三、电流的热效应 焦耳定律（高效培优讲义）物理苏科版九年级下册

本讲义聚焦电流的热效应与焦耳定律核心知识点，系统梳理焦耳定律内容、电热与电功关系，通过实验探究影响因素，延伸至多挡位电路分析及非纯电阻电路计算，构建从概念到应用的完整学习支架。 该资料以核心素养为导向，实验探究环节用转换法和控制变量法培养科学探究能力，多挡位问题分析强化科学思维中的模型建构，结合电热水器等实例深化能量观念。课中典例与跟踪训练辅助教学，课后培优及中考链接助力学生查漏补缺，提升综合应用能力。

三、电流的热效应 焦耳定律 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 焦耳定律及其应用 1 题型2 实验探究—影响电流热效应的相关因素 9 题型3 多挡位问题 18 题型4 非纯电阻电路的电功率 27 【能力培优练】 32 【链接中考】 44 【重难题型讲解】 题型1 焦耳定律及其应用 1. 焦耳定律的基本概念 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。 焦耳定律：电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比，与电阻的大小成正比，与通电的时间成正比。公式：. 2. 电热和电功的关系 （1）纯电阻电路：电流做功将电能全部转化为内能（热能）的电路，初中阶段大多数的电路均为纯电阻电路。例如：电炉、电饭煲、白炽灯等。 在纯电阻电路中，因为电能全部转化为内能，电热和电功相等。 关系：Q=W=UIt==Pt. (2)非纯电阻电路：电流做功将电能转化为内能和其他形式的能（如机械能、化学能），初中阶段的非纯电阻电路主要指涉及电动机的电路。 关系：Q＞W，Q=，W=UIt. 3. 电热的比值计算（纯电阻电路） 串联电路中的比例关系： 并联电路中的比例关系： 对于纯电阻电路而言，电热与电功相等，相同时间内，串正并反的关系依然适用于电热和电功。 ★特别提醒 在分析电热问题时，首先判断电路是否为纯电阻电路。牢记Q=I²Rt是计算电热的普适公式，而 Q=和Q= UIt仅适用于纯电阻电路。 【归纳总结】 焦耳定律是计算电路中热量的公式，热量由电流，电阻大小与通电时间共同决定。 【典例1-1】如图甲所示的电路中，电源电压保持不变，定值电阻R的阻值为5Ω，灯L的额定电压为3V，且灯L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，灯L正常发光，则灯L正常工作时的电阻为 Ω；再闭合开关，电流表示数为 A，1min内电流通过定值电阻R产生的热量为 J。 【答案】 15 0.8 108 【详解】[1]只闭合开关，灯L正常发光，读图乙可知，正常工作时，当灯两端电压为3V时，灯中的电流为0.2A，则小灯L的电阻为 此时电路中只有小灯一个用电器，其两端电压等于电源电压，故电源电压为3V。 [2]再闭合开关后，定值电阻中电流为 电流表串联在干路中，干路中总电流为 [3]1min定值电阻R产生的热量为 【跟踪训练1】如图甲所示的电路，电源电压恒定不变，图乙是电阻和的I-U图像，已知，上标有“50Ω　2A”字样。当S、闭合，断开时，电路的总功率为180W，电路的电源电压 V；当三个开关均闭合时，通过S的电流为 A；闭合S，断开、，滑动变阻器的滑片滑到中点，通电2min滑动变阻器产生的热量是 J。 【答案】 30 9 3000 【详解】[1][2][3]由图乙可知，A的电阻为 B的电阻为 已知，则，。 当S、闭合，断开时，电源与单独串联，电路的总功率为180W，由可知， 则电源电压为。 当三个开关均闭合时，和并联，通过的电流为 通过的电流为 通过S的电流为 闭合S，断开、，和滑动变阻器串联，滑动变阻器的滑片滑到中点，电路中的电流为 通电时间为 通电2min滑动变阻器产生的热量是 【跟踪训练2】如图所示电路中，电源电压恒定，R1、R2和R3是定值电阻。当X和Y均为电流表时，闭合开关，其示数之比为9∶5，此时R1、R2、R3的连接方式是 （选填“串联”或“并联”），若通电时间t，电路产生的总焦耳热为Q1；当X和Y均为电压表时，闭合开关，其示数之比为5∶3，若通电相同时间t，电路产生的总焦耳热为Q2。则Q1 Q2。 【答案】 并联 > 【详解】[1]若当X和Y均为电流表时，分析电路知，电流表X测R2、R3的总电流，电流表Y测R1、R2的总电流，闭合开关，等效电路如图所示，故此时R1、R2、R3并联，由并联电路电阻规律可知，总电阻越并越小，并联电路的总电阻会小于任何一个分电阻。 [2] 当X和Y均为电压表时，闭合开关，则电路是一个串联电路，由串联电路电阻规律可知，总电阻越串越大，串联电路的总电阻会大于任何一个分电阻。综上可得 电源电压不变，由可知，在相同时间t内电路产生的总焦耳热，电阻小的产生的热量多，故 【典例1-2】进入冬季，各种取暖高功率电器开始使用，安全用电尤为重要。若线路连接处连接不完全，容易造成该处 变大，相同时间内该处产生的热量 （选填“变大”、“变小”或“不变”），从而加速导线老化，有火灾隐患。 【答案】 电阻 变大 【详解】[1]电阻与横截面积成反比，与长度成正比，接触不良，横截面积将减小，电阻增大。 [2] 由焦耳定律知，电流通过导体产生的热量跟电流的平方、电阻大小和通电时间成正比。导线相互连接处因为接触不良，易造成电阻变大，因为导线连接处与其他导线串联在电路中，且通电时间是相同的，由焦耳定律可知电阻大的产生的热量越多。 【跟踪训练1】在野外没有火源时，只用电池和包口香糖的锡纸就可以制成“打火机”。如图，把口香糖的锡纸撕成中间窄、两端宽的形状，将其两端搭在电池的正负极上，就能成功点火。这是由于锡纸是 （填“导体”或“绝缘体”），会使电路短路，很快锡纸会从 （填“中间”或“两端”）开始燃烧起来，其原因是 。 【答案】 导体 中间 中间部分比两端电阻大，由可知，在电流和通电时间一定时，电阻越大，电流产生的热量越多，越容易使锡纸燃烧 【详解】[1]锡纸属于金属，容易导电，属于导体。 [2][3]把锡纸撕成中间窄、两端宽的形状，搭在电池的正负极，相当于短路，电路中电流很大，锡纸中间窄的地方电阻大，根据可知，在电流和通电时间一定时，电阻越大，电流产生的热量越多，越容易使锡纸燃烧。 【跟踪训练2】在如图所示电路中，电源电压恒定，是定值电阻，小灯泡L规格是“6V 3W”，滑动变阻器规格是“”。当R的滑片P位于最右端时，只闭合，灯泡正常发光；再闭合，电流表的示数变为1.1A。当只闭合开关时，在100s内产生的热量是 J。只闭合开关，移动滑动变阻器滑片时，的最大电功率是 W。 【答案】 360 3.6 【详解】[1]由图可知，只闭合，当R的滑片P位于最右端时，变阻器连入阻值为0，只有灯泡连入电路中，灯泡正常发光，所以电源电压 再闭合、，与L并联，电流表测干路电流，示数变为1.1A，此时灯泡仍正常发光，小灯泡L规格是“6V 3W”，小灯泡的额定电流 由并联电路特点可知，通过的电流 所以的阻值 当只闭合开关时，只有连入电路中，在100s内产生的热量是 [2]只闭合开关，与R串联，因为滑动变阻器允许通过的最大电流为2A，但为了保证电路安全，电路中的最大电流不能超过滑动变阻器允许的最大电流，同时也要考虑其他元件的承受能力，当滑动变阻器接入电路的电阻为0时，电路中的电流 所以电路中的最大电流，则的最大电功率 【典例1-3】如图所示电路，电源电压恒定。当开关S1、S2断开，S3闭合时，电流表示数为0.4A，电压表示数为4V；当开关S1、S2闭合，S3断开时，电压表示数为12V，此时电流表示数为 A。则该电路的电源电压为 V，电阻R1在前后两电路中各工作2min产生的电热之比为 。 【答案】 1.8 12 4:9 【详解】[1][2]当开关S1、S2断开，S3闭合时，分析电路图可知，电源电压恒定，R1和R2串联，电流表的示数为0.4A，电压表测R2两端的电压，示数为4V，则R2的阻值为 当开关S1、S2闭合，S3断开时，R1和R2并联，电压表测电源电压，示数为12V，则R2的阻值为 R1和R2并联时，电流表测干路电流，示数为 [3]电阻R1在前后两电路中各工作2min产生的电热为 Q1=I2R1t=(0.4A)2×20Ω×2×60s=384J 【跟踪训练1】如图所示当甲电路中的开关S闭合时，两个电压表所选量程不同，测量时的指针位置均为如图乙所示，则电阻R1两端的电压为 V，R1∶R2= ，当电阻R1、R2并联在电路中时，在相同的时间内电流通过R1、R2所产生的热量之比Q1∶Q2= 。 【答案】 10 4：1 1：4 【详解】[1][2]从图甲可以看到，开关S闭合时，电压表V1测的是电源电压，示数较大，电压表V2测的是R2两端的电压，示数较小，因为测量时的指针位置均为如图乙所示，那么电压表V1的量程应该是0到15V，它的读数是12.5V，电压表V2的量程应该是0到3V，它的读数是2.5V，根据串联电路电压规律可知，电阻R1两端的电压为 电阻R1大小是 电阻R2大小是 那么 [3]当电阻R1、R2并联在电路中时，R1、R2两端的电压是相同的，在相同的时间内电流通过R1、R2所产生的热量之比是 【跟踪训练2】现有两个定值电阻R1和R2，分别标有“10V 0.5A”和“5V 1A”的字样，将它们串联接在同一电路中，则电路两端允许接入的最大电压是 V，当它们工作时间相同时，电阻R1和R2上产生的热量之比Q1︰Q2= 。 【答案】 12.5 4︰1 【详解】[1]电阻R1、R2的阻值分别为 ， 将R1和R2串联在电路中时，电路允许通过的最大电流为0.5A，电路中的总电阻 R=R1+R2=20Ω+5Ω=25Ω 那么电路两端允许接入的最大电压 U=IR=0.5A×25Ω=12.5V [2]据Q=I2Rt知，当两个电阻串联在电路中，通电时间相同时，两个电阻产生的热量之比等于两电阻之比，为 Q1︰Q2=R1︰R2=20Ω︰5Ω=4︰1 题型2 实验探究—影响电流热效应的相关因素 1. 实验原理与方法 原理：利用电流通过电阻丝产生的热量使密闭容器内的空气（或液体）受热膨胀，通过观察U形管液面高度差或温度计示数变化来比较产生热量的多少，这种方法称为转换法。 方法：控制变量法。 探究电热与电阻的关系：控制电流和通电时间相同，比较不同电阻的产热情况。 探究电热与电流的关系：控制电阻和通电时间相同，比较不同电流下的产热情况。 探究电热与通电时间的关系：控制电阻和电流相同，比较不同通电时间的产热情况。 2. 实验电路与设计 典型装置：两个密闭容器中装有阻值不同的电阻丝（R甲 ≠R乙），串联或并联后接入电路。 串联设计： 用于探究电热与电阻的关系。因为串联电流相等，通电时间相同。 并联设计： 用于探究电热与电流的关系。因为并联电压相等，可通过调节滑动变阻器或使用不同阻值的电阻丝来改变各支路电流。 3. 实验结论 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。 在电阻和通电时间相同的情况下，电流越大，产生的热量越多。 在电阻和电流相同的情况下，通电时间越长，产生的热量越多。 综合结论： 电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比。即 Q = I²Rt（焦耳定律）。 【归纳总结】物理中的实验分析关键：首先明确实验目的，带着实验结论去填写空格，过程中注意控制变量的应用。 【典例2-1】如图是探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着初温、质量相同的空气。 (1)实验中，加热空气的好处是 ；在实验中通过观察 反映电流通过电阻丝产生热量的多少，这里采用的物理方法是 ；除了这一种实验方法外，本实验还用到的另一种实验方法是 。 (2)图甲装置将两段阻值不同的电阻丝 （填电路连接方式），是为了探究电流产生的热量与 大小的关系；通电一段时间后， （选填“左”或“右”）侧容器内的电阻丝产生的热量多。 (3)利用图 （选填“甲”或“乙”）装置可探究电流产生的热量与电流大小的关系；该装置通电一段时间后， （选填“左”或“右”）侧容器内的电阻丝产生的热量多。 (4)图乙中，和两电阻丝在相等时间内产生的热量之比为 。电阻丝的作用主要是使通过电阻丝和的电流 （选填“相等”或“不相等”），所以与的阻值 （选填“一定”或“不一定”）相同。为了使左右两U形管内液面高度差的变化更大，应选用阻值为 （选填“”“”或“”）的电阻丝。 【答案】(1) 空气受热易膨胀且现象较为明显 U形管中液面高度变化 转换法 控制变量法 (2) 串联 电阻 右 (3) 乙 左 (4) 4⁚1 不相等 不一定 2Ω 【详解】（1）[1]由于电流产生的热量不易直接测量，空气受热易膨胀且现象较为明显，因此通过加热空气使其膨胀从而使现象更明显。 [2][3][4]实验中通过U形管中液面高度变化反映电流通过电阻丝产生热量的多少，这里采用的物理方法是转换法，除了转换法，本实验还用到了控制变量法。 （2）[1][2]图甲装置将两段阻值不同的电阻丝串联，控制了电流和通电时间相同，而电阻大小不同，是为了探究电流产生的热量与电阻大小的关系。 [3]通电一段时间后，由于右侧的电阻大，根据知，右侧容器内的电阻丝产生的热量更多。 （3）[1]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丝阻值相同，通过的电流不同，图乙装置中，与并联后再与串联，、阻值相同，即在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。 [2]在电阻和通电时间相同时，电流越大，产生的热量越多，所以图乙中左侧容器内的电阻丝产生的热量多。 （4）[1]乙图右侧容器内外的电阻丝的阻值相同，由并联电路的分流规律知，通过、的电流相等，都等于通过电流的一半，根据知，和两电阻丝在相等时间内产生的热量之比为。 [2][3]电阻丝的作用主要是使通过电阻和的电流不相等，只要分去部分电流即可，所以与的阻值不一定相同。 [4]为了使左右两U形管内液面高度差的差异更大，分得的电流要更多，由并联电路的分流规律知，应选用阻值更小的电阻丝，故选用的电阻丝。 【跟踪训练1】小东在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”时，用图1甲、乙两个完全相同的烧瓶装入质量相等的煤油，且分别插入两只相同的温度计，组装成如图1所示的电路，已知两个烧瓶中电热丝A、B的电阻分别为RA=5Ω、RB=10Ω； (1)利用如图1所示的装置及电路图进行探究，目的是为了控制 相同；甲、乙两瓶装有质量相同的煤油，其目的是可以用 反映电热丝放出的热量，这样做依据的公式是： ；（假设在此过程中Q吸=Q放） (2)闭合开关一段时间后，小东发现图1甲、乙两瓶中温度计示数均无变化，为了排除电路故障，他用量程为0～3V的电压表进行检查判断，他将电压表的正接线柱与a接线柱连接，当电压表的负接线柱分别与b、c、d、e、f连接时都无示数，与g、h、i连接时示数都达到了最大值，若电路中只有一处故障，根据以上信息可判断出哪处发生了什么故障？ ； (3)某实验小组利用如图2所示的五个阻值均为5Ω的电阻（其中乙容器中两个5Ω的电阻首尾相连）和三个封闭有等量空气的透明容器，探究“电流通过导体产生热量的影响因素”实验，若不计热量损失，通电后三个容器中的空气吸收的热量，最多的是最少的 倍。 【答案】(1) 电流和通电时间 温度计示数变化量 (2)电热丝B断路/gf断路 (3)8 【详解】（1）[1]如图1所示的装置和电路图可知，A、B两电阻丝串联，可以控制电路中电流大小相同以及控制通电时间相同。 [2][3]甲、乙两瓶装有质量相同的煤油，不计热量损失，根据可知，煤油吸收的热量越多，温度计升高的温度越高，即其目的是可以用温度计示数的变化量来比较电热丝放出热量的大小。 （2）电压表的正接线柱与a接线柱连接，电压表负接线柱与i接线柱连接，电压表有示数，说明电源完好；电压表负接线柱与h接线柱连接，电压表有示数，说明j、h之间完好；电压表负接线柱与g接线柱连接，电压表有示数，说明j、g之间完好，电压表负接线柱与f接线柱连接，电压表示数为0，说明g、f之间断路；电压表负接线柱与e接线柱连接，电压表示数为0，说明g、e之间断路，若电路中只有一处故障，可知电热丝B断路或g、f断路。 （3）通过甲、乙容器中电阻的电流相等，且大于通过丙中容器中电阻的电流，而10Ω大于5Ω，根据可知，不计热量损失，通电后比较三个容器，在相同时间内乙容器中空气吸收的热量最多；设通过甲、乙容器中电阻的电流都为I，根据并联电路电压的规律及欧姆定律可知，通过丙中两电阻的电流相等，由串联和并联电路电流的规律可知，通过丙中容器电阻的电流为0.5I，根据可知，丙容器中电阻丝产生的热量最小，根据可知，乙容器空气吸收的热量与丙容器吸收的热量之比为 【跟踪训练2】在探究影响电流热效应因素的活动中，小明用电阻分别为R1和R2（R1<R2 ）的两段电阻丝，探究电流的大小、电阻和通电时间对产生热量的影响。 (1)实验的部分器材如图所示，瓶内装有 相等，初温相同的同种液体，实验中用 来比较两电阻丝产生热量的多少； (2)瓶内液体不能是 （选填“酒精”、“盐水”、“食用油”），理由是 ； (3)先将两瓶内电阻丝串联进行探究，发现B瓶内的温度计示数升高较快，则得出反应该现象的结论是 ； (4)接着，为了探究电流大小对电热的影响，小明将R1和R2并联后接入电路同时通电。则 中的电流较大， 产生热量多（选填“R1”、“R2”）。根据小明的实验能否得出电热与电流大小的定性关系？并说明理由 。 【答案】(1) 质量 温度计示数变化 (2) 盐水 盐水导电，使两个电阻短路，产生的热量相同 (3)电流和通电时间一定时，电阻越大，产生的热量越多 (4) R1 R1 见解析 【详解】（1）[1][2]电阻丝产生的热量不易直接观察，由转换法，可使等质量初温相同的液体吸收热量，根据，由温度变化确定产生的热量多少，故瓶内装有质量相等、初温相同的同种液体，实验中通过温度计示数变化比较产生热量的多少。 （2）[1][2]盐水导电，使两个电阻短路，产生的热量相同，故无法进行比较，故瓶内不能是盐水。 （3）两瓶内电阻丝串联，通过两电阻的电流和通电时间相同，由于R1<R2 ，且B瓶内的温度计示数升高较快，说明在电流和通电时间一定时，电阻越大，产生的热量越多。 （4）[1]由于R1<R2，将两电阻并联后接入电路，两电阻的两端电压相同，根据欧姆定律可得R1中电流大。 [2][3]根据 Q=W=UIt 因电压和通电时间相同，电流大的产生热量较多，所以产生热量多的电阻是R1；因为在电流和通电时间一定时，电阻越大产生的热量越多，虽然R1<R2，但R1产生的热量却更多，因此说明电流越大，产生的热量越多。 【典例2-2】小明用图甲电路测量一个额定电压为2.5V的小灯泡电阻，电源电压为3V。 (1)请用笔画线代替导线，将实物电路连接完整 ； (2)小明将滑动变阻器的滑片P置于最大阻值端，闭合开关，灯泡没有发光，电流表示数为0.1A，电压表示数为0.5V，则滑动变阻器的最大阻值是 Ω； (3)排除故障后，小明移动滑片P至某处时，电压表示数如图乙所示，要测量小灯泡正常发光时的电阻，应使滑动变阻器接入电路中的阻值适当变 一些，直到电压表示数变为 V； (4)小明通过连续移动滑片P，记下多组灯泡的电压和电流值，绘制出图丙I~U图像，小灯泡正常发光时的电阻是 Ω。老师指出小明绘制图像时的部分数据不是在真实的实验情境中获取的，依据是 ； (5)在整理器材时，小明发现变阻器的PB部分比PC部分更热，原因是： 。 【答案】(1) (2)25 (3) 小 2.5 (4) 10 见解析 (5)见解析 【详解】（1）测量小灯泡的电阻的实验，电压表需并联在小灯泡两端，由于小灯泡的额定电压为2.5V，则电压表所选量程为0~3V，电流表与电阻串联，如图所示： （2）由电路图可知，小灯泡与滑动变阻器串联，滑动变阻器的滑片P置于最大阻值端时，电压表的示数为0.5V，即小灯泡两端的电压为0.5V，则滑动变阻器的电压 滑动变阻器的最大阻值 （3）[1][2]由图乙可知，电压表的示数为2.2V，小于灯的额定电压2.5V，应增大灯泡两端的电压，根据串联电路电压的规律，应减小滑动变阻器的电压，由分压原理，应减小滑动变阻器连入电路中的电阻，故滑片应向B端移动，直到电压表示数为额定电压为2.5V。 （4）[1]小灯泡的额定电压2.5V，由图像可知，当灯泡的电压为2.5V时，电流为0.25A，则小灯泡正常发光时的电阻 [2]当滑动变阻器接入电路的阻值最大时，灯泡两端的最小电压为0.5V，最小电流为0.1A ，即灯泡两端的电压不可能小于0.5V，电流不可能小于0.1A，则绘制图像时的部分数据不是在真实的实验情境中获取的 （5）变阻器的PB部分与PC部分串联，电流相等，并且PB部分比PC部分电阻大，根据焦耳定律可知，在通电时间、电流相同时，PB部分产生的热量多。 【跟踪训练1】小明同学利用如图甲所示的电路，测量额定电压为的小灯泡的电功率。 (1)正确连接电路后闭合开关，小明发现小灯泡不发光，且电流表和电压表有示数但都很小，其原因可能是 。 (2)当变阻器滑片P移到某一位置时，电压表的示数为，若想测量小灯泡的额定功率，应将滑片P向 （选填“A”或“B”）端移动。 (3)他通过实验绘制出小灯泡的图像如图乙所示，则小灯泡的额定功率为 。 (4)小明突然想用电压表和一个已知阻值为的定值电阻，测量一只额定电流为的小灯泡正常发光时的电阻，他设计出图丙所示的电路图。方法如下： ①闭合开关、，断开，移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为 ； ②保持滑动变阻器的滑片不动， （选填“闭合”或“断开”）开关、闭合开关，读出此时电压表示数为； ③小灯泡正常发光时电阻的表达式= （用已知量和所测物理量符号表示结果）。 (5)小明将规格不同的两个灯泡串联，过了一段时间，发现两个灯泡的温度不同，于是猜想到电流通过导体产生的热量与 （选填“电阻”“通电时间”或“电流”）有关。针对猜想设计如下实验：在甲、乙、丙、丁四个相同容器里装有质量、初温相同的水和煤油，每个容器放入电阻丝和温度计（未画出），其关系为，实验过程中不考虑热量散失。他应该选择 容器对其猜想进行探究。实验时通过观察 来比较电流产生的热量多少。 【答案】(1)小灯泡的实际功率太小 (2)B (3)0.625 (4) 断开 (5) 电阻 甲、乙 温度计示数的变化 【详解】（1）正确连接电路后闭合开关，电流表和电压表有示数但都很小，说明电路是通路，且灯泡没有短路，小灯泡不发光，说明小灯泡实际功率太小。 （2）当变阻器滑片P移到某一位置时，电压表的示数为2.2V，小于灯泡额定电压2.5V，若想测量小灯泡的额定功率，应增大灯泡两端电压，根据串联电路电压规律，应减小滑动变阻器两端电压，根据分压原理，应减小滑动变阻器接入电路的阻值，故应将滑片P向B端移动。 （3）由图乙可知，当灯泡两端电压为2.5V时，通过灯泡的电流为0.25A，则小灯泡额定功率为 （4）[1][2][3]①闭合开关S、S1，断开S2，移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为I0R0； ②滑动变阻器的滑片不动，断开开关S1、闭合开关S2，读出此时电压表示数为U； ③在步骤①中，灯泡与定值电阻串联后再与滑动变阻器串联，电压表测R0两端的电压，调节滑动变阻器的滑片，使电压表读数为I0R0，此时通过灯泡的电流为额定电流，灯泡正常发光；在步骤②中，灯泡与定值电阻串联后再与滑动变阻器串联，电压表测灯泡与R0两端的总电压，因此时各电阻的大小和电压不变，灯泡仍正常工作，根据串联电路电压的规律可知此时灯泡两端电压为 则小灯泡正常发光时电阻表达式为 （5）[1]将规格不同的两个灯泡串联，灯泡的电阻不同，串联电路电流处处相等，过了一段时间，发现两个灯泡的温度不同，说明产生的热量不同，猜想到电流通过导体产生的热量与电阻有关。 [2]探究电流通过导体产生的热量与电阻有关，应控制电流和通电时间相同，电阻的大小不同，因此应选择甲、乙容器。 [3]根据转换法，实验时通过观察温度计示数的变化来比较电流产生的热量多少。 【跟踪训练2】物理兴趣小组的同学完成了两个实验探究： （1）为观察水沸腾实验，该小组组装了如图A的装置： ①水沸腾时冒出的“白气”是 现象（填物态变化名称）； ②水沸腾时的温度如上图B所示，此时水面上方的气压 （选填“高于”“低于”或“等于”）标准大气压； ③如图C，若将试管里的水放在烧杯中加热，当烧杯中的水沸腾以后，试管中的水 （选填“能”或“不能”）沸腾。 （2）如图乙，探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关。两个透明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。闭合开关前，图中与左、右容器相连的两个U形管内液面相平。 ①右边容器外部并联一个5Ω电阻，是为了使左右容器内导体的 不相等； ②实验中是通过观察U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，与其采用的物理研究方法相同的是 （选填“A”或“B”）； A．通过观察海绵的凹陷程度，反映压力的作用效果 B．保持压力大小不变，改变接触面的粗糙程度，探究影响滑动摩擦力大小的因素 ③让图乙装置冷却到初始状态，把右边容器外部并联的5Ω电阻折入右边容器内，并使之与右边容器内的5Ω电阻并联此时右边容器内密封着与左边容器内等量的空气，接通电源比较两瓶内电阻丝发热多少，此时该装置是探究电流产生的热量跟 的关系。 【答案】 液化 低于 不能 电流 A 电阻 【详解】（1）①[1]水沸腾时冒出的“白气”是汽化后的水蒸气遇到冷的空气液化形成的小水滴，不是水蒸气。 ②[2]1标准大气压下水的沸点是100℃，乙图中水沸腾时的温度是98℃，液体沸点的大小跟气压有关，气压越大，沸点越高，所以乙图水面上方的气压低于标准大气压。 ③[3]烧杯中的水沸腾时，根据热传递原理，试管内的水可以达到沸点，但是不能再从烧杯内水中吸收热量，所以试管中的水无法沸腾。 （2）①[4]由图乙可知，右边容器内外两电阻并联后与左边容器内的电阻串联，右边容器两电阻的电流之和等于左边容器中电阻的电流，所以右边容器外部的电阻的作用是为了使左右容器内导体的电流不相等，因为左右容器内两导体的阻值相等，必须让两电阻的电流不同，才能探究电流产生的热量与电流的关系。 ②[5]实验中是通过观察U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，采用的物理研究方法是转换法，与其采用的物理研究方法相同的是通过观察海绵的凹陷程度，反映压力的作用效果。 ③[6]由图知，左容器内电阻中通过的电流与右边容器内两个电阻通过的总电流相同，通电时间相同，但通过左边容器内一个5Ω电阻在干路上，阻值大于右边容器内两个5Ω电阻并联后的总电阻，根据控制变量法可知该装置是探究电流产生的热量跟电阻的关系。 题型3 多挡位问题 1. 多挡位问题的实质 实质：多挡位（如电饭煲的加热、保温挡）的本质是利用开关改变电路的连接方式，从而改变电路的总电阻，实现不同电功率（通常为高、中、低挡）的输出。 原理：在电源电压U一定时，根据公式P=，电路的总功率与总电阻成反比。 总电阻最小时，电路的总功率最大，对应高温（加热）挡。 总电阻最大时，电路的总功率最小，对应低温（保温）挡。 总结：确定电路不同状态下的功率，根据功率大小确定挡位后带入公式计算。 2. 常见电路模型 （1）短路型： 电路中有两个电阻R1和R2 高温挡：开关S2闭合使其中一个电阻（如R2）短路，此时只有R1工作，总电阻最小，总功率最大。 低温挡：开关S2断开，两电阻串联，总电阻最大，总功率最小。 （2）并联型： 电路中有两个电阻R1和R2，通过开关控制它们单独或同时工作。 高温挡： 两电阻并联工作，总电阻最小，总功率最大。 低温挡： 仅一个电阻单独工作，总电阻较大，总功率较小。 注：更复杂的电路中，可实验大中小三个功率，实现三个挡位的切换。 3. 关键解题步骤 分析挡位： 根据题意明确哪个是高温挡（大功率）、哪个是低温挡（小功率）。 分析电路： 分析对应挡位下开关的通断状态，画出等效电路图。 计算电阻： 通常先利用 P = U²/R 求出各电阻的阻值。 求解问题： 再利用串并联规律、欧姆定律、电功率和焦耳定律公式求解题目要求的物理量。 【归纳总结】 多挡位问题的解题关键在于对挡位的对应判断，将开关移到不同位置，判断此时电路中的功率大小实现一一对应。 【典例3-1】生活处处有物理，用心观察皆学问。小明尝试探索家用电器的工作原理。 (1)某家用电热水器的工作原理如图甲所示（已知两电阻丝的阻值相等，电源电压保持不变），它有高温、中温、低温三个挡位。当开关接b，断开时，它是处于 挡，此时电路功率为；当开关接a，闭合，此时电路功率为，则 。 (2)如图乙所示，电源电压不变，在a，b间接一个“3V  1W”的小灯泡，调节滑动变阻器的滑片P至图示位置时，小灯泡正常发光。若在a，b间换接一个“3V  1.5W”的小灯泡，欲使其正常发光，滑片P应向 （选填“左”或“右”）移动，滑片移动的过程中，电路总功率的变化情况是 。 【答案】(1) 低温 1∶4 (2) 左 变大 【详解】（1）[1]当开关接b，断开时,两电阻丝串联，此时电路中的总电阻最大，总电流最小，根据可知，当电源电压不变时，电流越小，电功率越小，所以此时电路中的功率最小，处于低温挡，此时电功率 [2]当开关接a，闭合，两个电阻丝并联，根据并联电路中的功率关系得，此时电路的电功率 则 （2）[1]“3V  1W”的小灯泡L1正常工作时的电阻 “3V  1.5W”的小灯泡L2正常发光时的电阻 两灯泡正常发光时的电压均为， 根据串联电路的分压原理可知，当a，b间换成L2时，因为其电阻比L1小，故分压能力变弱，为了灯泡L2正常发光，L2两端电压要增大到3V，则应增大电路中的电流，所以要调小滑动变阻器的阻值，由图乙可知，要调小滑动变阻器的阻值，滑片P应向左移动。 [2]L1正常工作时的电流 L2正常工作时的电流 故将L1换成L2时，电路中的电流变大，电源电压不变，根据可知，电路的总功率变大。 【跟踪训练1】如图甲所示的电热水壶具有“加热”和“保温”两个挡位，其电路图如图乙所示，、均为加热电阻，，电源电压保持不变。 (1)电热水壶使用三脚插头，目的是让电热水壶的金属外壳与 相连。 (2)若只闭合开关，电热水壶处于 挡；再闭合开关，通过电阻的电流将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 (3)若让该电热水壶单独接入家庭电路中，并使其处于正常加热状态，观察到家中标有“3000imp/（kW·h）”字样的电能表在1min内闪烁了60次。则该电热水壶的保温功率为 W。（不考虑能量损失） 【答案】(1)大地 (2) 保温 变大 (3)400 【详解】（1）电热水壶使用三脚插头，使用电器的金属外壳通过地线与大地相连，防止因漏电造成的安全事故。 （2）[1]由图乙可知，当只闭合开关S1时，R1、R2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，此时电路的总功率最小，则电热水壶处于保温挡。 [2]闭合开关S1后，再闭合开关S2，此时R2被短路，电路中只有R1工作，电路中的电阻变小，由欧姆定律可知，电路中的电流变大，即通过R1的电流将变大。 （3）标有“3000imp/（kW·h）”字样的电能表在1min内闪烁了60次，则电热水壶消耗的电能 此时电热水壶处于正常加热状态，则加热挡的功率 由可知，R1的阻值 已知，则两电阻串联时的总电阻 此电热水壶的保温挡的电功率 【跟踪训练2】某品牌电热水壶简化电路图如图所示，通过调节开关S可实现高、中、低三个挡位，电热水壶高温挡功率为847W，低温挡功率为22W。将家中其它用电器都断开，电热水壶在低温挡工作，观察到标有字样的电能表指示灯在10min内闪烁 次；开关S与3、4触点相连时，电热水壶处于 （选填“高”、“中”或“低”）温挡；电热水壶处于高温挡时，R2的电功率为P1；处于低温挡状态时，R2的电功率为P2，且，则电阻R3＝ Ω，正常工作时用高温挡把水烧开需要10min，若在用电高峰期，家庭电路的实际电压为200V，用同样的挡位烧开相同质量的水需要 min。 【答案】 11 中 80 12.1 【详解】[1]根据可得，电热水壶在低温挡的功率 工作时间 消耗的电能 电能表指示灯在10min内闪烁的次数 [2]由可知，电压一定时，电阻越大，电功率越小。开关S与2、3触点相连时，R1和R2串联，总电阻R串最大，处于低温挡；开关S与3、4触点相连时，只有R2工作，处于中温挡；开关S与4、5触点相连时，R2和R3并联，总电阻R并最小，处于高温挡。 [3]高温挡工作时，R2的电功率 由 可知，低温挡工作时，电路中的电流 低温挡工作时，R2的电功率 根据题意可知，，即 解得 则高温挡工作时，R2的电功率 高温挡工作时，R3的电功率 由可得，R3的阻值 [4]由可知，高温挡工作时电路中的总电阻 家庭电路的实际电压为200V，高温挡的实际电功率 烧开相同质量的水消耗的电能相同，即 则需要的时间 【典例3-2】如图甲所示是小明家的蒸汽拖把。使用时，电热丝加热水，产生高温蒸汽从拖把头喷出，能在高效清洁地面的同时杀灭地面上的细菌。该蒸汽拖把的简化加热电路如图乙所示，有高低两个挡位，其中电阻为、的电阻器都是用来加热的，已知，低挡位的电功率为440W。[水的比热容为] (1)求低挡位正常加热时电路中的电流。 (2)求电阻。 (3)已知拖把水箱内水的质量为1kg，将水箱中的水从20℃加热到100℃需要高挡位工作594s，求蒸汽拖把高挡位的加热效率。（结果保留整数） 【答案】(1)2A (2) (3)77% 【详解】（1）低挡位正常加热时电路中的电流 （2）开关接1时，电路为R1的简单电路，总电阻较小，根据可知总功率较大，蒸汽拖把处于高挡位。开关接2时，R1、R2串联，总电阻较大，根据可知总功率较小，蒸汽拖把处于低挡位，根据欧姆定律可知总电阻 根据电阻串联的特点可知电阻的阻值 （3）消耗的电能 水吸收的热量 蒸汽拖把高挡位的加热效率 【跟踪训练1】如图甲是一款家用暖菜板的内部简化电路，和均为电热丝，高温挡额定电功率为440W，且的阻值是的3倍。乙图是在一次就餐使用过程中暖菜板功率与时间的图像。求： (1)暖菜板在高温挡正常工作时，通过电路的电流是多少； (2)的电阻是多少； (3)正常工作时，暖菜板低温挡的功率为多大； (4)如图乙所示，在某次就餐过程中共消耗多少电能？ 【答案】(1) 2A (2) 110Ω (3) 110W (4) 【详解】（1）根据题意，暖菜板在高温挡正常工作时的额定功率为440W，电源电压为220V。 根据电功率公式 可得，通过电路的电流 （2）分析电路图甲可知，当开关接2时，只有电阻R1接入电路，电路总电阻最小。根据电功率公式 可知，在电源电压不变的情况下，电阻越小，功率越大。因此，开关接2时为高温挡。 R1的电阻为 （3）当开关接1时，电阻R1和R2串联接入电路，电路总电阻最大，此时为低温挡。根据题意，R2的阻值是R1的3倍，则 低温挡时电路的总电阻 暖菜板低温挡的功率为 （4）由图乙可知，暖菜板在高温挡工作的时间为 在低温挡工作的时间 根据电能公式 可得，在就餐过程中消耗的总电能 【跟踪训练2】如图甲所示为某款具有三个挡位可调的智能加热菜罩，其简化电路如图乙所示，四个阻值相同且不变的加热电阻可通过旋转开关实现高、中、低三挡位切换。高温挡和中温挡电功率分别是200W和100W。 (1)当开关旋转到1位置时，智能加热菜罩处于什么挡？说明判断依据。 (2)加热电阻的阻值为多大？ (3)该加热菜罩低温挡的电功率为多大？ (4)如图丙为加热菜罩某次工作时的P-t图像，则此次加热菜罩共消耗多少电能？ 【答案】(1) 低温挡，理由见解析 (2) 484Ω (3) 50W (4) 【详解】（1）当开关旋转到1位置时，电路中R3和R4串联接入电路，此时电路中的总电阻最大，由可知，电路中的总功率最小，智能加热菜罩处于低温挡。 当旋转开关接2位置时，电路中只有R3接入电路，总电阻较大，由可知，电路中的总功率较小，智能加热菜罩处于中温挡。 当旋转开关接3位置时，电路中R1和R2并联接入电路，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，智能加热菜罩处于高温挡。 （2）设每个加热电阻的阻值为R。中温挡时，由可知， （3）该加热菜罩低温挡的电功率 （4）消耗的电能 题型4 非纯电阻电路的电功率 1. 非纯电阻电路的特点 定义：电能除了转化为内能外，还主要转化为其他形式能量的电路。 常见实例：电动机（电能→机械能+内能）、电解槽（电能→化学能+内能）、日光灯镇流器（电能→磁能+内能）等。 能量转化关系：总功率P总=UI，热功率P热=I2R，输出功率P出=P总－P热=UI－I2R。 输出效率：=1－ 2. 非纯电阻电路的特点 电功（消耗的总电能）：W总= UIt（普适） 电热（产生的热量）：Q=I²Rt（普适） 总功率：P总=UI（普适） 发热功率：P热=I2R（普适） 输出功率（其他能功率）：P出=P总－P热=UI－I2R ★特别提醒 对于非纯电阻电路，欧姆定律不再适用，用欧姆定律所推导出的电功与电功率计算公式自然也不再适用，解题时涉及到电动机，需注意公式的选择。 对于电动机与其他电阻组成的电路，欧姆定律不适应于电动机，但其他电阻可用。且串联电流相等，并联电压相等等规律依然适用。 3. 解题要点 识别电路：首先判断用电器是否为电动机等非纯电阻元件。 分清能量：严格区分总功（总电能）、有用功（其他能）、无用功（热耗）。 选对公式：牢记公式的适用范围，特别是计算热量必用 Q = I²Rt。 挖掘条件：题目常会给出机械效率（）、转速、牵引力等物理量，用于建立能量转换的等量关系。 【典例4-1】电动机与小电珠串联接入电路，电动机正常工作时，小电珠的电阻为R1，两端电压为U1，流过的电流为I1；电动机的内电阻为R2，两端电压为U2，流过的电流为I2，则（　　） A．I1<I2 B． C． D． 【答案】D 【详解】A．小电珠与电动机串联，所以I1=I2，故A错误，不符合题意； BCD．对小电珠，由欧姆定律可得，电动机正常工作时由于线圈切割磁感线产生反电动势抵消部分电压，则，有 故D正确，符合题意；BC错误，不符合题意。 故选D。 【跟踪训练1】一台线圈电阻为0.3Ω电动机，接在12V的电源上时，通过电动机的电流为0.5A，在5min内电流产生的热量是 J，转化成的机械能是 J，则电动机的效率是 。（保留一位小数） 【答案】 22.5 1777.5 98.8﹪ 【详解】[1]线圈电阻5min内产生的热量 Q=I2Rt=(0.5A)2×0.3Ω×5×60s=22.5J [2]电动机5min消耗的电能 W=UIt=12V×0.5A×5×60s=1800J 电流做的功转化为的机械能 [3]这台电动机电能转化为机械能的效率 【跟踪训练2】小明将线圈电阻为4.84Ω的电动机接入220V的家庭电路中，关闭其它用电器，只让电动机工作时，观察到他家标有2000imp/(kW.h)的电能表3min内闪烁了100次，则电动机在这段时间内消耗的电能为 kW.h，电动机线圈产生 J的热量。 【答案】 0.05 【详解】[1]电动机在这段时间内消耗的电能为 [2]根据公式可以求出电动机线圈的电流为 电动机线圈产生热量为 【典例4-1】某视频展示台配套使用的投影幕是依靠电动机来控制升降的，小明用如图所示的电路进行模拟研究，电路中直流电动机的线圈电阻为2Ω，R0为阻值是10Ω的定值电阻，电源电压保持12V不变，闭合开关S，当电动机正常工作时，匀速提升重为0.4N的物体，此时电压表示数为6V．求： （1）电动机正常工作时，通过它的电流是多大？ （2）电动机正常工作2s所消耗的电能是多少？ （3）若电动机正常工作时，有5%的机械能用来提升物体，物体在2s内上升的高度是多少？ 【答案】（1）0.6A（2）7.2J（3）0.72m 【详解】由图知，电阻R0和电动机串联，电压表测量电动机两端的电压， （1）根据串联电路电压的规律可得，R0两端的电压：U0=U-UM=12V-6V=6V； 因串联电路电流处处相等，则电动机正常工作时，通过它的电流： I===0.6A； （2）电动机正常工作2s所消耗的电能： W=UMIt=6V×0.6A×2s=7.2J； （3）电动机正常工作时产生的热量： Q=I2RMt=（0.6A）2×2Ω×2s=1.44J， 电能转化为的机械能： W机械能=W-Q=7.2J-1.44J=5.76J； 由题意可知，提升物体做的功： W有用=ηW机械能=5%×5.76J=0.288J， 由W=Gh可得，物体在2s内上升的高度： h===0.72m． 【跟踪训练1】随着我国5G技术的推广，无人驾驶电动公交车正式运行，该车上配有激光雷达、摄像头、卫星导航等设备，在5G的支持下，公交车的智能性大大提高，能够实时对其他道路使用者和突发状况作出反应，已实现自动驾驶下的行人和车辆监测、减速避让、紧急停车、障碍物绕行、变道、自动按站停靠等功能，无人驾驶公交车的部分信息如表所示。 车身净重 3t 车载电源 50V 最大承载量 2t 电池容量 1000Ah （1）如图所示电车的某部分电路，定值电阻R的阻值为20Ω，电动机线圈电阻为2Ω，闭合开关S，电流表A1的示数为5.5A，A2的示数2.5A，则电路消耗的总功率为 W，1min内电流通过电动机产生的机械能为 J； （2）在进行续航测试实验时，电车分别以50km/h和70km/h匀速直线行驶18km，已知电机功率P与汽车速度v的关系如图所示，则速度50km/h和速度为70km/h行驶时的能耗之比为 （电车能耗指的是消耗的能量与里程之比）。 【答案】 275 7920 7︰6 【详解】解：（1）电路消耗的总功率 1min内产生的电能 产生的内能 电流通过电动机产生的机械能 （2）由图可知，速度为时，电车的功率与速度成正比，关系式为 速度50km/h匀速行驶时电车的功率 速度50km/h和速度为70km/h行驶时的能耗之比 答：（1）电路消耗的总功率为275W，1min内电流通过电动机产生的机械能为7920J； （2）速度50km/h和速度为70km/h行驶时的能耗之比为7︰6。 【跟踪训练2】在物理项目化学习活动中，某科技小组设计了一个可调光台灯，它在夏天还可以单独用小风扇扇风，其原理如图所示。电源电压恒为9V，小风扇的电动机上标有“9V 9W”字样，滑动变阻器R2的规格为“50Ω 1A”，小灯泡上标有“6V 3W”字样（忽略灯丝电阻变化）。求： (1)小灯泡正常发光时的电阻； (2)当S1闭合，S2断开时，通电5min，小风扇的电动机消耗的电能； (3)当S2闭合，S1断开时，从左向右调节滑动变阻器滑片，在电路安全的情况下，滑动变阻器的阻值调节范围。 【答案】(1)12Ω (2)2700J (3)6~50Ω 【详解】（1）由得，小灯泡正常发光时的电阻 （2）当S1闭合，S2断开时，小风扇的电动机接在9V电源上正常工作， 通电时间 小风扇消耗的电能 （3）当S2闭合、S1断开时，小灯泡与滑动变阻器 R2串联接在 9 V 电源上。由得，灯泡的电流为 串联电路中电流处处相等，为了电路安全，其电流不应超过 0.5 A，由得，串联电路总电阻最小为 由串联电路电阻特点得，滑动变阻器接入电路最小电阻为 滑动变阻器最大阻值为 50 Ω，故 R2的调节范围为 6~50 Ω。 【能力培优练】 1．如图是探究“影响电流热效应”的实验装置，将两电阻丝密封在两只完全相同的烧瓶内，且，瓶内装入等质量的煤油。下列说法错误的是（　　） A．烧瓶内选用液体煤油，利用了煤油比热容小升温快的特点 B．该装置可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻的关系 C．闭合开关后，甲管中煤油温度上升比乙快 D．滑动变阻器的滑片向右移，两管中煤油温度上升更快 【答案】D 【详解】A．做该实验时，煤油比热容小升温快，可以在较短的时间内达到明显的实验效果，便于观察实验现象，故A正确，不符合题意； B．根据控制变量法，此实验中电阻大小不同，电流与通电时间相同，因此该装置可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻的关系，故B正确，不符合题意； C．电路中是串联关系，所以闭合开关后两电阻的电流相等，通电时间相等，根据焦耳定律可知，相同时间内R1产生的热量较多，所以甲管中煤油温度上升比乙快，故C正确，不符合题意； D．滑动变阻器的滑片向右移，变阻器连入电路的电阻变大，电路的电流变小，根据可知，相同时间每个电阻产生的热量变小，两管中煤油温度上升更慢，故D错误，符合题意。 故选D。 2．图甲是小灯泡L和电阻R的图像。将小灯泡L和电阻R接入图乙所示的电路中，只闭合时，电流表的示数为0.5A。电源电压恒定，再闭合，通电10s，下列说法正确的是（　　） A．电源电压为6V B．R的电阻是10Ω C．小灯泡的电功率是1W D．电阻R产生的热量为8J 【答案】D 【详解】A．只闭合S1时，R断路，只有小灯泡接入电路，电流表的示数为0.5A ，即通过小灯泡的电流为0.5A，由图甲可知，此时小灯泡两端的电压为，电源电压等于小灯泡两端电压，即，故A错误； B．S1、S2都闭合时，R与小灯泡并联，根据并联电路中电压关系可知，R两端电压，由图甲知，此时通过R的电流，则R的阻值，故B错误； C．通过小灯泡的电流为，小灯泡两端的电压为，则小灯泡的电功率，故C错误； D．通过R的电流，通电时间，则R产生的热量，故D正确。 故选D。 3．如图是探究“电流通过导体产生热量与哪些因素有关”的实验装置，两个相同的透明容器中密封着等量的空气，其中。下列说法正确的是（　　） A．只闭合，可以探究电流产生的热量与电流的关系 B．只闭合，一段时间后，左侧U形管液面高度差较小 C．闭合和，通过的电流是通过电流的0.5倍 D．闭合和，可探究电流产生的热量与电阻大小关系 【答案】B 【详解】A．只闭合，两个电阻不同的电热丝串联，电流和通电时间相同，可以探究电流产生的热量与电阻的关系，A错误； B．只闭合，因为，所以在电流和通电时间相同时，电阻越大的导体，电流产生热量越多，所以左侧U形管液面高度差较小，故B正确； C．闭合和，R2与R3并联且电阻相同，设通过R2的电流为I，根据并联电流和串联电流规律可知，通过R1的电流为2I，所以通过R1的电流是R2电流的2倍，故C错误； D.闭合和，没有控制电流相同，不能探究电流产生的热量与电阻大小关系，D错误。 故选B。 4．一台标有“”的迷你小电风扇，其电动机的线圈电阻为，使其正常工作，下列说法错误的是（　　） A．消耗的电能为 B．因发热损失的电功率为 C．可以转化为的机械能 D．该电动机的效率为 【答案】B 【详解】A．由可得，小电风扇正常工作1min消耗的电能，故A正确，不符合题意； B．小风扇正常工作时通过线圈的电流 则因发热损失的功率，故B错误，符合题意； C．1min产生的热量 小电风扇正常工作1min产生的机械能，故C正确，不符合题意； D．该电动机的效率，故D正确，不符合题意。 故选B。 5．小明家新购置了一台电热水器，该热水器设有高、中、低三挡，简化工作电路如图所示，电热丝，电热丝。以下说法正确的是（　　） A．电热水器工作的原理是电流的化学效应 B．开关S、闭合，断开时，电热水器处于中挡位 C．三个开关都闭合时是中挡位 D．电热水器处于低挡位时2min产生的热量是 【答案】D 【详解】A．电热水器工作的原理是电流的热效应，故A错误； B．由图可知，开关、闭合，断开时，电路中只有工作，总电阻最大，由可知，此时电功率最小，电热水器处于低挡位，故B错误； C．三个开关都闭合时， 与并联，总电阻最小，由可知，此时电功率最大，是高挡位，故C错误； D．电热水器处于低挡位时，2min产生的热量 故D正确。 故选D。 6．某电热水壶有甲、乙两根电热丝，若把甲电热丝接入某恒压电路，烧开一壶水要；若把乙电热丝接入原电路，烧开一壶水要，不考虑热损失，则下列判断正确的是（　　） A．甲、乙电热丝的电阻之比为 B．甲、乙电热丝的电阻之比为 C．若把甲、乙电热丝并联后接入原电路，则烧开这壶水需要的时间是 D．若把甲、乙电热丝并联后接入原电路，则烧开这壶水需要的时间是 【答案】C 【详解】AB．烧开同一壶水所需的热量Q相同，电压U不变，根据焦耳定律可知，，加热时间，，甲、乙电阻之比 故A错误，B错误。 CD．并联时总电阻： 甲、乙电热丝并联和乙电热丝烧开这壶水需要的热量Q相同，则 故C正确，D错误。 故选C。 7．图甲、乙是某种暖手宝及其主要参数，暖手宝内有水及电加热元件等，使用前要先给暖手宝通电加热。假设暖手宝加热效率是70%，在额定电压下，将水由室温10℃加热至自动断电[]。下列说法正确的是（　　） A．暖手宝加热时电加热元件是利用热传递的方式增加内能的 B．此次加热过程中，暖手宝电加热时间为660s C．暖手宝电加热时消耗的电功率一定是500W D．暖手宝暖手时放出热量 【答案】B 【详解】A．电加热元件是通过电流做功（电功）的方式增加内能，并非热传递，故A错误； B．水吸收的热量：，消耗的电能，加热时间：，故B正确； C．额定功率是额定电压下的功率，实际电压不确定时，实际功率不一定为 500W，故C错误； D．暖手宝暖手时放出的热量小于（存在热量损失），故D错误。 故选B。 8．如图所示的电路中，电源电压保持不变，为定值电阻，为滑动变阻器。闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片，当电压表与的示数之比为时，的功率为0.75W；再次移动滑片，当与的示数之比为时，工作10min产生的热量 J。 【答案】4050 【详解】分析电路图可知：电路中与串联，测电压，测电压，电流处处相等。 当时，设，，电源电压 的功率 串联电流 得 当时，设，，电源电压 故 即 此时，由 第二次的功率 工作10min产生的热量 9．物理兴趣小组设计了一个乙图所示电路，通过实验绘制的小灯泡的图像如图甲所示，只闭合开关，电流表的示数为0.2 A；再闭合开关时，电流表的示数为0.25 A。则电源电压为 V；只闭合开关时，电阻两端的电压为 V，工作5 min，电阻产生的电热为 J。 【答案】 2.5 1 60 【详解】[1][2]只闭合开关与L串联，电流表测量电路中的电流，再闭合开关时，被短路，只有L工作，此时小灯泡L两端的电压等于电源电压，根据电流为0.25 A，从图像知，电压为2.5 V，即电源电压；当只闭合开关，灯泡的电流为0.2 A，电压为1.5 V，根据串联电路的特点知，电阻两端的电压 [3]工作5 min，电阻产生的电热为 10．如图甲所示，电源电压U=3V保持不变，闭合开关S，两电表示数变化关系用图乙中线段AB表示。当滑片P在R2中点时，电阻R1在2min产生的热量是 J。 【答案】27 【详解】由图甲可知，定值电阻R1与滑动变阻器R2串联，电压表测滑动变阻器R2两端的电压，电流表测电路中的电流，当滑片位于b端时，滑动变阻器接入电路的电阻为零，由欧姆定律可知，由图乙可知此时电路中的电流为0.3A，则R1的阻值 当滑片位于a端时，滑动变阻器接入电路的电阻最大，此时电路中的电流最小，由图乙可知，此时滑动变阻器两端电压为2V，此时电路中的电流为0.1A，由欧姆定律可知，滑动变阻器的最大阻值 当滑片P在R2中点时，R2接入电路的阻值为10Ω，电路中的电流 由得，电阻R1的在2min产生的热量是 11．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 来反映电阻产生热量的多少，下列实验中，也运用了这种实验方法的是 （多选，填序号）； ①探究液体压强的特点；            ②比较不同物质的吸热本领； ③探究电流与电压、电阻的关系；    ④用水波理解声波。 (2)闭合开关，通电一段时间，观察到右侧液面高于左侧液面，如图甲所示。表明在电流和通电时间相同的情况下， 越大，产生的热量越多； (3)乙图中与并联，目的是使通过与的 不同； (4)乙图中，若只将换成15Ω的电阻，通电5min 后左边空气盒内电阻产生热量与右边空气盒内电阻产生热量之比是 ； (5)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，与其他小组的实验现象都不同，经检查气密性良好请你分析实验现象不同的原因是： 。 【答案】(1) U形管液面高度差 ①② (2)电阻 (3)电流 (4)16:9 (5)电阻R3断路 【详解】（1）[1]电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，根据转换法，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，液面高度差越大说明容器中产生的热量越多。 [2]①探究液体压强的特点，通过U形管中液面高度差反映液体压强大小，运用了转换法； ②比较不同物质的吸热本领，通过温度计示数变化反映物质吸热多少，运用了转换法； ③探究电流与电压、电阻的关系，运用了控制变量法； ④用水波理解声波，运用了类比法。 所以也运用了转换法这种实验方法的是①②。 （2）由图甲可知，闭合开关，两电阻丝串联，则通过两电阻丝的电流相同，通电时间相同，右侧电阻丝阻值较大，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，故表明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）由图乙可知，三个电阻相等，其中R3与R2并联，再与R1串联，则经过R1的电流等于经过R2和R3的电流，因此通过R1、R2的电流是不同的，故R3与R2并联，目的是使通过R1和R2的电流不同。 （4）由图分析可知，R3与R2并联，再与R1串联，根据并联电路电压特点可知，R3与R2两端电压相等，即，由欧姆定律可得，通过R2的电流 通过R3的电流 则通过R1的电流 根据焦耳定律，可知通电时间相同，电阻大小相同，则 （5）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，说明左右两侧产生的热量相同，因为R1和R2的电阻相等，通电时间相同，且产生的热量相同，说明通过两个电阻的电流相同，即R3中没有电流，故可能是电阻R3断路了。 12．电热锅是家中常见的用电器，如图甲的电热锅能实现三挡位调温。该电热锅的电路简图如图乙，其额定电压为220V，其中两电热丝的电阻分别为、（电阻不随温度变化），，调节开关、、可实现三个挡位的调节（、不会同时闭合，、不会同时闭合），部分参数如下表所示。求： 额定电压 220V 高温挡功率 中温挡功率 880W 保温挡功率 (1)只闭合开关 时，电热锅处于高温挡； (2)电阻； (3)保温挡正常工作时，电阻为的电热丝的电功率； (4)高温挡工作100s产生的热量。 【答案】(1)、 (2) (3) (4) 【详解】（1）根据电功率公式可知，在电源电压U一定时，电路的总电阻R总越小，电功率P越大。分析电路图可知：当只闭合S2时，R1与R2串联，总电阻最大，功率最小，为保温挡。当只闭合S3时，只有R1接入电路，为中温挡。当闭合S1和S3时，R1与R2并联，总电阻最小，功率最大，为高温挡。 （2）电热锅处于中温挡时，功率为880W。根据电功率公式可得，电阻R1的阻值为 （3）保温挡时，电阻R1和R2串联，电路总电阻最大。电路的总电阻为 此时电路中的电流为 电阻R2的电功率为 （4）高温挡时，电阻R1和R2并联，R2工作时的功率 R1两端电压仍等于电源电压，即R1功率仍等于中温挡时的功率，电热锅的总功率等于各支路功率之和，即 高温挡工作时间100s产生的热量 13．如图所示，电源电压不变，小灯泡L标有“6V 2.4W”字样（忽略温度对灯丝电阻的影响），定值电阻的阻值为，滑动变阻器标有“ ”字样，电压表量程为，电流表量程为。闭合开关、，断开开关，小灯泡恰好正常发光。 (1)求电源电压； (2)断开开关、，将的滑片移至最右端，闭合开关，求内电流通过定值电阻产生的热量； (3)在电路元件都安全的前提下，要使小灯泡发光且电路总功率最大，应如何控制开关？滑动变阻器接入电路的电阻为多大？ 【答案】(1)6V (2)12J (3)开关、、均闭合，30Ω 【详解】（1）闭合开关、，断开开关，此时滑动变阻器断路，定值电阻短路，小灯泡恰好正常发光。小灯泡正常发光时，实际电压等于额定电压，即 此时只有小灯泡一个用电器，小灯泡两端电压就等于电源电压，即 （2）断开开关、，闭合开关，此时滑动变阻器和定值电阻串联接入电路，将的滑片移至最右端，滑动变阻器全部接入电路，即滑动变阻器接入电路的阻值为 由可得，通过电路的电流为 根据焦耳定律可知，电流通过定值电阻产生的热量为 （3）要使小灯泡发光，则开关必须闭合保证小灯泡接入电路；并且电路总功率最大，由可得，电源电压不变，则要求总电阻最小，总电流最大，同时要保证给电路元件处于安全的状态。以下是考虑的几种电路结构： （1）当只闭合开关时，小灯泡与定值电阻串联，此时电路的总电阻为 （2）当闭合开关、，断开开关，此时滑动变阻器断路，定值电阻短路，小灯泡恰好正常发光，此时电路的总电阻为 （3）当闭合开关、，断开开关，小灯泡与滑动变阻器并联后在与定值电阻串联，此时电路的总电阻为 （4）当三个开关均闭合时，定值电阻短路，小灯泡与滑动变阻器并联，此时电路的总电阻为 从总电阻要求最小来分析，最合适的方案为当三个开关均闭合时，定值电阻短路，小灯泡与滑动变阻器并联，此时电路的总电阻最小。此时，定值电阻短路，电压表示数为零，电压表安全；根据并联电压规律可知，此时小灯泡两端电压为 此时小灯泡正常发光，通过小灯泡的电流为 要保证电流表的安全，则通过滑动变阻器的最大电流为 由可得，此时滑动变阻器接入电路的电阻为 【链接中考】 1．（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。 2．（2025·江苏盐城·中考真题）电炉中的电阻丝通电一段时间后变得很烫，但连接电炉的导线却不怎么热。电路中，通过导线与电阻丝的电流 ，而导线电阻远 电阻丝电阻，使导线在相同时间内产生的热量很 。 【答案】 相等 小于 少 【详解】[1]因为电炉中的电阻丝和导线是串联的，根据串联电路的电流特点，通过导线与电阻丝的电流相等。 [2][3]根据焦耳定律，电阻丝很烫而连接电炉的导线却不怎么热，是因为在电流和时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量Q就越多，就会越热，因为导线电阻远小于电阻丝电阻，所以在相同时间内，导线产生的热量很少。 3.（2025·江苏无锡·中考真题）一种简易的泡沫塑料切割装置电路如图所示，电源电压为6V，用以切割的金属电热丝R的阻值为1Ω，闭合开关S后，电路中电流为 A，10s内电热丝R产生的热量为 J。若要减小电热丝R的发热功率，请写出一种合理做法： 。 【答案】 6 360 减小电源电压 【详解】[1]由图得，电路为R的简单电路，由欧姆定律得，电路中电流为 [2]10s内电热丝R产生的热量为 [3]由得，可以通过减小电源电压或者增大R的阻值，减小电热丝R的发热功率。 4．（2023·江苏南京·中考真题）某型号的电热水器有高、中、低三挡位，其简化电路如图所示，R1和R2为电热丝，闭合开关S、S1，S2接b，电流表示数为10A，再断开S1，电流表示数变化了8A。则（1）R1= ； （2）低温挡工作2min产生的热量是 J； （3）高温挡功率为 W。 【答案】 22 【详解】（1）[1]闭合开关S、S1，S2接b，电路为R1的简单电路，电流表示数为10A，则R1的电阻为 （2）[2]当开关S、S1断开，S2接b时，电路中电阻最大，根据可知，为低温挡，此时电路中的电流为 低温挡工作2min产生的热量是 （3）[3]保温当时，两电阻串联，电路的总电阻为 则R2的电阻为 闭合开关S、S1，S2接a时，两电阻并联，电路中的总电阻最小，根据可知，为高温挡，高温挡功率为 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，能在低温挡和高温挡间自动切换。当触点“1”与“2”接通时，处于低温挡；当触点“1”与“2”“3”同时接通时，处于高温挡。高温挡功率是低温挡功率的3倍。求： (1)低温挡时，R1中通过的电流及10s内放出的热量； (2)高温挡时，电阻R2的功率。 【答案】(1)4400J (2)880W 【详解】（1）当触点“1”与“2”接通时，电路为R1的简单电路，处于低温挡。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）低温挡功率 因为高温挡功率是低温挡功率的3倍，所以高温挡功率 当触点“1”与“2”“3”同时接通时，R1与R2并联，处于高温挡。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 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 三、电流的热效应 焦耳定律 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 焦耳定律及其应用 1 题型2 实验探究—影响电流热效应的相关因素 5 题型3 多挡位问题 10 题型4 非纯电阻电路的电功率 14 【能力培优练】 17 【链接中考】 23 【重难题型讲解】 题型1 焦耳定律及其应用 1. 焦耳定律的基本概念 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。 焦耳定律：电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比，与电阻的大小成正比，与通电的时间成正比。公式：. 2. 电热和电功的关系 （1）纯电阻电路：电流做功将电能全部转化为内能（热能）的电路，初中阶段大多数的电路均为纯电阻电路。例如：电炉、电饭煲、白炽灯等。 在纯电阻电路中，因为电能全部转化为内能，电热和电功相等。 关系：Q=W=UIt==Pt. (2)非纯电阻电路：电流做功将电能转化为内能和其他形式的能（如机械能、化学能），初中阶段的非纯电阻电路主要指涉及电动机的电路。 关系：Q＞W，Q=，W=UIt. 3. 电热的比值计算（纯电阻电路） 串联电路中的比例关系： 并联电路中的比例关系： 对于纯电阻电路而言，电热与电功相等，相同时间内，串正并反的关系依然适用于电热和电功。 ★特别提醒 在分析电热问题时，首先判断电路是否为纯电阻电路。牢记Q=I²Rt是计算电热的普适公式，而 Q=和Q= UIt仅适用于纯电阻电路。 【归纳总结】 焦耳定律是计算电路中热量的公式，热量由电流，电阻大小与通电时间共同决定。 【典例1-1】如图甲所示的电路中，电源电压保持不变，定值电阻R的阻值为5Ω，灯L的额定电压为3V，且灯L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，灯L正常发光，则灯L正常工作时的电阻为 Ω；再闭合开关，电流表示数为 A，1min内电流通过定值电阻R产生的热量为 J。 【跟踪训练1】如图甲所示的电路，电源电压恒定不变，图乙是电阻和的I-U图像，已知，上标有“50Ω　2A”字样。当S、闭合，断开时，电路的总功率为180W，电路的电源电压 V；当三个开关均闭合时，通过S的电流为 A；闭合S，断开、，滑动变阻器的滑片滑到中点，通电2min滑动变阻器产生的热量是 J。 【跟踪训练2】如图所示电路中，电源电压恒定，R1、R2和R3是定值电阻。当X和Y均为电流表时，闭合开关，其示数之比为9∶5，此时R1、R2、R3的连接方式是 （选填“串联”或“并联”），若通电时间t，电路产生的总焦耳热为Q1；当X和Y均为电压表时，闭合开关，其示数之比为5∶3，若通电相同时间t，电路产生的总焦耳热为Q2。则Q1 Q2。 【典例1-2】进入冬季，各种取暖高功率电器开始使用，安全用电尤为重要。若线路连接处连接不完全，容易造成该处 变大，相同时间内该处产生的热量 （选填“变大”、“变小”或“不变”），从而加速导线老化，有火灾隐患。 【跟踪训练1】在野外没有火源时，只用电池和包口香糖的锡纸就可以制成“打火机”。如图，把口香糖的锡纸撕成中间窄、两端宽的形状，将其两端搭在电池的正负极上，就能成功点火。这是由于锡纸是 （填“导体”或“绝缘体”），会使电路短路，很快锡纸会从 （填“中间”或“两端”）开始燃烧起来，其原因是 。 【跟踪训练2】在如图所示电路中，电源电压恒定，是定值电阻，小灯泡L规格是“6V 3W”，滑动变阻器规格是“”。当R的滑片P位于最右端时，只闭合，灯泡正常发光；再闭合，电流表的示数变为1.1A。当只闭合开关时，在100s内产生的热量是 J。只闭合开关，移动滑动变阻器滑片时，的最大电功率是 W。 【典例1-3】如图所示电路，电源电压恒定。当开关S1、S2断开，S3闭合时，电流表示数为0.4A，电压表示数为4V；当开关S1、S2闭合，S3断开时，电压表示数为12V，此时电流表示数为 A。则该电路的电源电压为 V，电阻R1在前后两电路中各工作2min产生的电热之比为 。 【跟踪训练1】如图所示当甲电路中的开关S闭合时，两个电压表所选量程不同，测量时的指针位置均为如图乙所示，则电阻R1两端的电压为 V，R1∶R2= ，当电阻R1、R2并联在电路中时，在相同的时间内电流通过R1、R2所产生的热量之比Q1∶Q2= 。 【跟踪训练2】现有两个定值电阻R1和R2，分别标有“10V 0.5A”和“5V 1A”的字样，将它们串联接在同一电路中，则电路两端允许接入的最大电压是 V，当它们工作时间相同时，电阻R1和R2上产生的热量之比Q1︰Q2= 。 题型2 实验探究—影响电流热效应的相关因素 1. 实验原理与方法 原理：利用电流通过电阻丝产生的热量使密闭容器内的空气（或液体）受热膨胀，通过观察U形管液面高度差或温度计示数变化来比较产生热量的多少，这种方法称为转换法。 方法：控制变量法。 探究电热与电阻的关系：控制电流和通电时间相同，比较不同电阻的产热情况。 探究电热与电流的关系：控制电阻和通电时间相同，比较不同电流下的产热情况。 探究电热与通电时间的关系：控制电阻和电流相同，比较不同通电时间的产热情况。 2. 实验电路与设计 典型装置：两个密闭容器中装有阻值不同的电阻丝（R甲 ≠R乙），串联或并联后接入电路。 串联设计： 用于探究电热与电阻的关系。因为串联电流相等，通电时间相同。 并联设计： 用于探究电热与电流的关系。因为并联电压相等，可通过调节滑动变阻器或使用不同阻值的电阻丝来改变各支路电流。 3. 实验结论 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。 在电阻和通电时间相同的情况下，电流越大，产生的热量越多。 在电阻和电流相同的情况下，通电时间越长，产生的热量越多。 综合结论： 电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比。即 Q = I²Rt（焦耳定律）。 【归纳总结】物理中的实验分析关键：首先明确实验目的，带着实验结论去填写空格，过程中注意控制变量的应用。 【典例2-1】如图是探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着初温、质量相同的空气。 (1)实验中，加热空气的好处是 ；在实验中通过观察 反映电流通过电阻丝产生热量的多少，这里采用的物理方法是 ；除了这一种实验方法外，本实验还用到的另一种实验方法是 。 (2)图甲装置将两段阻值不同的电阻丝 （填电路连接方式），是为了探究电流产生的热量与 大小的关系；通电一段时间后， （选填“左”或“右”）侧容器内的电阻丝产生的热量多。 (3)利用图 （选填“甲”或“乙”）装置可探究电流产生的热量与电流大小的关系；该装置通电一段时间后， （选填“左”或“右”）侧容器内的电阻丝产生的热量多。 (4)图乙中，和两电阻丝在相等时间内产生的热量之比为 。电阻丝的作用主要是使通过电阻丝和的电流 （选填“相等”或“不相等”），所以与的阻值 （选填“一定”或“不一定”）相同。为了使左右两U形管内液面高度差的变化更大，应选用阻值为 （选填“”“”或“”）的电阻丝。 【跟踪训练1】小东在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”时，用图1甲、乙两个完全相同的烧瓶装入质量相等的煤油，且分别插入两只相同的温度计，组装成如图1所示的电路，已知两个烧瓶中电热丝A、B的电阻分别为RA=5Ω、RB=10Ω； (1)利用如图1所示的装置及电路图进行探究，目的是为了控制 相同；甲、乙两瓶装有质量相同的煤油，其目的是可以用 反映电热丝放出的热量，这样做依据的公式是： ；（假设在此过程中Q吸=Q放） (2)闭合开关一段时间后，小东发现图1甲、乙两瓶中温度计示数均无变化，为了排除电路故障，他用量程为0～3V的电压表进行检查判断，他将电压表的正接线柱与a接线柱连接，当电压表的负接线柱分别与b、c、d、e、f连接时都无示数，与g、h、i连接时示数都达到了最大值，若电路中只有一处故障，根据以上信息可判断出哪处发生了什么故障？ ； (3)某实验小组利用如图2所示的五个阻值均为5Ω的电阻（其中乙容器中两个5Ω的电阻首尾相连）和三个封闭有等量空气的透明容器，探究“电流通过导体产生热量的影响因素”实验，若不计热量损失，通电后三个容器中的空气吸收的热量，最多的是最少的 倍。 【跟踪训练2】在探究影响电流热效应因素的活动中，小明用电阻分别为R1和R2（R1<R2 ）的两段电阻丝，探究电流的大小、电阻和通电时间对产生热量的影响。 (1)实验的部分器材如图所示，瓶内装有 相等，初温相同的同种液体，实验中用 来比较两电阻丝产生热量的多少； (2)瓶内液体不能是 （选填“酒精”、“盐水”、“食用油”），理由是 ； (3)先将两瓶内电阻丝串联进行探究，发现B瓶内的温度计示数升高较快，则得出反应该现象的结论是 ； (4)接着，为了探究电流大小对电热的影响，小明将R1和R2并联后接入电路同时通电。则 中的电流较大， 产生热量多（选填“R1”、“R2”）。根据小明的实验能否得出电热与电流大小的定性关系？并说明理由 。 【典例2-2】小明用图甲电路测量一个额定电压为2.5V的小灯泡电阻，电源电压为3V。 (1)请用笔画线代替导线，将实物电路连接完整 ； (2)小明将滑动变阻器的滑片P置于最大阻值端，闭合开关，灯泡没有发光，电流表示数为0.1A，电压表示数为0.5V，则滑动变阻器的最大阻值是 Ω； (3)排除故障后，小明移动滑片P至某处时，电压表示数如图乙所示，要测量小灯泡正常发光时的电阻，应使滑动变阻器接入电路中的阻值适当变 一些，直到电压表示数变为 V； (4)小明通过连续移动滑片P，记下多组灯泡的电压和电流值，绘制出图丙I~U图像，小灯泡正常发光时的电阻是 Ω。老师指出小明绘制图像时的部分数据不是在真实的实验情境中获取的，依据是 ； (5)在整理器材时，小明发现变阻器的PB部分比PC部分更热，原因是： 。 【跟踪训练1】小明同学利用如图甲所示的电路，测量额定电压为的小灯泡的电功率。 (1)正确连接电路后闭合开关，小明发现小灯泡不发光，且电流表和电压表有示数但都很小，其原因可能是 。 (2)当变阻器滑片P移到某一位置时，电压表的示数为，若想测量小灯泡的额定功率，应将滑片P向 （选填“A”或“B”）端移动。 (3)他通过实验绘制出小灯泡的图像如图乙所示，则小灯泡的额定功率为 。 (4)小明突然想用电压表和一个已知阻值为的定值电阻，测量一只额定电流为的小灯泡正常发光时的电阻，他设计出图丙所示的电路图。方法如下： ①闭合开关、，断开，移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为 ； ②保持滑动变阻器的滑片不动， （选填“闭合”或“断开”）开关、闭合开关，读出此时电压表示数为； ③小灯泡正常发光时电阻的表达式= （用已知量和所测物理量符号表示结果）。 (5)小明将规格不同的两个灯泡串联，过了一段时间，发现两个灯泡的温度不同，于是猜想到电流通过导体产生的热量与 （选填“电阻”“通电时间”或“电流”）有关。针对猜想设计如下实验：在甲、乙、丙、丁四个相同容器里装有质量、初温相同的水和煤油，每个容器放入电阻丝和温度计（未画出），其关系为，实验过程中不考虑热量散失。他应该选择 容器对其猜想进行探究。实验时通过观察 来比较电流产生的热量多少。 【跟踪训练2】物理兴趣小组的同学完成了两个实验探究： （1）为观察水沸腾实验，该小组组装了如图A的装置： ①水沸腾时冒出的“白气”是 现象（填物态变化名称）； ②水沸腾时的温度如上图B所示，此时水面上方的气压 （选填“高于”“低于”或“等于”）标准大气压； ③如图C，若将试管里的水放在烧杯中加热，当烧杯中的水沸腾以后，试管中的水 （选填“能”或“不能”）沸腾。 （2）如图乙，探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关。两个透明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。闭合开关前，图中与左、右容器相连的两个U形管内液面相平。 ①右边容器外部并联一个5Ω电阻，是为了使左右容器内导体的 不相等； ②实验中是通过观察U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，与其采用的物理研究方法相同的是 （选填“A”或“B”）； A．通过观察海绵的凹陷程度，反映压力的作用效果 B．保持压力大小不变，改变接触面的粗糙程度，探究影响滑动摩擦力大小的因素 ③让图乙装置冷却到初始状态，把右边容器外部并联的5Ω电阻折入右边容器内，并使之与右边容器内的5Ω电阻并联此时右边容器内密封着与左边容器内等量的空气，接通电源比较两瓶内电阻丝发热多少，此时该装置是探究电流产生的热量跟 的关系。 题型3 多挡位问题 1. 多挡位问题的实质 实质：多挡位（如电饭煲的加热、保温挡）的本质是利用开关改变电路的连接方式，从而改变电路的总电阻，实现不同电功率（通常为高、中、低挡）的输出。 原理：在电源电压U一定时，根据公式P=，电路的总功率与总电阻成反比。 总电阻最小时，电路的总功率最大，对应高温（加热）挡。 总电阻最大时，电路的总功率最小，对应低温（保温）挡。 总结：确定电路不同状态下的功率，根据功率大小确定挡位后带入公式计算。 2. 常见电路模型 （1）短路型： 电路中有两个电阻R1和R2 高温挡：开关S2闭合使其中一个电阻（如R2）短路，此时只有R1工作，总电阻最小，总功率最大。 低温挡：开关S2断开，两电阻串联，总电阻最大，总功率最小。 （2）并联型： 电路中有两个电阻R1和R2，通过开关控制它们单独或同时工作。 高温挡： 两电阻并联工作，总电阻最小，总功率最大。 低温挡： 仅一个电阻单独工作，总电阻较大，总功率较小。 注：更复杂的电路中，可实验大中小三个功率，实现三个挡位的切换。 3. 关键解题步骤 分析挡位： 根据题意明确哪个是高温挡（大功率）、哪个是低温挡（小功率）。 分析电路： 分析对应挡位下开关的通断状态，画出等效电路图。 计算电阻： 通常先利用 P = U²/R 求出各电阻的阻值。 求解问题： 再利用串并联规律、欧姆定律、电功率和焦耳定律公式求解题目要求的物理量。 【归纳总结】 多挡位问题的解题关键在于对挡位的对应判断，将开关移到不同位置，判断此时电路中的功率大小实现一一对应。 【典例3-1】生活处处有物理，用心观察皆学问。小明尝试探索家用电器的工作原理。 (1)某家用电热水器的工作原理如图甲所示（已知两电阻丝的阻值相等，电源电压保持不变），它有高温、中温、低温三个挡位。当开关接b，断开时，它是处于 挡，此时电路功率为；当开关接a，闭合，此时电路功率为，则 。 (2)如图乙所示，电源电压不变，在a，b间接一个“3V  1W”的小灯泡，调节滑动变阻器的滑片P至图示位置时，小灯泡正常发光。若在a，b间换接一个“3V  1.5W”的小灯泡，欲使其正常发光，滑片P应向 （选填“左”或“右”）移动，滑片移动的过程中，电路总功率的变化情况是 。 【跟踪训练1】如图甲所示的电热水壶具有“加热”和“保温”两个挡位，其电路图如图乙所示，、均为加热电阻，，电源电压保持不变。 (1)电热水壶使用三脚插头，目的是让电热水壶的金属外壳与 相连。 (2)若只闭合开关，电热水壶处于 挡；再闭合开关，通过电阻的电流将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 (3)若让该电热水壶单独接入家庭电路中，并使其处于正常加热状态，观察到家中标有“3000imp/（kW·h）”字样的电能表在1min内闪烁了60次。则该电热水壶的保温功率为 W。（不考虑能量损失） 【跟踪训练2】某品牌电热水壶简化电路图如图所示，通过调节开关S可实现高、中、低三个挡位，电热水壶高温挡功率为847W，低温挡功率为22W。将家中其它用电器都断开，电热水壶在低温挡工作，观察到标有字样的电能表指示灯在10min内闪烁 次；开关S与3、4触点相连时，电热水壶处于 （选填“高”、“中”或“低”）温挡；电热水壶处于高温挡时，R2的电功率为P1；处于低温挡状态时，R2的电功率为P2，且，则电阻R3＝ Ω，正常工作时用高温挡把水烧开需要10min，若在用电高峰期，家庭电路的实际电压为200V，用同样的挡位烧开相同质量的水需要 min。 【典例3-2】如图甲所示是小明家的蒸汽拖把。使用时，电热丝加热水，产生高温蒸汽从拖把头喷出，能在高效清洁地面的同时杀灭地面上的细菌。该蒸汽拖把的简化加热电路如图乙所示，有高低两个挡位，其中电阻为、的电阻器都是用来加热的，已知，低挡位的电功率为440W。[水的比热容为] (1)求低挡位正常加热时电路中的电流。 (2)求电阻。 (3)已知拖把水箱内水的质量为1kg，将水箱中的水从20℃加热到100℃需要高挡位工作594s，求蒸汽拖把高挡位的加热效率。（结果保留整数） 【跟踪训练1】如图甲是一款家用暖菜板的内部简化电路，和均为电热丝，高温挡额定电功率为440W，且的阻值是的3倍。乙图是在一次就餐使用过程中暖菜板功率与时间的图像。求： (1)暖菜板在高温挡正常工作时，通过电路的电流是多少； (2)的电阻是多少； (3)正常工作时，暖菜板低温挡的功率为多大； (4)如图乙所示，在某次就餐过程中共消耗多少电能？ 【跟踪训练2】如图甲所示为某款具有三个挡位可调的智能加热菜罩，其简化电路如图乙所示，四个阻值相同且不变的加热电阻可通过旋转开关实现高、中、低三挡位切换。高温挡和中温挡电功率分别是200W和100W。 (1)当开关旋转到1位置时，智能加热菜罩处于什么挡？说明判断依据。 (2)加热电阻的阻值为多大？ (3)该加热菜罩低温挡的电功率为多大？ (4)如图丙为加热菜罩某次工作时的P-t图像，则此次加热菜罩共消耗多少电能？ 题型4 非纯电阻电路的电功率 1. 非纯电阻电路的特点 定义：电能除了转化为内能外，还主要转化为其他形式能量的电路。 常见实例：电动机（电能→机械能+内能）、电解槽（电能→化学能+内能）、日光灯镇流器（电能→磁能+内能）等。 能量转化关系：总功率P总=UI，热功率P热=I2R，输出功率P出=P总－P热=UI－I2R。 输出效率：=1－ 2. 非纯电阻电路的特点 电功（消耗的总电能）：W总= UIt（普适） 电热（产生的热量）：Q=I²Rt（普适） 总功率：P总=UI（普适） 发热功率：P热=I2R（普适） 输出功率（其他能功率）：P出=P总－P热=UI－I2R ★特别提醒 对于非纯电阻电路，欧姆定律不再适用，用欧姆定律所推导出的电功与电功率计算公式自然也不再适用，解题时涉及到电动机，需注意公式的选择。 对于电动机与其他电阻组成的电路，欧姆定律不适应于电动机，但其他电阻可用。且串联电流相等，并联电压相等等规律依然适用。 3. 解题要点 识别电路：首先判断用电器是否为电动机等非纯电阻元件。 分清能量：严格区分总功（总电能）、有用功（其他能）、无用功（热耗）。 选对公式：牢记公式的适用范围，特别是计算热量必用 Q = I²Rt。 挖掘条件：题目常会给出机械效率（）、转速、牵引力等物理量，用于建立能量转换的等量关系。 【典例4-1】电动机与小电珠串联接入电路，电动机正常工作时，小电珠的电阻为R1，两端电压为U1，流过的电流为I1；电动机的内电阻为R2，两端电压为U2，流过的电流为I2，则（　　） A．I1<I2 B． C． D． 【跟踪训练1】一台线圈电阻为0.3Ω电动机，接在12V的电源上时，通过电动机的电流为0.5A，在5min内电流产生的热量是 J，转化成的机械能是 J，则电动机的效率是 。（保留一位小数） 【跟踪训练2】小明将线圈电阻为4.84Ω的电动机接入220V的家庭电路中，关闭其它用电器，只让电动机工作时，观察到他家标有2000imp/(kW.h)的电能表3min内闪烁了100次，则电动机在这段时间内消耗的电能为 kW.h，电动机线圈产生 J的热量。 【典例4-1】某视频展示台配套使用的投影幕是依靠电动机来控制升降的，小明用如图所示的电路进行模拟研究，电路中直流电动机的线圈电阻为2Ω，R0为阻值是10Ω的定值电阻，电源电压保持12V不变，闭合开关S，当电动机正常工作时，匀速提升重为0.4N的物体，此时电压表示数为6V．求： （1）电动机正常工作时，通过它的电流是多大？ （2）电动机正常工作2s所消耗的电能是多少？ （3）若电动机正常工作时，有5%的机械能用来提升物体，物体在2s内上升的高度是多少？ 【跟踪训练1】随着我国5G技术的推广，无人驾驶电动公交车正式运行，该车上配有激光雷达、摄像头、卫星导航等设备，在5G的支持下，公交车的智能性大大提高，能够实时对其他道路使用者和突发状况作出反应，已实现自动驾驶下的行人和车辆监测、减速避让、紧急停车、障碍物绕行、变道、自动按站停靠等功能，无人驾驶公交车的部分信息如表所示。 车身净重 3t 车载电源 50V 最大承载量 2t 电池容量 1000Ah （1）如图所示电车的某部分电路，定值电阻R的阻值为20Ω，电动机线圈电阻为2Ω，闭合开关S，电流表A1的示数为5.5A，A2的示数2.5A，则电路消耗的总功率为 W，1min内电流通过电动机产生的机械能为 J； （2）在进行续航测试实验时，电车分别以50km/h和70km/h匀速直线行驶18km，已知电机功率P与汽车速度v的关系如图所示，则速度50km/h和速度为70km/h行驶时的能耗之比为 （电车能耗指的是消耗的能量与里程之比）。 【跟踪训练2】在物理项目化学习活动中，某科技小组设计了一个可调光台灯，它在夏天还可以单独用小风扇扇风，其原理如图所示。电源电压恒为9V，小风扇的电动机上标有“9V 9W”字样，滑动变阻器R2的规格为“50Ω 1A”，小灯泡上标有“6V 3W”字样（忽略灯丝电阻变化）。求： (1)小灯泡正常发光时的电阻； (2)当S1闭合，S2断开时，通电5min，小风扇的电动机消耗的电能； (3)当S2闭合，S1断开时，从左向右调节滑动变阻器滑片，在电路安全的情况下，滑动变阻器的阻值调节范围。 【能力培优练】 1．如图是探究“影响电流热效应”的实验装置，将两电阻丝密封在两只完全相同的烧瓶内，且，瓶内装入等质量的煤油。下列说法错误的是（　　） A．烧瓶内选用液体煤油，利用了煤油比热容小升温快的特点 B．该装置可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻的关系 C．闭合开关后，甲管中煤油温度上升比乙快 D．滑动变阻器的滑片向右移，两管中煤油温度上升更快 2．图甲是小灯泡L和电阻R的图像。将小灯泡L和电阻R接入图乙所示的电路中，只闭合时，电流表的示数为0.5A。电源电压恒定，再闭合，通电10s，下列说法正确的是（　　） A．电源电压为6V B．R的电阻是10Ω C．小灯泡的电功率是1W D．电阻R产生的热量为8J 3．如图是探究“电流通过导体产生热量与哪些因素有关”的实验装置，两个相同的透明容器中密封着等量的空气，其中。下列说法正确的是（　　） A．只闭合，可以探究电流产生的热量与电流的关系 B．只闭合，一段时间后，左侧U形管液面高度差较小 C．闭合和，通过的电流是通过电流的0.5倍 D．闭合和，可探究电流产生的热量与电阻大小关系 4．一台标有“”的迷你小电风扇，其电动机的线圈电阻为，使其正常工作，下列说法错误的是（　　） A．消耗的电能为 B．因发热损失的电功率为 C．可以转化为的机械能 D．该电动机的效率为 5．小明家新购置了一台电热水器，该热水器设有高、中、低三挡，简化工作电路如图所示，电热丝，电热丝。以下说法正确的是（　　） A．电热水器工作的原理是电流的化学效应 B．开关S、闭合，断开时，电热水器处于中挡位 C．三个开关都闭合时是中挡位 D．电热水器处于低挡位时2min产生的热量是 6．某电热水壶有甲、乙两根电热丝，若把甲电热丝接入某恒压电路，烧开一壶水要；若把乙电热丝接入原电路，烧开一壶水要，不考虑热损失，则下列判断正确的是（　　） A．甲、乙电热丝的电阻之比为 B．甲、乙电热丝的电阻之比为 C．若把甲、乙电热丝并联后接入原电路，则烧开这壶水需要的时间是 D．若把甲、乙电热丝并联后接入原电路，则烧开这壶水需要的时间是 7．图甲、乙是某种暖手宝及其主要参数，暖手宝内有水及电加热元件等，使用前要先给暖手宝通电加热。假设暖手宝加热效率是70%，在额定电压下，将水由室温10℃加热至自动断电[]。下列说法正确的是（　　） A．暖手宝加热时电加热元件是利用热传递的方式增加内能的 B．此次加热过程中，暖手宝电加热时间为660s C．暖手宝电加热时消耗的电功率一定是500W D．暖手宝暖手时放出热量 8．如图所示的电路中，电源电压保持不变，为定值电阻，为滑动变阻器。闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片，当电压表与的示数之比为时，的功率为0.75W；再次移动滑片，当与的示数之比为时，工作10min产生的热量 J。 9．物理兴趣小组设计了一个乙图所示电路，通过实验绘制的小灯泡的图像如图甲所示，只闭合开关，电流表的示数为0.2 A；再闭合开关时，电流表的示数为0.25 A。则电源电压为 V；只闭合开关时，电阻两端的电压为 V，工作5 min，电阻产生的电热为 J。 10．如图甲所示，电源电压U=3V保持不变，闭合开关S，两电表示数变化关系用图乙中线段AB表示。当滑片P在R2中点时，电阻R1在2min产生的热量是 J。 11．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 来反映电阻产生热量的多少，下列实验中，也运用了这种实验方法的是 （多选，填序号）； ①探究液体压强的特点；            ②比较不同物质的吸热本领； ③探究电流与电压、电阻的关系；    ④用水波理解声波。 (2)闭合开关，通电一段时间，观察到右侧液面高于左侧液面，如图甲所示。表明在电流和通电时间相同的情况下， 越大，产生的热量越多； (3)乙图中与并联，目的是使通过与的 不同； (4)乙图中，若只将换成15Ω的电阻，通电5min 后左边空气盒内电阻产生热量与右边空气盒内电阻产生热量之比是 ； (5)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，与其他小组的实验现象都不同，经检查气密性良好请你分析实验现象不同的原因是： 。 12．电热锅是家中常见的用电器，如图甲的电热锅能实现三挡位调温。该电热锅的电路简图如图乙，其额定电压为220V，其中两电热丝的电阻分别为、（电阻不随温度变化），，调节开关、、可实现三个挡位的调节（、不会同时闭合，、不会同时闭合），部分参数如下表所示。求： 额定电压 220V 高温挡功率 中温挡功率 880W 保温挡功率 (1)只闭合开关 时，电热锅处于高温挡； (2)电阻； (3)保温挡正常工作时，电阻为的电热丝的电功率； (4)高温挡工作100s产生的热量。 13．如图所示，电源电压不变，小灯泡L标有“6V 2.4W”字样（忽略温度对灯丝电阻的影响），定值电阻的阻值为，滑动变阻器标有“ ”字样，电压表量程为，电流表量程为。闭合开关、，断开开关，小灯泡恰好正常发光。 (1)求电源电压； (2)断开开关、，将的滑片移至最右端，闭合开关，求内电流通过定值电阻产生的热量； (3)在电路元件都安全的前提下，要使小灯泡发光且电路总功率最大，应如何控制开关？滑动变阻器接入电路的电阻为多大？ 【链接中考】 1．（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 2．（2025·江苏盐城·中考真题）电炉中的电阻丝通电一段时间后变得很烫，但连接电炉的导线却不怎么热。电路中，通过导线与电阻丝的电流 ，而导线电阻远 电阻丝电阻，使导线在相同时间内产生的热量很 。 3.（2025·江苏无锡·中考真题）一种简易的泡沫塑料切割装置电路如图所示，电源电压为6V，用以切割的金属电热丝R的阻值为1Ω，闭合开关S后，电路中电流为 A，10s内电热丝R产生的热量为 J。若要减小电热丝R的发热功率，请写出一种合理做法： 。 4．（2023·江苏南京·中考真题）某型号的电热水器有高、中、低三挡位，其简化电路如图所示，R1和R2为电热丝，闭合开关S、S1，S2接b，电流表示数为10A，再断开S1，电流表示数变化了8A。则（1）R1= ； （2）低温挡工作2min产生的热量是 J； （3）高温挡功率为 W。 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，能在低温挡和高温挡间自动切换。当触点“1”与“2”接通时，处于低温挡；当触点“1”与“2”“3”同时接通时，处于高温挡。高温挡功率是低温挡功率的3倍。求： (1)低温挡时，R1中通过的电流及10s内放出的热量； (2)高温挡时，电阻R2的功率。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $