18.4 焦耳定律（举一反三·讲义）物理新教材人教版九年级全一册

本讲义聚焦初中物理“焦耳定律”核心知识点，从电流热效应（区分纯电阻与非纯电阻用电器）切入，通过实验探究得出Q=I²Rt规律，延伸至电热的利用与防止，最终应用于多挡位电热器分析，构建完整知识支架。 资料以情景导入（用电器发热差异问题）激发思考，实验设计（U形管液面高度差转换法）培养科学探究能力，结合生活实例（电水壶、电热毯）强化物理观念，配套思维导图与分层作业，课中辅助教师高效教学，课后助力学生查漏补缺。

18.4 焦耳定律 【新教材人教版】 【知识框架+知识精讲（4个知识归纳+4个题型）+课后作业】 模块二 知识精讲 ( 情景导入 ) ( 想一想 )同样是电流通过导体，为什么有的用电器发热明显，有的导线几乎不发热？电流产生的热量多少，究竟和哪些因素有关？ ( 知识归纳 ) 【知识点1 电流的热效应】 1.电流的热效应：电流通过导体时，电能转化为内能（热能），导体发热的现象。 2.本质：电流做功，电能向内能转化。 3.两类用电器区分（必考选择题） （1）利用电流热效应（纯电阻用电器） ①电能几乎全部转化为内能，专门用来发热： ②电饭锅、电热水器、电熨斗、电烙铁、电热毯、电炉、电暖器、电热水壶。 （2）会发热但不利用电热（非纯电阻） ①电能主要转化为机械能 / 光能，只有少量电能变成内能（属于损耗）。 ②电风扇、洗衣机、电动机、电视机、电脑、电冰箱、空调外机。 ✅ 例：摸电视机后盖发烫，就是电流热效应，但这是多余热量。 【例1】（25-26•九年级下·江苏盐城•期末）下列四种用电器，其中主要是利用电流热效应来工作的是（　　） A．电风扇 B．电冰箱 C．电视机 D．电水壶 【变式1-1】（25-26•九年级下·辽宁丹东•期末）如图所示是轿车的后视镜，该后视镜的电加热功能，能有效地防止雨天或气温低时，后视镜起雾或上霜，电热后视镜发热是利用电流的__效应。 【变式1-2】（25-26•九年级下·吉林长春•期末）在AI时代，大数据中心的计算机主机在处理海量数据时会产生大量的热。这是电流的______效应，如图所示，将主机直接浸泡在氟化液中，可有效冷却且能使电路元件长期稳定工作。由此可知，氟化液除具有良好的导热性外，还是良好的______体。 【知识点2 焦耳定律】 1.实验：用 U 形管液面高度差反映产生热量多少。 （1）I、t 相同，R 越大，产热越多（串联实验）。 （2）R、t 相同，I 越大，产热越多（并联分流改变电流） （3）I、R 相同，t 越长，产热越多 2.焦耳定律内容与公式： （1）文字表述：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体电阻成正比，跟通电时间成正比。 （2）原始公式（所有电路通用，万能公式）：Q=I2Rt。 （3）符号单位： Q：电热，单位J； I：电流A； R：电阻Ω； t：时间s。 【例2】（25-26•九年级下·北京大兴•期末）小红在厨房里发现正在煮饭的电饭锅温度很高，但是连接电饭锅跟电源插座的导线温度仅略高于室温。对这个现象，下列解释正确的是（　　） A．电流通过导线时不会产生热量 B．通过电饭锅加热丝的电流大于通过导线的电流 C．电饭锅加热丝两端的电压等于导线两端的电压 D．电饭锅加热丝上的电功率大于导线上的电功率 【变式2-1】（25-26•九年级下·湖南怀化•期末）如图所示是一种家用蒸汽挂烫机，接通电源后水箱中的水被加热，这是利用了电流的________效应，形成的水蒸气通过弯曲导气管从喷头喷出，快速除去服装上的褶皱，使用方便。某款挂烫机的额定电压为220V，电热丝加热功率为1100W。则该挂烫机工作时，通过电热丝的电流为________A，若连续工作10分钟，电热丝产生的热量为________J。 【变式2-2】（25-26•九年级下·江苏淮安•期末）小明利用如图所示的装置“探究电热与什么因素有关”，已知四个透明容器内密封着等量的空气。 (1)实验中通过观察___________的大小来比较透明容器中的电阻丝产生热量的多少； (2)如图甲所示装置是用来探究电流通过导体产生的热量与___________的关系的； (3)在如图乙所示装置中，通电一段时间后，两U形管中液面高度差如图所示，电阻丝、中产生热量较多的是___________。 【知识点3 电热的利用和防止】 1.利用：电水壶、电饭锅、电暖器、电热毯（电热器） 2.防止危害：电脑风扇、电视散热孔、电机散热片 【例3】（25-26•九年级下·山东枣庄•期末）下列应用属于电热防止的是（　　） A．鸡苗孵化器 B．手机内安装石墨片 C．电热毯 D．通电的电炉丝 【变式3-1】（25-26•九年级下·福建福州•期末）小明仔细观察家中的电视机、电风扇、白炽灯和日光灯四种电器，发现它们上面都标有“220V  40W”的字样，若它们都在额定电压下工作相同的时间，则产生的热量最多的是（   ） A．电视机 B．电风扇 C．白炽灯 D．日光灯 【变式3-2】（25-26•九年级下·内蒙古通辽•期末）如图所示，小伟在铝箔条上的A、B、C三处剪出了高度相同但宽度不同的缺口。将铝箔条的两端连到电池的两极上。铝箔条___________（填“A”“B”或“C”）处的电阻最大，铝箔条___________（填“A”“B”或“C”）处在相同时间内产生的热量最多。 【知识点4 多挡位电热器】 1.电压不变，P=。 2.电阻小→功率大→高温挡；电阻大→功率小→低温挡。 3.电热加热水 （1）无热损失：W电=Q吸=cm△t。 （2）有效率：η= 【例4】（25-26•九年级下·河北沧州•期末）如图甲所示的煎饼锅具有高温和低温两个挡位，图乙是其内部简化电路图。当处于高温挡时，煎饼锅的加热功率为968W，则______Ω；处于低温挡时，煎饼锅的工作电流为1A，通电1min产生热量为______J。 【变式4-1】（25-26•九年级下·天津和平•期末）如图是某家用电热器内部电路结构图，其中 R1、R2为加热电阻丝 （R1>R2）。下列关于电阻丝的四种连接方式，可使电热器提供不同的发热功率，其中大小说法正确的是（　　） A．甲的连接方式发热功率最小 B．乙的连接方式发热功率最小 C．丙的连接方式发热功率最大 D．丁的连接方式发热功率最大 【变式4-2】（25-26•九年级下·湖北襄阳•期末）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、低温挡自动切换。如图乙所示为其内部电路原理图，和都为发热电阻丝；如图丙为该毛巾架在正常工作20min内电流随时间变化的图像。求： (1)高温挡的功率； (2)发热电阻丝的电阻； (3)毛巾架工作20min产生的热量。 模块三 课后作业 一、单项选择题(共7题) 1.（25-26•九年级下·贵州黔东南•期末）下列家用电器工作时，主要将电能转化为内能的是（　　） A．电视机 B．电暖器 C．电风扇 D．洗衣机 2.（25-26•九年级下·浙江丽水•期末）将两根发热电阻丝串联起来接在电路中，如图所示，若，经过足够长的时间，则先被点燃的火柴是（    ） A．火柴甲 B．火柴乙 C．同时点燃 D．无法确定 3.（25-26•九年级下·湖北襄阳•期末）将“220V-100W”的白炽灯、“220V-100W”的电风扇、“220V-100W”的电烙铁并联接入220V的电路中工作相同的时间，产生热量最多的是（　　） A．白炽灯 B．电风扇 C．电烙铁 D．一样多 4.（25-26•九年级下·辽宁朝阳•期末）关于电功、电能、电热和电功率，下列说法中正确的是（　　） A．对所有用电器来说，电流做功的多少等于用电器消耗电能的多少 B．电视机消耗电能的多少等于电视机中产生电热的多少 C．某用电器的电功率越大，它消耗的电能越多 D．电流产生热量相同的用电器，消耗的电能一定相同 5.（25-26•九年级下·湖北十堰•期末）如图所示，甲、乙、丙、丁四个相同容器里装有质量和初温相同的煤油，每个容器放入同种材料绕成的发热线圈，若同时通电，经过一段时间后这四个容器中的煤油温度从低到高的顺序是（　　） A．甲、乙、丁、丙 B．丁、丙、乙、甲 C．甲、乙、丙、丁 D．丙、丁、乙、甲 6.（25-26•九年级下·山东日照•期末）曼曼连接如图所示电路，闭合开关，发现灯泡比更亮，分析此时两个灯泡相关物理量的大小关系，下列判断正确的是（　　） A．相同时间内流过灯泡的实际电流产生的热量更少 B．灯泡的电阻更小 C．相同时间内灯泡消耗的电能更多 D．灯泡的实际功率更小 7.（25-26•九年级下·北京海淀•期末）如图所示是两个实验室中常用的定值电阻和，两电阻均由粗细均匀、材料相同的电阻丝缠绕在相同的圆柱形绝缘棒上制成，绕制比绕制所用的电阻丝更粗、且缠绕的圈数更少。将、并联在电路中工作一段时间。关于和相关物理量的比较，下列说法正确的是（　　） A．通过的电流更小 B．两端的电压更大 C．消耗电能更快 D．电流通过产生的热量更多 二、多项选择题(共2题) 8.（25-26•九年级下·吉林长春•期末）如图是某液晶彩色电视的铭牌。下列说法中正确的是（　　） 型号：LA46B75001F 电源：AC220-240V-50Hz 250W 生产厂：xxxx电子有限公司 S/N：【序号】JYC2N3WVS600314Z    A．1kW·h的电能可供该电视正常工作4h B．该电视可以接在380V电压下使用 C．工作一段时间后电视会发热，是电流的热效应 D．正常工作时，该电视比60W的灯消耗电能多 9.（25-26•九年级下·贵州贵阳•期末）在寒冷的冬天，我们会用到电暖器取暖，如图所示是某电暖器及其铭牌和电路图，此电暖器有低温、中温、高温三挡，已知R1=55Ω，R2=44Ω，以下分析正确的是（　　） 品牌 型号 ⅡY2215-ⅡΕ 额定电压 220V 挡位 3挡 额定功率 低温880W 中温1100W 高温1980W A．使用“高温挡”只需要闭合S2 B．使用“低温挡”只需要闭合S1 C．中温挡正常工作1分钟，产生的热量为6.6×104J D．闭合S1、S2时，通过R1、R2的电流之比为4∶5 三、填空题(共5题) 10.（25-26•九年级下·福建福州•期末）一台电动机的额定电压是220V，其电阻是1Ω，正常工作时，通过的电流为5A，则电动机消耗的功率为________W，正常工作100s可将________J的电能转化为机械能。 11.（25-26•九年级下·辽宁抚顺•期末）钢丝棉的燃点非常低，如图所示，消防员正在演示钢丝棉在电池的正、负极连接后被点燃。此现象的发生是因为有电流通过钢丝棉时，由于电流的________效应，使温度达到钢丝棉的燃点。现场会闻到烧焦的气味，属于________现象。所以在家里不要储存这种易燃品。 12.（25-26•九年级下·河南•期末）雨、雪等在冬季有时会冻结在输电线上，如图所示。为了保证正常供电，通常要给输电线除冰：在短时间内让输电线不经过用电器而直接接通，使输电线中的电流______（选填“增大”“减小”或“不变”），产生的热量______（选填“增多”“减少”或“不变”），从而使冰熔化。 13.（25-26•九年级下·甘肃定西•期末）如图为某用电器的I-U图像，其额定电压为12V，则额定功率是_______W；当该用电器在正常工作100s时，产生的热量是_______J。 14.（25-26•九年级下·山东枣庄•期末）如图所示，电源电压恒定不变，已知R1∶R2=3:5，如果闭合开关S，则它们两端的电压之比U1∶U2=___________；如果通电1min，电流通过它们产生的热量之比Q1∶Q2=___________。 四、综合题(共3题) 15.（25-26•九年级下·湖南长沙•期末）小付同学过年时买了一个电热杯垫给妈妈，如图所示。电热杯垫有加热和保温两挡功能（通过闭合或断开开关来实现该功能），通过USB接口接到电脑上可以随时喝上热饮。杯垫内部简化电路如图所示，R1、R2为加热元件，USB接口的输出电压为5V，R1电阻10Ω，当处于加热状态时，整个电路消耗的功率为7.5W。求： （1）只闭合S1时，通过R1的电流是多少A？ （2）保温30min时产生的热量是多少J？ （3）电阻R2的阻值是多少Ω？ 16.（25-26•九年级下·黑龙江绥化•期末）如图所示，小明和小华分别用该实验电路来探究电流产生的热量和哪些因素有关，两个相同的空气盒中装有质量、温度相同的空气，电阻丝、的阻值分别为，的阻值为。两人实验的电源电压相同且不变。 (1)该实验通过观察_________来反映电流产生的热量。 (2)小明只闭合开关，他是想要探究电流产生的热量与________大小的关系，通电一段时间后，观察到的现象如图所示，表明在________和通电时间相同的情况下，________越大，电流产生的热量越多。 (3)小华要探究电流产生的热量与电流大小是否有关，他先将空气盒2内的电阻与电阻交换位置，目的是控制通电时间和________相同。 (4)若小明和小华分别在实验中加热时间相同，小明的实验中左侧U形管内液柱的高度差为，小华的实验中左侧U形管内液柱的高度差为，则________（选填“”“”或“”）。 17.（25-26•九年级下·山西省稷山•期末）阅读短文回答问题。 智能电加热眼罩 近几年，近视眼成为影响青少年身体健康的重要因素，为有效保护眼睛，降低近视率，目前市场上推出一款电加热眼罩（如图甲），对缓解眼疲劳有一定效果。电加热眼罩是在绝缘的聚酯薄膜表面有序排列10根一样的具有发热、控温双重功能PTC加热丝，PTC是一种新型的半导体陶瓷材料，它以钛酸钡为主，渗入多种物质后加工而成。电加热眼罩内部结构如图乙所示，PTC加热丝两端与金属导线形成网状结构，由6V的锂电池供电。每根PTC加热丝电阻随温度变化的关系如图丙所示，当温度达到40℃时，PTC加热丝的发热功率等于散热功率（即在相同时间内产生的热量与散失的热量相等），温度保持不变，实现智能控温。 (1)该眼罩是利用电流的________效应工作的； (2)如图乙所示的加热电路，PTC加热丝的连接方式是________联，正常工作时金属导线中A、B处电流分别为和，则_______（选填“<”“=”或“>”）； (3)将眼罩加热电路开关闭合，其功率随时间变化的图像最可能是（　　） A B C D ( 第 11 页 共 11 页 ) 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 18.4 焦耳定律 【新教材人教版】 【知识框架+知识精讲（4个知识归纳+4个题型）+课后作业】 模块二 知识精讲 ( 情景导入 ) ( 想一想 )同样是电流通过导体，为什么有的用电器发热明显，有的导线几乎不发热？电流产生的热量多少，究竟和哪些因素有关？ ( 知识归纳 ) 【知识点1 电流的热效应】 1.电流的热效应：电流通过导体时，电能转化为内能（热能），导体发热的现象。 2.本质：电流做功，电能向内能转化。 3.两类用电器区分（必考选择题） （1）利用电流热效应（纯电阻用电器） ①电能几乎全部转化为内能，专门用来发热： ②电饭锅、电热水器、电熨斗、电烙铁、电热毯、电炉、电暖器、电热水壶。 （2）会发热但不利用电热（非纯电阻） ①电能主要转化为机械能 / 光能，只有少量电能变成内能（属于损耗）。 ②电风扇、洗衣机、电动机、电视机、电脑、电冰箱、空调外机。 ✅ 例：摸电视机后盖发烫，就是电流热效应，但这是多余热量。 【例1】（25-26•九年级下·江苏盐城•期末）下列四种用电器，其中主要是利用电流热效应来工作的是（　　） A．电风扇 B．电冰箱 C．电视机 D．电水壶 【答案】D 【详解】A．电风扇工作时，主要是电能转化为机械能，不是利用电流的热效应，故A不符合题意； B．电冰箱是利用通电线圈在磁场中受到磁场力而转动，将电能转化成机械能，不是利用电流的热效应，故B不符合题意； C．电视机、电脑工作时主要转化为光能和声能，不是利用电流的热效应，故C不符合题意； D．电水壶工作时，电能转化为内能，是利用电流的热效应，故D符合题意。 故选D。 【变式1-1】（25-26•九年级下·辽宁丹东•期末）如图所示是轿车的后视镜，该后视镜的电加热功能，能有效地防止雨天或气温低时，后视镜起雾或上霜，电热后视镜发热是利用电流的__效应。 【答案】热 【详解】电热后视镜加热时，将电能转化为内能，所以它是利用电流的热效应工作的。 【变式1-2】（25-26•九年级下·吉林长春•期末）在AI时代，大数据中心的计算机主机在处理海量数据时会产生大量的热。这是电流的______效应，如图所示，将主机直接浸泡在氟化液中，可有效冷却且能使电路元件长期稳定工作。由此可知，氟化液除具有良好的导热性外，还是良好的______体。 【答案】 热 绝缘 【详解】[1]电流通过导体时会产生热量，这种现象叫做电流的热效应。计算机主机处理数据时，电流通过内部电路，将电能转化为内能，产生大量的热，这正是电流热效应的体现。 [2]计算机主机的电路元件浸泡在氟化液中时，既要利用氟化液的良好导热性散热，又要保证电路能正常工作，不会发生短路。因此，氟化液必须是绝缘体，不能导电，否则会导致电路短路，损坏元件。 【知识点2 焦耳定律】 1.实验：用 U 形管液面高度差反映产生热量多少。 （1）I、t 相同，R 越大，产热越多（串联实验）。 （2）R、t 相同，I 越大，产热越多（并联分流改变电流） （3）I、R 相同，t 越长，产热越多 2.焦耳定律内容与公式： （1）文字表述：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体电阻成正比，跟通电时间成正比。 （2）原始公式（所有电路通用，万能公式）：Q=I2Rt。 （3）符号单位： Q：电热，单位J； I：电流A； R：电阻Ω； t：时间s。 【例2】（25-26•九年级下·北京大兴•期末）小红在厨房里发现正在煮饭的电饭锅温度很高，但是连接电饭锅跟电源插座的导线温度仅略高于室温。对这个现象，下列解释正确的是（　　） A．电流通过导线时不会产生热量 B．通过电饭锅加热丝的电流大于通过导线的电流 C．电饭锅加热丝两端的电压等于导线两端的电压 D．电饭锅加热丝上的电功率大于导线上的电功率 【答案】D 【详解】A．电流通过导线时，因导线有电阻，会产生热量，故A错误； B．电饭锅加热丝与导线串联，串联电路中电流处处相等，故两者电流相同，故B错误； C．串联电路中，电压与电阻成正比，加热丝电阻远大于导线电阻，故加热丝两端电压远大于导线两端电压，故C错误； D．根据 ，电流 I 相同，加热丝电阻 R 远大于导线电阻，因此加热丝的电功率远大于导线的电功率，电功率越大，相同时间内产生的热量越多，温度越高，故D正确。 故选D。 【变式2-1】（25-26•九年级下·湖南怀化•期末）如图所示是一种家用蒸汽挂烫机，接通电源后水箱中的水被加热，这是利用了电流的________效应，形成的水蒸气通过弯曲导气管从喷头喷出，快速除去服装上的褶皱，使用方便。某款挂烫机的额定电压为220V，电热丝加热功率为1100W。则该挂烫机工作时，通过电热丝的电流为________A，若连续工作10分钟，电热丝产生的热量为________J。 【答案】 热 【详解】[1]家用蒸汽挂烫机，接通电源后水箱中的水被加热，电能转化为内能，因此这是利用了电流的热效应。 [2]通过电热丝的电流为 [3]若连续工作10分钟，电热丝产生的热量为 【变式2-2】（25-26•九年级下·江苏淮安•期末）小明利用如图所示的装置“探究电热与什么因素有关”，已知四个透明容器内密封着等量的空气。 (1)实验中通过观察___________的大小来比较透明容器中的电阻丝产生热量的多少； (2)如图甲所示装置是用来探究电流通过导体产生的热量与___________的关系的； (3)在如图乙所示装置中，通电一段时间后，两U形管中液面高度差如图所示，电阻丝、中产生热量较多的是___________。 【答案】(1)U形管两侧液面高度差 (2)电阻 (3)R1 【详解】（1）四个透明容器内密封等量空气，电阻发热会使空气受热膨胀，引起U形管两侧液面高度差变化，电阻产生的热量越多，U形管两侧液面高度差越大，因此可以通过观察U形管两侧液面高度差来比较电阻产生热量的多少。 （2）如甲图所示，左右两个容器中电阻串联，通过它们的电流相同、通电时间相同，它们的电阻不相同，根据控制变量法可知，探究的是“电流通过导体产生的热量与电阻的关系”。 （3）如图乙所示，与电阻丝所在的容器相通的U形管两侧液面高度差更大，所以电阻丝产生的热量更多。 【知识点3 电热的利用和防止】 1.利用：电水壶、电饭锅、电暖器、电热毯（电热器） 2.防止危害：电脑风扇、电视散热孔、电机散热片 【例3】（25-26•九年级下·山东枣庄•期末）下列应用属于电热防止的是（　　） A．鸡苗孵化器 B．手机内安装石墨片 C．电热毯 D．通电的电炉丝 【答案】B 【详解】ACD．鸡苗孵化器、电热毯、通电的电炉丝，都是利用电流的热效应来获得需要的热量，属于电热的利用，故ACD不符合题意； B．手机工作时产生的热量会损坏内部电子元件，安装石墨片是利用石墨良好的导热性散发热量，避免热量堆积，属于电热的防止，故B符合题意。 故选B。 【变式3-1】（25-26•九年级下·福建福州•期末）小明仔细观察家中的电视机、电风扇、白炽灯和日光灯四种电器，发现它们上面都标有“220V  40W”的字样，若它们都在额定电压下工作相同的时间，则产生的热量最多的是（   ） A．电视机 B．电风扇 C．白炽灯 D．日光灯 【答案】C 【详解】因为各用电器的额定功率相同，由W=Pt可得，若工作相同时间，消耗的电能相同；电视机工作时将大部分电能转化为声能和光能；电风扇工作时消耗电能，大部分转化为机械能；白炽灯工作时将消耗的电能大部分转化为内能；日光灯工作时将电能大部分转化为光能。则产生的热量最多的是白炽灯。故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 【变式3-2】（25-26•九年级下·内蒙古通辽•期末）如图所示，小伟在铝箔条上的A、B、C三处剪出了高度相同但宽度不同的缺口。将铝箔条的两端连到电池的两极上。铝箔条___________（填“A”“B”或“C”）处的电阻最大，铝箔条___________（填“A”“B”或“C”）处在相同时间内产生的热量最多。 【答案】 A A 【详解】[1]从图中可以看到，将铝箔条的两端连到电池的两极上，电流从铝箔条的一端流到另一端，可看到三处的电阻长度是相同的，材料也相同，A处的宽度最小，即横截面积最小，则A处的电阻最大。 [2]将铝箔条的两端连到电池的两极上，A、B、C三处的电阻，就相当于串联接入电路，串联电路的电流处处相等，流过这三处的电流大小是相等的，A处的电阻最大，在相同时间内，根据焦耳定律的公式可知，A处产生的热量最多。 【知识点4 多挡位电热器】 1.电压不变，P=。 2.电阻小→功率大→高温挡；电阻大→功率小→低温挡。 3.电热加热水 （1）无热损失：W电=Q吸=cm△t。 （2）有效率：η= 【例4】（25-26•九年级下·河北沧州•期末）如图甲所示的煎饼锅具有高温和低温两个挡位，图乙是其内部简化电路图。当处于高温挡时，煎饼锅的加热功率为968W，则______Ω；处于低温挡时，煎饼锅的工作电流为1A，通电1min产生热量为______J。 【答案】 50 13200 【详解】[1]由图乙可知，当开关S1和S2均闭合时，R2被短路，电路为R1的简单电路，电阻较小，由 知电路处于加热状态；由知，电阻R1的阻值 [2]处于低温挡时，煎饼锅的工作电流为1A，通电1min产生热量 Q=W=UIt=220V×1A×60s=13200J 【变式4-1】（25-26•九年级下·天津和平•期末）如图是某家用电热器内部电路结构图，其中 R1、R2为加热电阻丝 （R1>R2）。下列关于电阻丝的四种连接方式，可使电热器提供不同的发热功率，其中大小说法正确的是（　　） A．甲的连接方式发热功率最小 B．乙的连接方式发热功率最小 C．丙的连接方式发热功率最大 D．丁的连接方式发热功率最大 【答案】BD 【详解】如图所示，甲的连接方式仅R2接入电路，R1短路，乙的连接方式R1与R2串联，丙的连接方式仅R1接入电路，丁的连接方式两电阻并联，根据串并电路电阻的大小关系可知，四个连接方式电阻大小关系为 根据可得功率大小关系为 即乙的功率最小，丁的功率最大，故AC错误，BD正确。 故选BD。 【变式4-2】（25-26•九年级下·湖北襄阳•期末）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、低温挡自动切换。如图乙所示为其内部电路原理图，和都为发热电阻丝；如图丙为该毛巾架在正常工作20min内电流随时间变化的图像。求： (1)高温挡的功率； (2)发热电阻丝的电阻； (3)毛巾架工作20min产生的热量。 【答案】(1)220W (2)660Ω (3) 【详解】（1）高温挡时，电路中的电功率大，由可知，电流大，图丙中最大电流为，此时毛巾架处于高温挡，则高温挡的功率为 （2）由图乙可知，当开关S接2时，串联，此时电路中的总电阻最大，由可知，电路中的总功率最小，毛巾架处于低温挡；当开关S接1时，只有工作，电路中的总电阻最小，总功率最大，毛巾架处于高温挡； 已知高温挡的电流为1A，由可知，的阻值 由图丙可知，低温挡工作时电路中的电流，由可知，的串联总电阻为 根据串联电路的电阻特点可知，的阻值为 （3）毛巾架0~10min高温挡工作，10~20min低温挡工作，则工作20min产生的热量为 模块三 课后作业 一、单项选择题(共7题) 1.（25-26•九年级下·贵州黔东南•期末）下列家用电器工作时，主要将电能转化为内能的是（　　） A．电视机 B．电暖器 C．电风扇 D．洗衣机 【答案】B 【详解】A．电视机是消耗电能而发出声音和光亮，将电能转化为声能和光能，故A不符合题意； B．电暖器是利用电流的热效应工作，将电能几乎全部转化为内能，用来发热取暖，故B符合题意； C．电风扇是消耗电能而转动工作，将电能转化为机械能，故C不符合题意； D．洗衣机是消耗电能而转动，将电能转化为机械能，故D不符合题意。 故选B。 2.（25-26•九年级下·浙江丽水•期末）将两根发热电阻丝串联起来接在电路中，如图所示，若，经过足够长的时间，则先被点燃的火柴是（    ） A．火柴甲 B．火柴乙 C．同时点燃 D．无法确定 【答案】B 【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Q=I2Rt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，电炉丝R2的温度高，火柴先被点燃。 故选B。 3.（25-26•九年级下·湖北襄阳•期末）将“220V-100W”的白炽灯、“220V-100W”的电风扇、“220V-100W”的电烙铁并联接入220V的电路中工作相同的时间，产生热量最多的是（　　） A．白炽灯 B．电风扇 C．电烙铁 D．一样多 【答案】C 【详解】分别接入220V的电路中，三个用电器都正常工作，根据可知，相同时间三者消耗的电能相同，通过分析三种用电器使用时的能量转化情况，找出产生热量最多的用电器。白炽灯将电能转化为内能和光能，电风扇将电能大部分转化为机械能，电烙铁将电能全部转化为内能，所以产生热量最多的是电烙铁。故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 4.（25-26•九年级下·辽宁朝阳•期末）关于电功、电能、电热和电功率，下列说法中正确的是（　　） A．对所有用电器来说，电流做功的多少等于用电器消耗电能的多少 B．电视机消耗电能的多少等于电视机中产生电热的多少 C．某用电器的电功率越大，它消耗的电能越多 D．电流产生热量相同的用电器，消耗的电能一定相同 【答案】A 【详解】A．电流做功的过程就是用电器消耗电能的过程，电流做了多少功，用电器就消耗了多少电能，故A正确； B．电视机工作时，电能主要转化为光能、声能等其他形式的能，只有少量转化为电热，因此消耗的电能远大于产生的电热，故B错误； C．用电器消耗的电能由电功率和通电时间共同决定，公式为，电功率大的用电器，若通电时间很短，消耗的电能也可能很少，故C错误； D．不同用电器的能量转化情况不同，例如电暖器电能几乎全部转化为电热，而电风扇电能主要转化为机械能，只有少量转化为电热，因此电流产生热量相同时，消耗的电能不一定相同，故D错误。 故选A。 5.（25-26•九年级下·湖北十堰•期末）如图所示，甲、乙、丙、丁四个相同容器里装有质量和初温相同的煤油，每个容器放入同种材料绕成的发热线圈，若同时通电，经过一段时间后这四个容器中的煤油温度从低到高的顺序是（　　） A．甲、乙、丁、丙 B．丁、丙、乙、甲 C．甲、乙、丙、丁 D．丙、丁、乙、甲 【答案】A 【详解】由图甲和乙可知，两个电阻串联，通过它们的电流相等，相同时间内甲产生的热量，乙产生的热量 所以。 由图丙和图乙可知，两个电阻并联，由并联电路电压的规律可知两个电阻两端的电压都等于10V，相同时间内丙产生的热量，丁产生的热量，所以。 由串联分压可知甲和乙两端的电压小于10V，由可知，甲和乙产生的热量小于丁产生的热量，所以若同时通电，经过一段时间后这四个容器中线圈产生热量的大小关系为，煤油温度从低到高的顺序是甲、乙、丁、丙，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 6.（25-26•九年级下·山东日照•期末）曼曼连接如图所示电路，闭合开关，发现灯泡比更亮，分析此时两个灯泡相关物理量的大小关系，下列判断正确的是（　　） A．相同时间内流过灯泡的实际电流产生的热量更少 B．灯泡的电阻更小 C．相同时间内灯泡消耗的电能更多 D．灯泡的实际功率更小 【答案】C 【详解】图中 L1与 L2 串联，串联电路中电流处处相等。灯泡亮度由实际功率决定， L1更亮，说明 L1的实际功率更大。 B．根据 ，电流 I 相同， L1实际功率大，则电阻R更大，故B错误； A．根据 ，电流 I 、时间 t 相同， L1实际功率大，则电阻 R 更大，产生的热量更多，故A错误； C．根据  ，时间t相同， L1实际功率大，则消耗的电能更多，故C正确； D．灯泡亮度由实际功率决定， L1更亮，实际功率更大，故D错误。 故选 C。 7.（25-26•九年级下·北京海淀•期末）如图所示是两个实验室中常用的定值电阻和，两电阻均由粗细均匀、材料相同的电阻丝缠绕在相同的圆柱形绝缘棒上制成，绕制比绕制所用的电阻丝更粗、且缠绕的圈数更少。将、并联在电路中工作一段时间。关于和相关物理量的比较，下列说法正确的是（　　） A．通过的电流更小 B．两端的电压更大 C．消耗电能更快 D．电流通过产生的热量更多 【答案】C 【详解】AB．电阻的大小与导体的材料、长度、横截面积和温度有关。两电阻丝材料相同，R1的电阻丝更粗，即横截面积大、缠绕圈数更少，即长度更短，则。并联电路中各支路两端的电压相等，都等于电源电压，所以R1和R2两端的电压相等；根据欧姆定律，可知通过R1的电流大于通过R2的电流，故AB错误； C．电功率表示电流做功的快慢，R1和R2两端的电压相等，且，根据，可知R1的电功率大于R2的电功率，即R1消耗电能更快，故C正确； D．R1和R2两端的电压相等，工作时间相同，且，根据公式，可知电流通过R1产生的热量更多，故D错误。 故选C。 二、多项选择题(共2题) 8.（25-26•九年级下·吉林长春•期末）如图是某液晶彩色电视的铭牌。下列说法中正确的是（　　） 型号：LA46B75001F 电源：AC220-240V-50Hz 250W 生产厂：xxxx电子有限公司 S/N：【序号】JYC2N3WVS600314Z    A．1kW·h的电能可供该电视正常工作4h B．该电视可以接在380V电压下使用 C．工作一段时间后电视会发热，是电流的热效应 D．正常工作时，该电视比60W的灯消耗电能多 【答案】AC 【详解】A．由图可知，电视机的额定功率P=250W=0.25kW 由可得，1kW·h的电能可供该电视机正常工作的时间 故A正确； B．由图可知，电视机的额定电压U=220~240V，则该电视机不能接在380V电压下使用，否则损坏电视机，故B错误； C．工作一段时间后电视会发热，是由于电视机工作时把电能转化为内能，这是电流的热效应，故C正确； D．由W=Pt可知，用电器消耗电能的多少除了与电功率有关，还与工作时间有关，由于不知道电视机和灯工作时间的关系，所以无法比较它们消耗电能的多少，故D错误。 故选AC。 9.（25-26•九年级下·贵州贵阳•期末）在寒冷的冬天，我们会用到电暖器取暖，如图所示是某电暖器及其铭牌和电路图，此电暖器有低温、中温、高温三挡，已知R1=55Ω，R2=44Ω，以下分析正确的是（　　） 品牌 型号 ⅡY2215-ⅡΕ 额定电压 220V 挡位 3挡 额定功率 低温880W 中温1100W 高温1980W A．使用“高温挡”只需要闭合S2 B．使用“低温挡”只需要闭合S1 C．中温挡正常工作1分钟，产生的热量为6.6×104J D．闭合S1、S2时，通过R1、R2的电流之比为4∶5 【答案】BCD 【详解】AB．由图可知，当S1、S2都闭合时，R1与R2并联，电路总电阻最小，由可知电路的总功率最大，处于“高温挡”，只闭合S1时，只有R1接入电路，R1>R2，电路的总电阻最大，由可知电路的总功率最小，处于“低温挡”，只闭合S2时，只有R2接入电路，电路的总电阻较小，由可知电路的总功率较大，处于“中温挡”，故A错误，B正确； C．中温挡正常工作1分钟产生的热量为 故C正确； D．当S1、S2都闭合时，R1与R2并联，由并联电路电压的规律可知两个电阻两端的电压相等，通过R1、R2的电流之比为 故D正确。 故选BCD。 三、填空题(共5题) 10.（25-26•九年级下·福建福州•期末）一台电动机的额定电压是220V，其电阻是1Ω，正常工作时，通过的电流为5A，则电动机消耗的功率为________W，正常工作100s可将________J的电能转化为机械能。 【答案】 1100 107500 【详解】[1]电动机正常工作时消耗的功率为P=UI=220V×5A=1100W [2]正常工作100s产生的热量为Q=I2Rt=(5A)2×1Ω×100s=2500J 电能转化的机械能W=Pt-Q=1100W×100s-2500J=107500J 11.（25-26•九年级下·辽宁抚顺•期末）钢丝棉的燃点非常低，如图所示，消防员正在演示钢丝棉在电池的正、负极连接后被点燃。此现象的发生是因为有电流通过钢丝棉时，由于电流的________效应，使温度达到钢丝棉的燃点。现场会闻到烧焦的气味，属于________现象。所以在家里不要储存这种易燃品。 【答案】 热 扩散 【详解】[1]电流的热效应是指电流通过导体时会产生热量，如图所示，现象的发生是因为有电流通过钢丝棉时，由于电流的热效应，使温度达到钢丝棉的燃点。 [2]现场会闻到烧焦的气味，是因为组成钢丝棉的分子不停地做无规则的运动，这是一种扩散现象。 12.（25-26•九年级下·河南•期末）雨、雪等在冬季有时会冻结在输电线上，如图所示。为了保证正常供电，通常要给输电线除冰：在短时间内让输电线不经过用电器而直接接通，使输电线中的电流______（选填“增大”“减小”或“不变”），产生的热量______（选填“增多”“减少”或“不变”），从而使冰熔化。 【答案】 增大 增多 【详解】[1]输电线不经过用电器直接接通，相当于短路，此时电路中电阻减小，根据欧姆定律（电压U不变），电流会增大。 [2]根据焦耳定律，电流增大，在电阻R和时间t不变的情况下，产生的热量增多，从而使冰熔化。 13.（25-26•九年级下·甘肃定西•期末）如图为某用电器的I-U图像，其额定电压为12V，则额定功率是_______W；当该用电器在正常工作100s时，产生的热量是_______J。 【答案】 4.8 480 【详解】[1]某用电器的额定电压为12V，根据图像可知，对应的额定电流为0.4A，则该用电器的额定功率为 [2]当该用电器在正常工作100s时，产生的热量是 14.（25-26•九年级下·山东枣庄•期末）如图所示，电源电压恒定不变，已知R1∶R2=3:5，如果闭合开关S，则它们两端的电压之比U1∶U2=___________；如果通电1min，电流通过它们产生的热量之比Q1∶Q2=___________。 【答案】 3∶5 3∶5 【详解】[1]由电路图知，两电阻串联在电路中，据串联电路的分压特点知 U1∶U2=R1∶R2=3∶5 [2]串联电路中，电流处处相等，据Q=I2Rt得，相同时间内电流通过两个电阻产生的热量之比 Q1∶Q2=R1∶R2=3∶5 四、综合题(共3题) 15.（25-26•九年级下·湖南长沙•期末）小付同学过年时买了一个电热杯垫给妈妈，如图所示。电热杯垫有加热和保温两挡功能（通过闭合或断开开关来实现该功能），通过USB接口接到电脑上可以随时喝上热饮。杯垫内部简化电路如图所示，R1、R2为加热元件，USB接口的输出电压为5V，R1电阻10Ω，当处于加热状态时，整个电路消耗的功率为7.5W。求： （1）只闭合S1时，通过R1的电流是多少A？ （2）保温30min时产生的热量是多少J？ （3）电阻R2的阻值是多少Ω？ 【答案】（1）0.5A；（2）4500J；（3）5Ω 【详解】解：（1）由电路图可知，当只闭合S1时，只有电阻R1工作，此时电路中电阻最大，电源电压一定，根据P知，电功率最小，为保温状态；两开关都闭合时，两电阻并联，电路中电阻最小，电功率最大，为加热状态；则只闭合S1时，通过R1的电流，即整个电路的电流为 I10.5A （2）保温30min时产生的热量为 QR1t=(0.5A)2×10Ω×30×60s=4500J （3）当S1、S2同时闭合时，R1与R2并联，处于加热状态，由P=UI可得，加热状态时整个电路的电流为 I1.5A 因为并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以通过R2的电流为 I2=I-I1=1.5A-0.5A=1A 由欧姆定律可得 R25Ω 答：（1）只闭合S1时，通过R1的电流是0.5A； （2）保温30min时产生的热量是4500J； （3）电阻R2的阻值是5Ω。 16.（25-26•九年级下·黑龙江绥化•期末）如图所示，小明和小华分别用该实验电路来探究电流产生的热量和哪些因素有关，两个相同的空气盒中装有质量、温度相同的空气，电阻丝、的阻值分别为，的阻值为。两人实验的电源电压相同且不变。 (1)该实验通过观察_________来反映电流产生的热量。 (2)小明只闭合开关，他是想要探究电流产生的热量与________大小的关系，通电一段时间后，观察到的现象如图所示，表明在________和通电时间相同的情况下，________越大，电流产生的热量越多。 (3)小华要探究电流产生的热量与电流大小是否有关，他先将空气盒2内的电阻与电阻交换位置，目的是控制通电时间和________相同。 (4)若小明和小华分别在实验中加热时间相同，小明的实验中左侧U形管内液柱的高度差为，小华的实验中左侧U形管内液柱的高度差为，则________（选填“”“”或“”）。 【答案】(1)U形管内液柱的高度差 (2) 电阻 电流 电阻 (3)电阻 (4)＜ 【详解】（1）电流产生的热量无法直接观察，实验中采用转换法，空气受热后体积膨胀，会使U形管内的液柱高度差发生变化，所以通过观察U形管内液柱的高度差来反映电流产生的热量。 （2）[1]小明只闭合开关时，电阻丝​与​串联在电路中，串联电路中电流处处相等，通电时间也相同，只有电阻的阻值不同，所以是探究电流产生的热量与电阻大小的关系。 [2][3]串联电路中电流处处相等，即该实验控制了电流和通电时间相同，实验现象表明，在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，电流产生的热量越多。 （3）[1]探究电流产生的热量与电流大小是否有关时，需要控制电阻和通电时间相同，改变电流大小。将空气盒2内的电阻​与电阻交换位置，就是为了控制通电时间和电阻相同。 （4）小明的实验中，​与​串联，电路的总电阻较大，电源电压不变，根据欧姆定律可知电路中的电流较小；小华的实验中，交换电阻位置后，电阻​与电阻并联，电阻并联后，相当于增加导体的横截面积，并联后总电阻变小了，的位置没有改变，电路的总电阻也变小了，电路中的电流变大了，的阻值不变，通电时间相同，根据焦耳定律可知，电流越大，产生的热量越多，所以小华做实验时，左侧U形管内液柱的高度差更大，即​。 17.（25-26•九年级下·山西省稷山•期末）阅读短文回答问题。 智能电加热眼罩 近几年，近视眼成为影响青少年身体健康的重要因素，为有效保护眼睛，降低近视率，目前市场上推出一款电加热眼罩（如图甲），对缓解眼疲劳有一定效果。电加热眼罩是在绝缘的聚酯薄膜表面有序排列10根一样的具有发热、控温双重功能PTC加热丝，PTC是一种新型的半导体陶瓷材料，它以钛酸钡为主，渗入多种物质后加工而成。电加热眼罩内部结构如图乙所示，PTC加热丝两端与金属导线形成网状结构，由6V的锂电池供电。每根PTC加热丝电阻随温度变化的关系如图丙所示，当温度达到40℃时，PTC加热丝的发热功率等于散热功率（即在相同时间内产生的热量与散失的热量相等），温度保持不变，实现智能控温。 (1)该眼罩是利用电流的________效应工作的； (2)如图乙所示的加热电路，PTC加热丝的连接方式是________联，正常工作时金属导线中A、B处电流分别为和，则_______（选填“<”“=”或“>”）； (3)将眼罩加热电路开关闭合，其功率随时间变化的图像最可能是（　　） A B C D 【答案】(1)热 (2) 并 > (3)C 【详解】（1）该眼罩是利用电流的热效应工作的，工作时将电能转化为内能。 （2）[1]如图乙所示的加热电路，PTC加热丝的连接方式是并联，上端相连接，下端相连接。 [2]因为PTC加热丝是并联的，并联的PTC加热丝越多，由并联电路电流的规律可知电流越大，故A、B处电流。 （3）由图丙得，PTC加热丝的电阻随温度的升高，先变小后变大，由题意得，当温度达到40℃时，温度保持不变，则将眼罩加热电路开关闭合，PTC加热丝的电阻先减小再增大后不变，电源电压不变，由得，其功率先增大再减小后不变，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 ( 第 1 页 共 20 页 ) 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $