2026年中考物理一轮复习课件--第二十三讲 焦耳定律

第二十三讲　焦耳定律 梳理•核心主干 【考点】 焦耳定律 【微警示】 (1)纯电阻电路(电能全部转化为内能):求电热除了用Q=I2Rt外,还可利用Q=W=Pt、Q=W=UIt、Q =W=t 。 (2)非纯电阻电路(电能没有全部转化为内能):求电热只能用Q=I2Rt。 【教材图片解读】 命题点一 电流的热效应 1.(人教九全P120图18.4-1改编)如图所示的四个用电器中,不是利用电流的热效应工作的是( ) D 2.(人教九全P120图18.4-3原创)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,R2与R3并联。通电前,A、B两个U形管中的液面相平,通电一段时间后,通过R1、R2的电流分别为I1、I2,则( )  A.I1>I2,A管中的液面高度差较大 B.I1>I2,A管中的液面高度差较小 C.I1=I2,A管中的液面高度差较大 D.I1=I2,两管中的液面高度差相同 A 命题点二 焦耳定律的应用 3.(沪科九全P130T6改编)一台电动机正常工作电压是220 V,其线圈电阻是10 Ω,测得其正常工作时的电流为0.5 A,该电动机正常工作1 min消耗的电能是 __________J,线圈产生的热量为________J。  4.(人教九全P102T6改编)在家庭电路中,有时导线长度不够,需要把两根导线连接起来,连接处电阻比别处要_______(选填“大”或“小”),在相等时间内,导线连接处发热比别处更_______(选填“多”或“少”)。  　6 600　 　150　 　大　 　多　 研析•重点难点 【考点一】 电功、电功率与电热的综合计算(重点) 【例题1】(2024·昭通一模)如图甲所示,这是小明在实践活动中观察到的一种新工具——电热切割刀。了解其工作原理后,他和同学们用电压恒为12 V的学生电源、若干导线、开关和两个阻值均为6 Ω的电阻丝R1、R2(其阻值均不随温度的变化而变化)成功自制了一把电热切割刀,电热切割刀的原理如图乙所示,具有高、低温两挡。求: (1)低温挡工作时通过的电流; (2)高温挡的电功率; (3)同学们使用高温挡切割1 min, 电路产生的热量。 解:(1)由图乙可知,当只闭合开关S1时,只有R1接入电路,此时总电阻较大,根据P=可知功率较小,电热切割刀处于低温挡, 此时通过的电流为I===2 A; (2)由图乙可知,当闭合开关S1、S2时,电阻丝R1、R2并联,此时总电阻较小,根据P=可知功率较大,电热切割刀处于高温挡, 高温挡的电功率为P高=+=+=48 W; (3)电热切割刀工作时将电能全部转化为内能,则使用高温挡切割1 min,电路产生的热量为Q=W=P高t=48 W×1×60 s=2 880 J。 【技法点拨】常见的多挡位电路设计 电路 图 高温 (加热) 挡 S1、S2都闭合,R1短路,只有R2接入电路中 S接b端,只有R2接入电路中 S1、S2都闭合,R1、R2并联 P热= P热=+ 低温 (保温) 挡 S1断开,S2闭合,R1、R2串联 S接a端,R1、R2串联 S1断开,S2闭合,只有R2接入电路中 P低= P低= 【训练1】(2025·扬州中考)某电水壶内部电路简化后如图,当开关S1、S2都闭合,电水壶处于加热状态,水烧开后温控开关S2自动断开,电水壶处于保温状态。已知电阻R1为22 Ω,保温时通过R1的电流为0.2 A,c水=4.2×103 J/(kg·℃)。求: (1)将质量为1 kg、初温为20 ℃的水加热至70 ℃,水吸收的热量Q; (2)电水壶处于加热状态时的电功率P; (3)电水壶处于保温状态时,1 min消耗的电能W。 解:(1)水吸收的热量为: Q=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(70 ℃-20 ℃)=2.1×105 J。 (2)加热时,S1、S2都闭合,R2被短路,此时电路中只有R1工作,则电水壶处于加热状态时的电功率P===2 200 W。 (3)保温时两电阻串联,通过R1的电流为0.2 A,则电路中的电流也为0.2 A,保温时间t=1 min=60 s,则消耗的电能W=UIt=220 V×0.2 A×60 s=2 640 J。 【考点二】 电学中的极值和范围问题(难点) 【例题2】(2024·南通中考)图甲是灯泡L的I-U图像,灯泡的额定电压为2.5 V。将灯泡L接入图乙电路,已知电阻R0的阻值为5 Ω,电流表测量范围(量程)为0~0.6 A,电源电压可调。在电路安全工作的前提下,下列判断正确的是(提示:可在图甲中作出电阻R0的I-U图像) ( ) A.两条支路中的电流不可能相同 B.灯泡实际功率总比电阻功率大 C.电路总功率最大可达到1.5 W D.电源可调的最大电压为1.8 V D 【技法点拨】 电路中的极值、范围问题 (1)根据铭牌、题干信息确定各电路元件的安全电压、电流(即最大电压、电流,如小灯泡的最大电压、电流为其额定电压、电流); (2)分析电路图,明确电路连接方式,确定电流表、电压表在电路中的测量对象; (3)移动滑动变阻器达到各电路元件的安全电压、电流(均不能超过最大值),根据欧姆定律、电功、电功率公式求解极值、范围。 【训练2】图甲所示电路中,电源电压不变,R2是“20 Ω　1 A”的滑动变阻器,R1是定值电阻,电压表测量范围(量程)为0~15 V。闭合开关S,在保证电路元件安全的情况下,滑片移动过程中,电压表示数与滑动变阻器接入电路的电阻的变化情况如图乙所示。下列说法正确的是( ) A.电源电压为10 V B.R1的阻值为10 Ω C.R2的最大功率是4.5 W D.当滑动变阻器调至最右端,通电1 min,电流通过R1产生的热量为1 080 J C 【实验】探究电流通过导体产生的热量的多少跟哪些因素有关 【核心解读】 聚焦•核心实验 图示 过程 加热 物质 (1)选择密闭容器内空气为加热物质的原因:空气的比热容小,加热升温快,且空气受热容易膨胀,U形管中两侧液面高度差变化快,实验现象明显。 (2)对被加热物质的要求:物质种类、质量、初温都相同 实验 方法 转 换 法 通过U形管两侧液面的高度差来反映电阻产生热量的多少,高度差越大,电阻产生的热量就越多 控 制 变 量 法 如图甲,控制电流、通电时间不变,改变电阻,探究电热与电阻的关系 结论1:在电流、通电时间相同时,电阻越大,电阻产生的热量越多 如图乙,控制电阻、通电时间不变,改变电流,探究电热与电流的关系 结论2:在电阻、通电时间相同时,电流越大,电阻产生的热量越多 任选一容器,控制电流、电阻不变,改变通电时间,探究电热与通电时间的关系 结论3:在电流、电阻相同时,通电时间越长,电阻产生的热量越多 版本 互鉴 · 改进 创新 优点:被加热液体不导电,对实验结果无影响;其比热容小,实验现象也明显。 用温度计示数的变化反映电阻丝产生热量的多少,贴近学生的生活实际 【考点透视】 【典题】在“探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”的实验中,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。 基础探究 (1)请你用笔画线代替导线,把图甲 两个容器的电阻丝接到电路中。 (1)答: (2)实验中通过观察U形管中_________________的变化来比较电流通过导体产生热量的多少,这种方法叫___________。  (3)图甲中,接好电路,闭合开关,通电一段时间后,_______(选填“左”或“右”)侧U形管中液面高度变化大,此实验现象表明,在电流和通电时间均相同的情况下, _________越大,所产生的热量越多。  (4)让两个密闭容器中的电阻一样大,在其中一个容器的外部将一个相同阻值的电阻和这个容器内的电阻并联(如图乙所示)。移走图甲中的容器,换接图乙中的容器到电路中,重新做这个实验。此时通过两容器中电阻的电流不同,在通电时间相同的情况下,观察U形管 中液面高度变化,由此得到的结论是___________ ______________________________________________。  　液面的高度差　 　转换法　 　右　 　电阻　 　在电阻和 时间相同的情况下,电流越大,导体产生的热量越多　 (5)加热过程中,只以图甲中左侧容器内的电阻丝为研究对象,观察到与该容器相连的U形管两侧液面高度差越来越大,说明在_________、_________一定时,电流产生的热量跟_____________有关。  (6)某实验小组发现通电一段时间后,其中一支U形管中的液面高度几乎不变,发生此现象的原因可能是____________________________________________ ____________。  (7)如果热量用Q表示,电流用I表示,电阻用R表示,时间用t表示,则Q=________。  　电流　 　电阻　 　通电时间　 　透明容器密闭性不好(或透明容器漏气、对应电 阻丝短路)　 　I2Rt　 创新拓展 (8)某小组在利用图乙装置实验时,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:　 ___________________________。  (9)用如图丙所示的装置也能完成实验,比较该装置和图甲、 乙中的装置,你认为较好的装置是___________(选填“甲、 乙”或“丙”),理由是__________________________________ ________________________________________________ __________________________________。  右侧容器外5 Ω的电阻断路　 　甲、乙　 　气体的热胀冷缩效果比液态更明显, 实验现象更直观,时间更短(或丙　用温度计能较准确地 测出煤油的温度变化,便于定量研究)　 云南•全国中考集训 【云南5年中考】 命题点一　电流的热效应 1.(2022·云南学业考)如图是“3·15”晚会上曝光的劣质导线,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32根减为26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“较大”或“较小”),若在通有相同电流的情况下,相同时间内劣质导线产生的热量 _________(选填“较多”或“较少”)。  　较大　 　较多　 命题点二　探究“电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关” 2.(2023·云南中考)实验小组在老师的指导下探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”。同学们在烧瓶内安装一根电阻丝,倒入适量的煤油,插入一支温度计,设计了如图甲所示的电路。 (1)答: (1)用笔画线代替导线,将图甲的电路连接完整。 要求滑动变阻器的滑片向右移动时,电流表示 数变大,且导线不交叉。 (2)闭合开关后,发现电流表指针未偏转,经检查仅电阻丝R有故障,则电阻丝R _________(选填“短路”或“断路”)。排除故障后进行实验,实验中通过观察 _____________________来比较相同时间内不同电流产生热量的多少。  (3)调节滑动变阻器改变电流的大小,经过多次实验发现:电阻丝阻值和通电时间一定时,电流I越大,通电导体产生的热量Q越多。小明猜想:当电阻和通电时间一定时,Q可能与I成正比。随后在老师帮助下,实验小组测出了多组Q与I的数据。请提出一种判断小明猜想是否正确的方法:_____________________________ ________________________________________________________________。  　断路　 　温度计示数的变化　 　将测得的Q与I的数据描点画出 Q -I图像,若Q -I图像为过原点的一条直线,则Q与I成正比,否则不成正比　 (4)同学们进一步学习了解到:物理学家焦耳1840年就确定了当电阻和通电时间一定时,电流产生的热量跟电流的二次方成正比的关系。生活中利用电热工作的家用电器有___________(请举一例)。  (5)若要探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系”,可选择图乙中______(选填“A”或“B”)烧瓶中的电阻与图甲烧瓶中的电阻_______(选填“串”或“并”)联进行实验。  (6)本实验应用的研究方法有转换法和_____________法。  　电饭煲　 　B　 　串　 　控制变量　 【全国中考精选】 3.(2024·菏泽中考)下列家用电器,利用电流的热效应工作的是( ) A.电冰箱 　B.洗衣机 　C.电脑　 D.电饭煲 4.(2024·南京中考)如图所示,电源电压U恒定,R1、R2为两个定值电阻,L为标有 “6 V　3 W”的小灯泡。开关S1、S2、S3均闭合时,电流表A1示数为1.5 A,A2示数为1 A;仅闭合S1,小灯泡恰好正常发光。则小灯泡正常发 光时的电流为________A;U=_______V;R2=_______Ω;前后 两次电路中相同时间内R1产生的热量之比为_________。  D 　0.5　 　12　 　24　 　4∶1　 5.(2024·成都中考)小张想设计一个有“低温”“中温”和“高温”三个挡位的电加热器,其电路图如图所示,电源电压为220 V,R1、R2是电热丝,开关S接触相邻的两个触点。她准备了三根电热丝,R1=242 Ω,另外两根电热丝的阻值分别是121 Ω和242 Ω,R2该选取阻值为________Ω的电热丝。开关S接触“1”“2”两个触点时,通电 1 min,电流产生的热量是____________J。  　121　 　1.2×104　 6.(2025·广东中考)如图所示实验,实验前已调好器材,实验过程中通过电阻R1、 R2的电流_________(选填“相等”或“不相等”);观察U形管内液面高度差可知 _______(选填“R1”或“R2”)产生的热量较多;要使液面高度差变化更快,可将滑动变阻器的滑片P向_______滑动。  　相等　 　R2　 　右　 7.(2024·无锡中考)用如图所示的装置探究影响电流热效应的因素,甲、乙、丙三个相同的容器内均装有质量相等的煤油,电阻丝R1、R2、R3浸没在煤油中,其中R1=R2=5 Ω,R3=10 Ω。闭合开关前,记录下煤油的初始温度t0。开关S接a,调节滑动变阻器滑片P,使电流表的示数为1 A,记录下第100 s和第200 s时甲容器中煤油的末温度t;开关S接b,调节滑片P,使电流表的示数为0.5 A,记录下第200 s时乙、丙容器中煤油的末温度t,断开开关。结果如表,比较序号①②可得:当通过导体的电流和导体的_________相等时,导体产生的热量与通电_________有关。比较序号②和_______可知导体产生的热量与电流大小有关。实验中,电阻R2产生的热量为________J。  　电阻　 　时间　 　③　 　250　 序号 电阻 I/A 时间/s t0/℃ t/℃ ① R1 1 100 20 34 ② R1 1 200 20 48 ③ R2 0.5 200 20 27 ④ R3 0.5 200 20 34 8.(2025·深圳中考)某简易植物工厂,为了给植物提供光和热,君君、辉辉、阳阳共同设计了如图所示的电路图。小灯泡L的规格是“12 V　6 W”。电源电压为 12 V,R为加热电阻,阻值大小为6 Ω,求: (1)请帮助君君同学算出只闭合S2通过R的电流; (2)请帮助辉辉同学算出只闭合S1灯泡L的电阻; (3)阳阳同学闭合S1、S2后,通电10 min,求R产生的 热量和电路消耗的总电能。 解:(1)只闭合S2通过R的电流为:IR===2 A; (2)只闭合S1灯泡L的电阻为:RL===24 Ω; (3)阳阳同学闭合S1、S2后,通电10 min,R产生的热量为: Q=Rt=(2 A)2×6 Ω×10×60 s=1.44×104 J; 灯泡支路的电流为:IL===0.5 A; 干路中的电流为:I=IL+IR=0.5 A+2 A=2.5 A; 电路消耗的总电能为:W=UIt=12 V×2.5 A×10×60 s=1.8×104 J。 $