率之比为3︰2，请通过计算把R1、R2、开关S1的电路图元件符号填在适当的位置，并简述各挡位的开关闭合情况。 【详解】（1）把一根电热丝R1接入如图乙电路，闭合开关S0，电路为R1的简单电路，电表的示数为110W；通电1min，电热丝R1产生的热量为 （2）电阻R1的阻值为 另一根电热丝R1和R2并联后接入电路后，闭合开关，电表的示数为330W。电阻R2的电功率为 电阻R2的阻值为 （3）两根电热丝并联，其总功率为330W；电热丝R1单独接入电路，其功率为110W；电热丝R2单独接入电路，其功率为220W；两电阻串联功率为 又因为与题意符合，故高挡位两根电热丝并联，开关S1闭合，温控开关接触b，其总功率为330W；中温挡为R2单独接入电路，开关S1闭合，温控开关接a，其功率为220W；低温挡位为两电阻串联，开关S1断开，温控开关接a，其功率为73.3W。故电路图如图所示： 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 15.3 电流的热效应 焦耳定律（知识解读）（解析版） •知识点1 探究影响电流热效应的因素 •知识点2 焦耳定律 •知识点3 电热的多挡问题与电热的综合计算 •知识点4 电热的利用与防止 •作业 巩固训练 探究影响电流热效应的因素 知识点1 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 （1）实验器材：密闭容器两个，U形管两个、导线若干、不同阻值电阻丝若干、电源。 （2）实验方法：控制变量法和转换法 （2）实验装置 （3）实验步骤 ①探究电流通过导体产生热量的多少与电阻的关系 实验设计：保持电流和通电时间不变，改变电阻。如图甲，把两个不同的电阻串联在电路中。 ②探究电流通过导体产生热量的多少与电流的关系 实验设计：保持电阻和通电时间不变，改变电流。如图乙，将两个相同的电阻先联，再与另一个电阻串联。 ③探究电流通过导体产生热量的多少与通电时间的关系 实验设计：保持电阻和电流不变，改变通电时间。 （4）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。 （5）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。 注意： 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。 【典例1】如图为探究“焦耳定律”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气，将未知电阻的两根电阻丝 R1、R2串联在电路中。组装实验装置后，初始液面高度相同的U形管 （选填“是”或“不是”）连通器。只闭合开关S0，若，通电一段时间后，发现 （选填“甲”或“乙”）U形管两侧液面高度差更大。若将R1换成与R2阻值相同的定值电阻，同时闭合S0和S1，是为了探究电流通过导体产生的热量与 的关系。 【变式1-1】实验小组想探究“电流通过导体产生的热量与什么因素有关”，设置的实验装置如图甲、乙所示，然后将装置两侧的线头与电源连接起来。甲、乙两装置中的两个透明容器中密封着等量空气。 (1)图甲中将两段阻值不同的电阻丝串联在电路中，闭合开关较长时间后，实验现象如图所示，据此可以得出结论：在电流和通电时间相同时，导体 ，产生的热量越多； (2)图乙中加热一段时间后，左右两侧U形管液面高度差如图所示，由此可以得出结论： 。 【变式1-2】在探究电流产生的热量与哪些因素有关的实验中，小明设计了如图所示的实验装置，烧瓶电热丝电阻，，每一烧瓶里装入适量煤油并各插入一温度计。请回答下列问题： (1)本实验是通过观察 来判断电流产生的热量的多少。 (2)图中两根电阻丝是串联的这是为了探究电流产生的热量与 的关系。 (3)图中采用这种连接方式的目的是 。 (4)对于两个烧瓶内的煤油在实验开始前需要控制它们的 和 相同。若通电一段时间后，乙烧瓶中的液体温度上升快。由此得出结论： 。 焦耳定律 知识点2 1、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 注意：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。 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 【典例2】下图所示的电路中，R1=2Ω，R2=4Ω，闭合开关S后，电流表的示数为0.5A。求： (1)电源电压。 (2)通电1min，电阻R1产生的热量。 【变式2-1】如图甲所示，电源电压不变，将小灯泡L和电阻R接入电路中，图乙是小灯泡L和电阻R的I-U图像。只闭合开关S1时，小灯泡L的实际功率为1W。下列说法正确的是（　　） A．电源电压为4V B．只闭合开关S1时，小灯泡L的电阻为8Ω C．当S1和S2均闭合时，电路的总功率是1.5W D．当S1和S2均闭合时，电阻R在2min内产生的热量是48J 【变式2-2】图示电路中，电源电压保持不变，、均为定值电阻，其中。闭合开关，电流表的示数为，通电整个电路共产生的热量，则电阻产生的热量为 。 【变式2-3】如图所示的电路中，电源电压保持6V不变，的阻值为20Ω。当开关与都闭合时，电流表的示数为0.5A。求： (1)只闭合开关时，电流表的示数是多少？ (2)的阻值。 (3)通电20s的时间上产生的热量是多少？ 电热的多挡问题与电热的综合计算 知识点3 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。 注意：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、电热的多挡问题：多档位的实质是利用多开关控制接入电路中电阻的大小，从而改变用电器电功率来实现对档位的控制。 （1）高温档：在相同时间内放出的热量最多，热功率最大，电阻R高最小； （2）中温档：在相同时间内放出的热量低于高温档，热功率低于高温档，电阻R中高于高温档； （3）低温档：在相同时间内放出的热量最少，热功率最小，电阻R低最大。 注意：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，电热只能用焦耳定律 Q=I2Rt来计算。 4、焦耳定律定义式：Q=I2RT。对于纯电阻电路，电流做功消耗的电能全部转化为内能（Q=W），这时以下公式Q=I2Rt=均成立；对于非纯电阻电路，电能除了转化为内能，还要转化为其他形式的能量。求Q时只能用Q=I2Rt。 （1）在串联电路和并联电路中，电流产生的总热量等于部分电热之和。 （2）串联电路中，各部分电路的热量与其电阻成正比。 （3）并联电路中，各部分电路的热量与其电阻成反比。 解题方法点拨 （1）把握公式的含义和用法，灵活进行运用：电学计算离不开公式，而掌握公式的熟练程度直接关系到解题速度。俗话说“磨刀不误砍柴工”，只有把电学公式理解透彻并记“熟”了，做题时方能生出“巧”解来。 （2）寻找隐含条件，排除解题障碍：电学综合题中的隐含条件，往往包含于物理现象、用电器铭牌、生产生活常识、电学常数以及题目的图之中，只要我们细心挖掘，总是可以找到的。 （3）运用数学方法，提高解题能力：解答电学综合计算题，需要应用数学方法，通过建立等量关系进行求解。在电路计算中建立等量关系的思路很多，如串、并联电路的电压、电流、电阻关系；串联电路的电压分配，并联电路的电流分配；电源电压不变，定值电阻阻值不变等，要根据题目的具体情况恰当地进行选择。 【典例3】“围炉煮茶”火遍全网，是现下最流行的休闲方式之一。图甲为某品牌家用电茶炉，其内部简化电路如图乙所示，、是电热丝，该电茶炉可以实现“保温”“小火”和“大火”三个挡位的切换。已知“保温”挡功率为242W，“小火”挡功率为484W。 (1)的阻值为多大？ (2)该电茶炉在“大火”挡工作产生的热量是多少？ (3)某次煮茶时“大火”挡烧开同样一壶水的时间和正常工作用时之比为，则实际电压为多少？ 【变式3-1】图甲为某品牌家用空气炸锅，空气炸锅在工作时通过电动机向内部吹风，借助空气的循环达到迅速升温的目的，电动机上标有“220V，22W”字样。空气炸锅内部部分简化电路如图乙所示，其额定电压为220V。发热元件为和两个定值电阻，阻值分别为和。S为定时开关，通过调节开关和（是单刀双掷开关），可实现高温挡，中温挡和低温挡三个挡位的切换。下列说法正确的是（   ） A．设定好时间，开关断开，接a端时为高温挡 B．电动机的电阻是 C．开关闭合，接a端时，电路的总电流是2.1A D．空气炸锅在高温挡正常工作1min时，消耗电能79200J 【变式3-2】如图所示为一款电热中药壶的简化电路图，它有“加热”、“保温”两个挡位。电热丝，。当开关S闭合，接a时是 挡位。在“保温”挡正常工作电流通过产生的热量是 J。 【变式3-3】如图甲所示为小明家的电饭锅，从铭牌上可知该电饭锅额定电压为220V，加热功率为1210W，保温功率为88W。电饭锅的简化电路如图乙所示，通过开关S来控制挡位。其中R1和R2均为发热电阻，且阻值不随温度的变化而改变。求： (1)电饭锅处于保温挡时，电路中的电流。 (2)电阻R2的阻值。 电热的利用与防止 知识点4 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。 （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。 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。 【典例4】将规格都是“220V 100W”的下列用电器分别接入220V的电路中，通电时间相同，电流通过它们产生的热量最多的是（    ） A．电饭锅 B．电视机 C．电风扇 D．充电器 【变式4-1】下列用电器中，利用电流热效应工作的是（　　） A．电暖气 B．洗衣机 C．电视机 D．电冰箱 【变式4-2】真空封口机如图所示，工作时先抽出塑料袋内的气体，在 的作用下，塑料袋逐渐被压扁，再利用电流的 效应将塑料袋口进行密封。 【变式4-3】如图是某取暖器的简化工作电路图。图中元件M是装有扇叶的电动机，元件R通电时会产生热。若只闭合开关，取暖器 （选填“只送风”、“送热风”或“不送风”）。为了安全起见，取暖器一般都要安装一个跌倒开关S，当取暖器倾倒时整个电路断开，则跌倒开关S应安装在图中的 处（选填“a”“b”或“c”）。 1．下列用电器中，利用电流热效应工作的是（   ） A．微波炉 B．电视机 C．电饭煲 D．芯片散热片 2．电流的热效应在科研、生产、生活中被广泛应用，有时使用不当也会给人们带来危害。下列情况中属于利用电流热效应的是（　　） A．电脑防热风扇 B．电视机的后盖有许多孔 C．电饭煲内安装有电热盘 D．“超导体”技术在远距离输电中的应用 3．有甲、乙两电热丝电阻之比为2︰3，通过的电流之比为3︰2，则相同时间内产生的热量之比为（　　） A．23 B．32 C．11 D．94 4．将两电热丝R1、R2串联起来，接在电路中，如图所示，若R1＞R2，则先被点燃的火柴是（　　） A．两电热丝上的火柴同时被点燃 B．电护丝R2上的火柴 C．电炉丝R1上的火柴 D．无法确定 5．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），则将火柴放在哪个位置最容易被点燃（    ） A．a点 B．b点 C．c点 D．都一样 6．小李用如图所示的装置观察保险丝的作用（），闭合开关后，则（    ） A．经过保险丝的电流小于经过铜丝的电流 B．保险丝两端的电压大于铜丝两端的电压 C．当滑片向右移动时，电路中的电流变大 D．相同时间，电流经过保险丝和铜丝产生的热量相等 7．在如图所示的探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验中，下列说法正确的是（　　） A．闭合开关后，甲管中液面上升的比乙管中的快 B．闭合开关后，通过的电流大于的电流 C．该实验装置用于探究“电压和通电时间一定时，电热与电阻的关系” D．该实验通过观察甲、乙两管液面的高度差判断电阻产生热量的多少 8．小刘同学利用如图所示的电路测量电阻R的阻值。闭合开关S，将滑片P移至某一位置时，电压表示数为2V，电流表示数为0.4A．下列说法正确的是（　　） A．图中的甲是电压表、乙是电流表 B．将滑片P向左移时R的功率增大 C．一次实验就能精确测出R的阻值 D．电流为0.4A时，R一分钟发热0.8J 9．如图所示的电路，电源电压不变，滑动变阻器标有“100Ω；0.75A”，灯泡标有“；”，电压表量程“0~15V”，虚线框内为电流表（量程）和导线其中之一，且不相同。在保证电路安全的前提下，已知： ①闭合S1、S3，调节滑动变阻器，电路中的最小电流为； ②闭合所有开关，滑动变阻器允许接入电路的最小阻值为； ③将b内的元件与电压表互换，闭合所有开关，灯泡恰能正常发光，且无论怎样移动滑片，灯泡亮度都不变。 则下列说法正确的是（　　） A．虚线框中，b可能为电流表 B．定值电阻的阻值为，电源电压为 C．②中，电路的最大总功率为20.25W D．③中，工作产生的热量为60J 10．英国物理学家 最先精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系；2025年春节重庆分会场的无人机表演中，当无人机共同组成“新春快乐”字样图案悬停在空中时，无人机相对于地面是 （选填“运动”或“静止”）的。 11．如图所示是定值电阻和的图像。将和串联接在12V电源两端，电阻通电1min产生的热量为 J。 12．如图甲是一只便携塑料封口机，电路原理图如图乙所示，电源电压为3V，电热丝R接入电路的电阻为0.5Ω，开关闭合，电热丝温度升高，这是利用电流的热效应工作的，首次总结出电热规律的是 （选填“法拉第”“欧姆”或“焦耳”）；通电2min产生的热量为 J；若使用时总把塑料烫坏，可采取的措施是 。 13．如图甲所示的是一款电热饭盒，有“高温”和“低温”两个挡位，其内部简化电路如图乙所示已知电阻R1=100Ω，开关S接1时电路中的电流为0.44A，S接2时电路中的电流为2.2A，高温挡时的功率是 W，低温挡时1min在电阻R1上产生的热量是 J。 14．电热水器是利用电流的 效应工作的。现电路仅接入如左表所示规格的电热水器，电能表示数如图，观察到电能表指示灯0.5min内闪烁40次，则1min内消耗电能为 J，其两端实际电压 （选填“>，<，=”）220V。 15．小蕾同学在探究“电流通过导体产生热量的多少跟什么因素有关”的实验时，采用了如图所示的实验装置，其中a、b、c、d四个相同的容器中密闭着等量空气，将1、2和3、4导线分别接到电源两端。 (1)实验中通过观察两个U形管中 的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少。 (2)图甲所示的装置用来研究电流通过电阻丝产生的热量与 的关系，通电一段时间后， （选填“a”或“b”）容器中电流通过电阻丝产生的热量多。 (3)图乙所示的装置用来研究电流通过电阻丝产生的热量与 的关系，通电一段时间后， （选填“c”或“d”）容器中电流通过电阻丝产生的热量多。 16．探究电流产生的热量与什么因素有关。实验器材：电源（3节干电池）、电热丝（5Ω、10Ω各1只）、红外电子测温枪（2支）、秒表（1只）、开关（1个）、导线若干。 序号 通电时间t/min 0 1 2 3 4 1 温度t1/℃ 15.3 19.6 23.1 25.2 26.7 2 温度t2/℃ 15.3 23.8 29.8 32.5 35.0 (1)探究电流产生的热量与电阻的关系，电路如图所示： ①实验通过 实现控制电热丝R1、R2的电流与通电时间均相同；通过红外电子测温枪测量电热丝温度的变化量来反映 的多少； ②实验数据记录如上表，分析得出结论： 。 (2)探究电流产生的热量与电流的关系：以R1为研究对象，需要改变电流，在不增加器材的情况下，你的方法是： ；（写出一种方法即可） (3)利用上述器材还可以探究电流产生的热量与 有关。 17．如图所示，电阻的阻值为10Ω。闭合开关S，电流表的示数为1.5A，电流表的示数为0.5A，求： (1)电源电压； (2)电阻的阻值； (3)整个电路1min产生的热量。 18．如图甲是一款茶杯保温碟，其简化电路如图乙所示，、均为发热电阻，的阻值不变，的阻值可通过旋钮调节。已知该保温碟的额定电压为220V，正常工作时的最大功率为，的最大阻值为。求： (1)的阻值； (2)该保温碟正常工作时的最小功率； (3)当实际电压为198V时，保温碟以最小功率工作100s产生的热量。 19．冬天，小皓想做一个电热保温箱帮奶奶酿甜酒，他找到了两根电热丝R1和R2，电功率计量插座（如图甲），电功率计量插座可为用电器提供220V电压，同时可测出用电器的功率。小均先把一根电热丝R1接入如图乙电路，闭合开关S0，电表的示数为110W；小峰接着把另一根电热丝R1和R2并联后接入电路，闭合开关，电表的示数为330W。求： (1)图乙中通电1min，电热丝R1产生的热量； (2)R1和R2的阻值； (3)小峰在图丙中用电热丝R1和R2设计了一个高、中、低三挡位的电热器，高、中两挡的功率之比为3︰2，请通过计算把R1、R2、开关S1的电路图元件符号填在适当的位置，并简述各挡位的开关闭合情况。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $