第18章 第4节 焦耳定律-2025-2026学年九年级下册物理同步辅导（人教版）

第④书 焦耳定律 知识梳理 1.电流通过导体时电能转化成内能，这种现 比，跟通电时间成正比。公式：Q=PRt。 象叫作电流的热效应。 3.电流通过导体时，如果电能全部转化为内能， 2.焦耳定律的内容：电流通过导体产生的热量跟 而没有同时转化为其他形式的能量，那么 电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正 Q=W=UIt。 基础过关 1.下列电器不是利用电流的热效应来工作的 电，过一段时间后，我们观察到( 是() A.电饭锅 B.电热水器 C.电炉 D.电风扇 2.下列属于防止电流的热效应产生危害的 图18-4-1 是() A.R上的蜡熔化得快 A.用电水壶烧水 B.R2上的蜡熔化得快 B.用电热毯取暖 C.R1、R2上的蜡熔化得一样快 C.用显卡风扇给显卡降温 D.用电熨斗熨衣服 D.无法比较 3.将规格都是“220V200W”的一台电风扇、一 5.关于电流通过导体时产生的热量，以下说法 台电视机和一把电烙铁，并联接入家庭电路 正确的是( 中，通电相同时间。下列说法正确的是( A.根据Q=Rt可知，电阻越大，相同时间 ①电烙铁产生的热量最多②电烙铁消耗的 内产生的热量越多 电能最多③三个用电器产生的热量一样多 B.根据Q=IPRt可知，在电流一定时，电阻越 ④三个用电器消耗的电能一样多 大，相同时间内产生的热量越多 A.②③B.①④C.①② D.③④ C.根据Q=U1t可知，相同时间内，电流产生 4.如图18一4一1所示，长度、横截面积一样，材 的热量与电阻无关 料不同的两个长方体电阻器串联在电路中， 电阻分别为R1=22、R2=42,在它们表面 D根据Q-发可知，电阻越大，相同时同内 涂上厚度一样的蜡，现在闭合开关给它们通 8 产生的热量越少 6.小吉利用如图18一4一2所示的实验装置来 的热量。若封口时总是把塑料袋烫坏，应将 探究“影响通电导体产生热量的因素”，下列 发热电阻换成电阻更 (选填“大”或 说法正确的是( “小”)的发热电阻。 52 图18-4-3 图18-4-2 10.如图18一4一4所示，电路中电源电压保持 A.甲图实验装置是探究电热与电流的关系 不变，定值电阻R1=102、R2=202。当只 B.两个实验装置都是通过观察两个U形管 闭合开关S时，电流表示数为0.3A。 中液面的高度差来比较产生的电热的 (1)电源电压是多少？ 多少 C.甲图装置正常工作时，a管中液面上升比b 管快 A D.乙图装置正常工作时，d管中液面上升比c 管快 图18-4-4 7.某年“3·15”晚会上曝光了“非标”线缆乱象， 不良商家为了降低成本，将多芯铜导线的根 数从国家标准的49根减为42根，导致导线 横截面积减小。对于长度相等的标准导线和 劣质导线，劣质导线的电阻 （选填 (2)闭合开关S、S2,定值电阻R2在100s “较大”或“较小”)，若在通有相同电流的情况 内产生的热量是多少？ 下，相同时间内劣质导线产生的热量 (选填“较多”或“较少”)。 8.给甲、乙两电阻器分别通电，通电时间之比为 2:1,电阻之比为2：3，产生的热量之比为 1：3,则通过甲、乙两电阻器的电流之比为 9.如图18一4一3甲所示是便携式塑料封口机， 工作时利用电流的 效应，使发热电 11.冬天，小林同学使用电热毯时发现电热毯有 阻温度快速升高，熔化塑料包实现封口。如 高温和低温两挡，他决定探究电热毯内部电 图18一4一3乙所示是其原理电路图，封口机 路，如图18一4一5甲、乙是小林设计的电热 的电源电压是3V,发热电阻R的电阻为 毯的模拟电路图（电炉丝相当于电热毯内部 12,闭合开关S,则10s内产生 发热电阻)。 (2)图18一4一5乙中两根电炉丝R2=202, R3=102,请计算高温挡时发热功率。 U=6V 图18-4-5 (1)图18-4-5甲中定值电阻R1=102 (3)请对小林同学设计的两个模拟电路进行 (置于电热毯外部)，电炉丝R2=20Ω， 评估。 请计算低温挡时发热功率。 能力提升 1.（多选)生活和生产中都会产生电热，但是很 4.如图18一4一8所示是 多情况下我们并不希望用电器的温度过高， “探究电流通过导体时产 下列情况中属于防止电热危害的是( 生热量的多少跟什么因 A.电视机的后盖有许多孔 素有关”的实验装置，两 B.电脑机箱内有小风扇 个透明容器中密封着等 图18-4-8 C.电动机外壳有许多散热片 量的空气，通电一段时间后，左侧U形管中 D.家电长时间停用，隔一段时间应通电一次 液面高度差比右侧的大。下列说法错误的 2.将R1、R2两电阻丝按如图18一4一6所示方 是( ) 式接在电路中，若R1=3R2,则先被点燃的火 A.U形管中液面高度的变化反映了电阻丝 柴是( 产生热量的多少 A.R上的火柴 B.R2上的火柴 B.通过左、右两侧容器中电阻丝的电流相同 C.同时点燃 D.无法确定 C.右侧容器中电阻丝的电阻R,比左侧容器 “10V3W” 中电阻丝的电阻R1小 R MM D.通电时间相同，两个容器中空气吸收的热 R 12V 量相同 图18-4-6 图18-4-7 5.电热水器中有两根电热丝，单独用一根电热 3.把一个标有“10V3W”的小灯泡和电阻器 丝R1通电时，经过15min可将水烧开，用 R串联后接在电压为12V的电源上（如图 一根电热丝R2烧水时，同样条件下经过 18一4一7所示)，小灯泡恰好正常工作。该电 30min可将完全相同的水烧开，则R:R2= 路工作10s电阻器R产生的热量是() ;在同样的条件下把两根电热丝串 A.60JB.36JC.30J D.6J 联起来，经 min可将水烧开。 6.一台电动机正常工作时线圈两端电压为 (1)甲方案可探究当 和通电时间一 380V,线圈电阻为22，线圈中电流为10A, 定时，电流产生的热量跟电阻的关系。闭 则这台电动机正常工作1s消耗的电能为 合开关，通电一段时间后，温度升高较多 J。 的是 (选填“A”或“B”)温度计。 7.据报道，近年来有许多重大火灾是因线路连接 (2)乙方案可探究当电阻和通电时间一定时， 处接触不良造成的，教训十分深刻。当线路 电流产生的热量跟 的关系。闭 连接处接触不良时，该处的电阻将 合开关，通电一段时间后，温度升高较多 在该处就会产生局部过热，接触处的电阻又 的是 (选填“C”或“D”)温度计。 将随着温度的升高而 ,从而形成电 9.养鸡场有一台电热孵卵器，接入220V的家 热的逐步积累，以致引发火灾。（选填“增大” 庭电路中工作，发热体是电阻为1102的电 “减小”或“不变”) 热丝。求： 8.实验小组的同学为了探究影响电流产生热量 (1)通过发热体的电流； 的因素，准备了四个相同的烧瓶，内装质量相 等的煤油，四个带有橡胶塞的规格完全相同 的温度计，三个规格完全相同的滑动变阻器， 四根电阻不同(R1>R2,R3=R)的电阻丝， 以及电源、开关、导线等。 两个实验小组的同学根据现有的实验器 材，分别设计了如图18一4一9甲、乙所示两 (2)通电10s该发热体产生的热量。 个方案。 温渡计 10.小吉家新买了一辆汽车，车上的座椅垫具有 电加热功能，如图18一4一10甲所示。通过 温度讨 观察和研究，他了解到该座椅垫有“高温” “低温”和“关”三个挡位，“高温”挡功率为 36W,“低温”挡功率为18W。该座椅垫加 热部分的电路简图如图18一4一10乙所示， 电源电压为24V,S为挡位切换开关。R, 图18-4-9 和R2为电热丝。则： 低温飞 (2)电热丝R和R2的阻值分别是多少？ 高温 0关 图18-4-10 (3)当座椅垫处于“低温”挡加热时，电热丝 (1)当座椅垫处于“高温”挡加热时，座椅垫 R的电功率是多少？ 工作5min产生的热量是多少焦？ 素养发展 1.【科学思维】小林同学在物理课上表演了一个 (1)体重计空载时，电路中的电流为多大？ 小魔术，用如图18一4一11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， 则将火柴放在哪个位置最容易被点燃( 学生电源 (2)电源电压为多少伏？ 图18-4-11 A.a点 B.b点 C.c点 D.都一样 2.【实际应用】某简易体重计的电路图如图18 4一12甲所示。已知电源电压恒定，定值电 阻R,=152,R为压敏电阻，其电阻与所受 到的压力的关系如图18一4一12乙所示。闭 合开关S,当体重计空载时，电压表的示数为 (3)当体重为600N的同学站在体重计上时， 5s内电流通过R。所产生的热量为多 3V。踏板重力不计，则： 少焦？ ↑RU2 5 40 35 30 2 0 15 0 5 40080012001600F/N 图18-4-12不符合题意；夏天，如果天气不是很热就不 要开空调，即使开空调时温度也不宜过低， 若温度调得很低，不利于节约用电，故C不 符合题意；减少开启电冰箱门的次数，进入 冰箱内的热空气少，减少了冰箱的负荷，从 而节约电能，故D不符合题意。故选A。 3.A 4.B点拨：节约能源不是不用能源，而是尽 可能减少能源的浪费，提高能源的利用率。 将灯泡换成功率小一些的，根据P=UI可 知，省电原理是减小工作电流，故A不符合 题意；将白炽灯换成节能灯，节能灯将电能 几乎都转化为光能，省电原理是提高发光 效率，故B符合题意、C不符合题意；光线 不暗时尽量不开，原理是减少工作时间，故 D不符合题意。故选B。 5.2204.2 6.(1)减少用电时间(3)48(4)2305750 (5)用太阳能热水器代替电热水器夏天 空调温度不要调太低 【能力提升】 1.B 2.0.365.4 3.(1)B(2)②电能表示数(3)5.6 4.解：(1)根据吸热公式可知这些水吸收的 热量： Q吸=cm(t-to)=4.2×103J/(kg·℃)× 5kg×(100℃-20℃)=1.68×106J。 (2)若不计热量损失，1个月消耗的电能： W=30×Q吸=30×1.68×10°J=5.04× 107J=14kW·h, 节约的电费： 14kW·h×(0.50-0.30)元/(kW·h)= 2.8元。 【素养发展】 1.57.6 2.(1)3600(2)不变2256点拨：(1)按照 原先楼道灯的工作方式，小林正常上楼回 家一次，楼道灯一共消耗的电能为： W=Pt=5×12W×60s=3600J。 (2)由题意可知，每盏灯的规格相同，它们都 能各自独立工作，工作时的电流是相同的； 一楼灯消耗的电能为： W1=Pt1=12W×12s=144J: 二楼灯消耗的电能为： W2=Pt2=12W×24s=288J: 三楼灯消耗的电能为： W3=Pt3=12W×24s=288J; 四楼灯消耗的电能为： W4=Pt4=12W×(12s+20s)=384J: 五楼灯消耗的电能为： W3=Pt5=12W×20s=240J; 消耗的总电能为： W'=W1+W2+W3+W4+W,=144J+ 288J+288J+384J+240J=1344J: 节约的电能为△W=W'一W=3600J一 1344J=2256J。 第4节焦耳定律 【基础过关】 1.D点拨：电饭锅主要将电能转化为内能， 利用了电流的热效应，故A不符合题意；电 热水器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B不符合题意； 电炉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不符合题意；电 风扇工作时主要将电能转化为机械能，不 是利用了电流的热效应，故D符合题意。 故选D。 2.C点拨：用电水壶烧水、用电热毯取暖、用 电熨斗熨衣服都是利用电热来为人类服务 的，故ABD不符合题意；用显卡风扇能将 显卡元件运行过程中产生的热量及时散失 掉，即为了防止电热危害，故C符合题意。 故选C。 3.B点拨：由于U=220V,则三种用电器的 实际功率：P=P颜=200W;因为W=Pt, 所以三种用电器消耗的电能相同；电视机 将一部分电能转化为光能，电风扇中的电 动机将电能大部分转化为机械能，电烙铁 将电能几乎全部转化为内能，所以产生热 量最多的是电烙铁，故B正确、ACD错误。 故选B。 4.B点拨：由图可知，该电路为串联电路，所 以通过两个电阻器的电流、通电时间相同。 根据焦耳定律Q=IRt可知，电阻越大，产 生的热量越多，R的电阻小于R2的电阻， 则R2产生的热量较多，R2上的蜡熔化得 快一些，故B正确。故选B。 5.B点拨：根据Q=IRt可知，由于没有说 明电流一定，因此电阻越大，相同时间内产 生的热量也不一定越多，故A错误；根据 Q=IRt可知，在电流、通电时间一定时， 电流通过导体时产生的热量与导体的电阻 成正比，故B正确；公式Q=UIt是导出式， 只能说明对于纯电阻电路电热在数值上等 于电压、电流、时间的乘积，而根据焦耳定 律Q=IRt可知，电流通过导体时产生的热 量与电阻有关，故C错误：根据Q-及：可 知，由于没有说明电压一定，因此电阻越大， 相同时间内产生的热量也不一定越少，故D 错误。故选B。 6.B点拨：甲装置中，两电阻丝串联，则通过 电阻丝的电流和通电时间相同，密闭容器 中两电阻丝的电阻不相等，所以探究的是 电热与电阻的关系，故A错误；电流通过导 体产生热量使得容器中的空气受热膨胀， 从而导致U形管中的液面发生变化，故虽 然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B正 确；甲装置中，两电阻丝串联，则通过电阻 丝的电流和通电时间相同，闭合开关后，右 侧电阻大，由焦耳定律Q=Rt可知，右侧 电阻产生热量多，则右侧容器内空气吸收 的热量多，气体压强大，则右侧b管中液面 上升得快，故C错误；乙装置中，右侧2个5 Ω的电阻丝并联，再与左侧5Ω的电阻丝 串联，故左右密闭容器中电阻丝的电阻和 通电时间相同，右侧两电阻并联后和左侧 电阻串联，所以左侧容器中电阻丝的电流 大于右侧容器中电阻丝的电流，由焦耳定 律Q=Rt可知，左侧电阻产生热量多，则 左侧容器内空气吸收的热量多，气体压强 大，即左侧c管中液面上升得快，故D错 误。故选B。 7.较大较多点拨：不良商家为了降低成 本，将多芯铜导线的根数从国家标准的49 根减为42根，导致导线横截面积减小，在 长度、材料不变的情况下，横截面积越小， 电阻越大，所以劣质导线的电阻较大；根据 焦耳定律公式Q=IPRt知，在电流、通电时 间相同的情况下，电阻较大，产生的热量较 多，温度较高，安全隐患较大。 8.1:2 9.热90大点拨：便携式封口机工作时 将电能转化为内能，所以便携式封口机是 利用电流的热效应实现高温封口。根据 Q=2Rt三长可知，电阻为12的发热电 阻10s内产牛的热最：Q-发=9× 12 10s=90J;封口时总是把塑料袋烫坏，说 明电阻发热过多，通电时间一定，由Q= 下R-发可知，当电压不变时，要成小电 阻产生的热量，可将发热电阻换成电阻更 大的电阻。 10.解：(1)只闭合开关S1时，只有定值电阻 R,接入电路中，电流表测量电路电流，由 欧姆定律得电源电压： U=U1=I1R1=0.3A×102=3V。 (2)闭合开关S、S2时，定值电阻R1、R2 并联，通过定值电阻R2支路的电流I2= U=3V=0.15A,定值电阻R,在100s R2202 内产生的热量Q=IRt=(0.15A)2× 202×100s=45J。 11.解：(1)由甲电路可知，当S1闭合、S2断开 时，R,、R2串联接入电路中，此时为低温 挡，由于R1置于电热毯外部，可得低温挡 发热功率P:=PR,=（100+200 6 V 202=0.8W。 (2)乙电路中，同时闭合S、S2,R2、R3并联接 入电路中，此时为高温挡，则高温挡发热功 家发发=4m (3)甲电路的优点：电路简单；缺点：使用 低温挡时，由于R1置于电热毯外部，产生 的热量白白消耗。乙电路的优点：电功率 的挡位多；如果一根损坏，另一根仍然可 以单独工作；缺点：需要两个开关配合，电 路相对复杂。 【能力提升】 1.ABC点拨：电视机的后盖上有许多小孔 是为把各元件产生的热量及时散失掉，故 A正确；过多的热量会影响电脑的正常工 作，机箱内有风扇，这是为了散失热量，故 B正确；电流通过电动机产生的热量是有 害的，有许多散热片可以用来散热，故C正 确；家电长时间停用，隔一段时间应通电一 次，利用电热来防止家电受潮，故D错误。 故选ABC。 2.A点拨：因为两电阻丝R、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Q=Rt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 R1>R2,所以Q1>Q2,电阻丝R1的温度 高，R上的火柴先被点燃。故选A。 3.D点拨：由P=UI可得，灯泡正常发光时 的电流：-是-V=0,3A:因串联电 路中总电压等于各分电压之和，且小灯泡 正常发光，所以，R两端的电压：UR=U一 U1=12V一10V=2V,因串联电路中各 处的电流相等，该电路工作10s定值电阻 产生的热量：Q=W=URIt=2V×0.3AX 10s=6J。故选D。 4.D点拨：电流通过导体产生热量的多少不 能直接观察，但是可以通过U形管液面高 度差的变化来反映，这种研究方法叫转换 法，故A正确；根据串联电路中电流的规律 可知，两个电阻丝串联在一起，则通过左、 右两边容器中电阻丝的电流相同，故B正 确；由电路图可知两电阻丝串联，根据串联 电路的电流特点可知通过它们的电流大小 相等，根据Q=Rt可知，当通电时间和通 电电流相同时，电阻越大产生的热量就越 多，U形管中液面高度差就越大，所以可得 右边容器中电阻丝的电阻R2比左边容器 中电阻丝的电阻R1小，故C正确；两个容 器中的通电电流和通电时间相同，电阻大 小不同，由Q=Rt可知，电流通过两个电 阻丝产生的热量不同，两个容器中空气吸 收的热量不同，故D错误。故选D。 5.1:245 6.3800点拨：电动机不是纯电阻用电器，在 计算电功时不能用W=Rt,只能用W= UIt来计算。 7.增大增大点拨：当线路连接处接触不 良时，根据电阻的影响因素可知接触的横 截面积变小，该处的电阻将会增大；导体连 接处局部过热升温，说明该处发热的功率 较大，由公式P=R可知，导体的发热功 率与电流的大小、电阻的大小有关，导线连 接处的电流与别处的电流相等，所以造成 发热功率不同的原因就是电阻不同：导线 连接处的电阻比导线其他地方的电阻大。 8.(1)电流A(2)电流C点拨：(1)甲 方案两电阻丝串联，通过电阻丝的电流和 通电时间相同，且R1>R2,由焦耳定律Q= PRt可知R产生的热量多，故A温度计示 数升高得较多。(2)乙方案中两电阻丝分别 和滑动变阻器串联，然后并联在电路中，且 C支路中滑动变阻器接入电路的电阻较小， 根据欧姆定律可知，通过C支路的电流大 于通过D支路的电流，又因为R,=R4,由 焦耳定律可知，C支路中产生的热量较多。 9.解：(1)根据欧姆定律可知，通过发热体的 电流： 1贵-08-2A (2)发热体产生的热量： Q=IRt=(2A)2×1102×10s=4400J。 10.解：(1)当座椅垫处于“高温”挡加热时，由 题图乙可知，此时只有R,工作，座椅垫工 作5min产生的热量： Q=W=P高温t=36W×5×60s=10800J. (2)由P发可知，电热丝R的闲值： =24V)2 R=P=30w=160: 当电路的座椅垫处于“低温”挡加热时，由 题图乙可知，R与R2串联，电路的总电阻： U2=(24V)2 R一卫低潮 18W =322, 根据串联电路电阻的特点可知，电热丝R2 的电阻： R2=R-R1=322-162=162. (3)“低温”挡加热时的电流： 1=-y-0,5a 电热丝R2的电功率： P2=IR2=(0.75A)2×162=9W。 【素养发展】 1.C点拨：影响电阻大小的因素是材料、长 度、横截面积和温度，当材料、长度相同时， 横截面积越小，电阻越大，由题图可知，c点 横截面积最小，故c点的电阻最大，a、b、c 是串联的，根据串联电路电流的特点可知， 通过a、b、c的电流相同，根据Q=IRt可 知，在相同时间内c点产生的热量多，故将 火柴放在c点最容易被点燃。故选C。 2.解：(1)由题图甲可知，闭合开关，定值电阻 R。与压敏电阻R串联，电压表测定值电阻 R。两端的电压；当体重计空载时，电压表 的示数为3V,电路中的电流： -党-2 =0.2A。 (2)由题图乙可知，当体重计空载时，压敏电 阻的电阻R=45Ω，由串联电路电流的规律 和欧姆定律可知R两端的电压： UR=IR=0.2A×452=9V, 根据串联电路电压的规律可得，电源电压： U=UR+U。=9V+3V=12V。 (3)由题图乙可知，当体重计示数为600N 时，压敏电阻的电阻R'=152,此时电路中 12V 电流为1'=R十R=150+150-0.4A, 根据焦耳定律可知，5s内电流通过R,所 产生的热量： Q='2Rot=(0.4A)2×152×5s=12J. 综合复习 【聚焦中考】 1.A点拨：电热水壶通过加热管将电能转化 为内能烧水，A符合题意；吸尘器主要是将 电能转化为机械能，B不符合题意；电冰箱 通过压缩机转移热量制冷，C不符合题意； 电视机主要将电能转化为光能、声能，D不 符合题意。故选A。 2.C点拨：“度”是电能的单位，学名是千瓦 时，根据电能公式W=Pt可知，用电器正 常工作1小时所消耗的电能接近1度，则 其电功率约为1kW,台灯正常工作时的电 功率在8W左右，智能手机正常工作时的 电功率在1W左右，空调正常工作时的电 功率在1000W左右，笔记本电脑正常工作 时的电功率在50W左右，故选C。 3.B点拨：客服回复中提到的“3kW·h”是 电能的单位，而“3kW的用电器”中的 “kW”是电功率的单位。客服错误地将电 能与电功率混淆，认为3kW·h的移动电 源可以直接支持3kW的用电器正常工作， 而由题图可知该移动电源的最大输出功率 P:=UI mox =220 VX 10 A=2200 W= 2.2kW<2.5kW,故选B。 4B点拔：根据P发和1=君可得，甲，乙 _U-6V)2 灯泡的电阻分别为R甲=P甲=6W U (6 V) 60.RL-P-3W =122,甲、乙灯 泡正常发光时的电流分别为甲一宁 3W 6W1A,1z三U后6艾=0.5A,两灯 串联后，总电阻R=R甲十Rz=62+122= 180,根据公式1{可得，串联后电路中的 电流片800.5A,敌甲灯不能正常岁 光，乙灯能正常发光，故选B。 5.B点拨：当电流为0.3A时，R2 U2 1.5Y=5Q,此时电路总电阻为Re= 0.3A R1十R2=102,电源电压为U=IR总= 0.3A×102=3V,此时两电阻器的电阻 相等，由P=IR可知，此时P1=P2,当 U=1.5V或2.5V时，电源电压小于 3V,电路中总电流小于0.3A,则此时R 的电阻大于52，故R1<R2,通过两电阻器 的电流相等，则P1<P2,P1不可能等于 P2,故B正确，A错误；当U=3.5V或 4.5V时，电源电压大于3V,电路中总电 流大于0.3A,则此时R2的电阻小于52，