专题辅导十八：电热及其实验设计-2026-2027学年浙教版科学九年级上册

**基本信息** 以电流热效应现象为起点，通过焦耳定律规律建构，系统整合控制变量法与转换法，形成实验设计→题型突破→强化应用的完整训练体系。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |知识梳理|3模块（效应/定律/实验）|提炼控制变量法（电流/电阻/时间）、转换法（液面差/温度变化）|现象→规律→实验验证，公式推导（Q=I²Rt及串并联变式）与应用（电热器）衔接| |经典题型|3类（U形管/温度计/并联分流）|归纳实验设计要点（串联控电流、比热容选择、并联分流）|实验方法与题型对应，覆盖装置分析、结论推导、错误判断| |强化训练|16题（选择/填空/实验）|强化公式应用（纯电阻与非纯电阻）、实验变量控制|结合科学思维（推理论证）与探究实践（方案设计），针对中考高频考点|

九上科学专题辅导十八：电热及其实验设计（答案版） ◆经典题型 一、U形管液面高度差法（最经典） 例1： 答案：（1）液面高低变化 （2）右 在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，产生的热量越多 （3）通电时间和电阻 解析：（1）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，实验前，应使两个U形管中的液面高度相同，液体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映； （2）甲装置中，将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过他们的电流I与通电时间t相同，左边容器中的电阻小于右边容器中的电阻，由Q=I2Rt可知，右边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快，这表明：在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，产生的热量越多； （3）根据焦耳定律Q=I2Rt可知，探究电热与电流关系，须控制通电时间和电阻相同； 使右侧两个5Ω电阻并联，再与左侧电阻串联，开关控制整个电路，如右图所示： 点评：此题考查“电流通过导体产生的热量与电阻和电流的关系”实验的理解和掌握，注意控制变量法和转换法的运用，有一定的综合性． 二、温度计示数变化法 例2： 答案：D 解析： 选项A：当电阻丝通电后，电流产生热量使煤油温度升高，从而使温度计示数上升，因此可根据温度计示数的大小可知温度升高的多少，使用了转换法，故A正确。 选项B：在通电时间相同的条件下，甲装置中通过两个电阻丝的电流相同，电阻越大，产生的热量越多，用到了控制变量法，故B正确。 选项C：甲乙两图中，通过电阻R1的电流不同，比较相同通电时间内a、c两支温度计示数变化情况，可探究电流产生的热量与电流是否有关，故C正确。 D.根据电功公式W=Pt=Ult=U2t/R，在通电时间相等的情况下，甲图串联电路电阻分压，两个电阻的各自两端电压小于电源电压，而乙图并联电路中电阻两端电压为电源电压，又R1<R2，可知c温度计所在烧瓶中的电阻丝产生的热量最多，故D错误。 故选D。 点评：本题是初中电学中关于“焦耳定律”探究实验的一道经典综合题。它没有直接考查死记硬背的公式，而是通过对比甲、乙两套不同的电路装置，深度考察了学生对控制变量法、转换法的理解，以及结合欧姆定律进行定性分析的能力。 三、用并联分流法探究电热与电流的关系 例3： 答案：（1）滑动变阻器。（2）电阻 通电时间 （3）大于 能 解析： （1）探究电热与电流的关系，需要改变电流大小，滑动变阻器可以方便地调节电路中的电流。 （2）控制变量法的核心，探究谁就改变谁，其他因素保持不变。 （2）这是一个经典的并联分流模型。甲在干路，乙在支路，根据并联电路电流规律，干路电流大于支路电流。两电阻阻值相同，通电时间相同，但电流不同，因此可以探究电热与电流的关系。 点评：本题是初中电学实验探究中的经典题，它精准地考查了“焦耳定律”实验中控制变量法的核心逻辑，以及从“基础操作”到“电路创新设计”的思维跨越。 ◆强化训练 1--5 B C A C C 6--10 D C A B D 11．（1）甲 相等 （2）S2 甲 加热时间 12．（1）U形管液面的高度差 转换 （2） 在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多 （3）大于 电流大小 （4）R1 电流 13．（1）a c （2）左 （3）木 （4）铜 （5）内层选用铜，因为铜的导热能力更好，能快速导出热量保证散热效果；外层选用铝，因为铝的密度比铜小，相同体积下铝的质量更小，可减小无人机总质量，保证飞行距离。 14．（1）温度计示数的变化 （2）B 串联 电流和通电时间 电阻 （3）不可行 没有控制电阻相同 15．（1）见右图。（2）秒表 （3）见下表。 电阻R/Ω RA(5Ω) RB(10Ω) RC(20Ω) 初温t0/℃ 末温t/℃ 温度变化量At/℃ 16．（1）温度计 升高的示数 （2）比热小 （3）当电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越大 （4）小于 （5）D （6） A B 学科网（北京）股份有限公司 $ 九上科学专题辅导十八：电热及其实验设计（教师版） ◆知识梳理 一、电流的热效应 1、现象：电流通过各种导体时，会将电能转化成内能，使导体的温度升高，这种现象称作电流的热效应。 2．生活中的实例 （1）利用电热：电饭煲、电热水器、电熨斗、电热毯、白炽灯、保险丝等。 （2）防止电热：电脑CPU散热风扇、电视机后盖的散热孔、电动机外壳的散热片等。 二、焦耳定律 1、内容：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，跟通电时间成正比。 2、公式：Q=I2Rt(适用于所有电路) 3、推导公式：当用电器为纯电阻时，电能全部转化成内能，有W=Q=Pt。（但电动机等为非纯电阻，W>Q。） 若串联电路：常用Q=I2Rt。若并联电路：常用Q=U2t/R。 计算总热量常用公式Q总= Q1+Q2（无论用电器串联或并联）。 Q1/Q2=R1/R2(串联与电阻成正比)；Q1/Q2=R2/R1 （并联与电阻成反比）。 4、应用——电热器： （1）定义：利用电流的热效应而制成的发热设备。 （2）原理：焦耳定律 （3）组成：电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的合金制成。 （4）优点：清洁卫生没有污染、热效率高、方便控制和调节温度。 三、“研究电热跟哪些因素有关”的实验要点 1、核心实验方法 （1）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。 探究电热与电流的关系：控制电阻和通电时间相同。 （2）转换法：电流产生热量的多少无法直接测量，通过观察U形管两侧液面高度差的变化（或温度计示数的变化）来反映。液面高度差越大（或温度升高越多），说明电流产生的热量越多。 2、电路设计与连接 （1）探究电热与电阻的关系：将两个阻值不同的电阻丝串联在电路中。其目的是保证通过两个电阻的电流相等，且通电时间自然相同。 （2）探究电热与电流的关系：电阻不变，调节滑动变阻器改变电流大小，对比不同电流下相同时间的液面变化。 3、实验现象与结论 （1）现象：电阻大的那边，U形管液面高度差更大。或电流大的那边，U形管液面高度差更大。 （2）结论：（必须带前提条件）： 在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，产生的热量越多。 在电阻和通电时间相同的情况下，通过导体的电流越大，产生的热量越多。 （3）课本中的实验是定性研究，是不能得出焦耳定律的。 ◆经典题型 一、U形管液面高度差法（最经典） 实验器材：两个密闭容器（内装等量空气）、两个阻值不同的电阻丝、U形管、导线、电源、开关。 设计思路：电阻丝加热密闭容器内的空气 → 空气（或煤油）受热膨胀 → 推动U形管液面产生高度差。 设计要点： 1、探究电热与电阻的关系：将R1、R2（R1≠R2）串联接入电路，保证电流和通电时间相同，观察两侧U形管液面高度差。 2、探究电热与电流的关系：使用同一个电阻，通过滑动变阻器改变电流大小，分别记录两次通电相同时间后的液面高度差。 例1：如图甲和乙是研究“电热大小与哪些因素有关”的实验装置。左右两个透明的容器中密闭了等量的空气，两个密闭容器中都有一段电阻丝，U型管中装的是红色液体。 （1）通电后，若要比较电阻丝产生热量的多少，只需比较与之相连的U型管中液面高低变化。 （2）如图甲是为了探究电流产生的热量与电阻的关系，将此装置接到电源两端，通电一段时间，电流在右（选填“左”或“右”）容器中产生的热量较多。甲实验的结论是在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，产生的热量越多。 （3）要探究电热与电流关系，须控制通电时间和电阻相同。请在乙图中用笔画线完成电路的连接。 答案：（1）液面高低变化 （2）右 在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，产生的热量越多 （3）通电时间和电阻 解析：（1）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，实验前，应使两个U形管中的液面高度相同，液体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映； （2）甲装置中，将容器中的电阻丝串联起来接到电源两端，通过他们的电流I与通电时间t相同，左边容器中的电阻小于右边容器中的电阻，由Q=I2Rt可知，右边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快，这表明：在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，产生的热量越多； （3）根据焦耳定律Q=I2Rt可知，探究电热与电流关系，须控制通电时间和电阻相同； 使右侧两个5Ω电阻并联，再与左侧电阻串联，开关控制整个电路，如右图所示： 点评：此题考查“电流通过导体产生的热量与电阻和电流的关系”实验的理解和掌握，注意控制变量法和转换法的运用，有一定的综合性． 二、温度计示数变化法 实验器材：烧瓶、等质量的煤油、温度计、电阻丝、电源、开关、滑动变阻器。 设计思路：电阻丝浸没在煤油中，通电后煤油吸热升温，通过温度计示数变化来比较产热多少。 设计要点： 为什么用煤油不用水？ 煤油比热容小，吸收相同热量温度变化更明显。 为什么煤油质量要相等？ 控制变量，排除质量对温度变化的影响。 如何判断产热多少？ 比较相同时间内温度计示数的变化量（Δt），Δt 越大，产热越多。 例2：为了探究“电流通过导体产生的热量跟什么因素有关”，某同学将两段阻值不同的电阻丝R1、R2分别密封在两个完全相同的烧瓶中，并设计了如图所示的甲、乙两套装置，已知两套装置所用蓄电池电压相等且保持不变，R1<R2，装入烧瓶的煤油质量、初温相等。下列有关此探究活动的各种表述，错误的是（　　） A．在此实验中，电流通过导体产生热量的多少是通过温度计示数变化的大小体现，使用了转换法 B．甲装置可探究电流通过导体产生的热量与电阻是否有关，用到了控制变量法 C．比较相同通电时间内a、c两支温度计示数变化情况，可探究电流产生的热量与电流是否有关 D．在相同的通电时间内，d温度计所在烧瓶中的电阻丝产生的热量最多 答案：D 解析： 选项A：当电阻丝通电后，电流产生热量使煤油温度升高，从而使温度计示数上升，因此可根据温度计示数的大小可知温度升高的多少，使用了转换法，故A正确。 选项B：在通电时间相同的条件下，甲装置中通过两个电阻丝的电流相同，电阻越大，产生的热量越多，用到了控制变量法，故B正确。 选项C：甲乙两图中，通过电阻R1的电流不同，比较相同通电时间内a、c两支温度计示数变化情况，可探究电流产生的热量与电流是否有关，故C正确。 D.根据电功公式W=Pt=Ult=U2t/R，在通电时间相等的情况下，甲图串联电路电阻分压，两个电阻的各自两端电压小于电源电压，而乙图并联电路中电阻两端电压为电源电压，又R1<R2，可知c温度计所在烧瓶中的电阻丝产生的热量最多，故D错误。 故选D。 点评：本题是初中电学中关于“焦耳定律”探究实验的一道经典综合题。它没有直接考查死记硬背的公式，而是通过对比甲、乙两套不同的电路装置，深度考察了学生对控制变量法、转换法的理解，以及结合欧姆定律进行定性分析的能力。 三、用并联分流法探究电热与电流的关系 设计思路：利用并联电路干路电流大于支路电流的特点，无需滑动变阻器即可实现电流不同。 电路设计：两个相同阻值的电阻，一个接在干路，一个接在支路。 控制变量：电阻相同、通电时间相同，但通过的电流不同（干路电流 > 支路电流）。 实验现象：干路中电阻对应的U形管液面高度差更大。 例3：小明想利用如图所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流大小的关系”。已知A、B两容器中电阻丝的阻值均为10Ω。 （1）为了达到实验目的，他应该在电路中再串联一个 （选填“定值电阻”或“滑动变阻器”）。 （2）实验中，小明需要控制 和 不变，改变通过电阻丝的电流。 （3）若小明没有使用上述器材，而是将B容器外的电阻（阻值也为10Ω）与B容器内的电阻丝并联，然后再与甲容器内的电阻丝串联。请问：通过A容器电阻丝的电流______（选填“大于”、“小于”或“等于”）通过B容器电阻丝的电流。这种设计______（选填“能”或“不能”）完成探究任务。 答案：（1）滑动变阻器。（2）电阻 通电时间 （3）大于 能 解析： （1）探究电热与电流的关系，需要改变电流大小，滑动变阻器可以方便地调节电路中的电流。 （2）控制变量法的核心，探究谁就改变谁，其他因素保持不变。 （2）这是一个经典的并联分流模型。甲在干路，乙在支路，根据并联电路电流规律，干路电流大于支路电流。两电阻阻值相同，通电时间相同，但电流不同，因此可以探究电热与电流的关系。 点评：本题是初中电学实验探究中的经典题，它精准地考查了“焦耳定律”实验中控制变量法的核心逻辑，以及从“基础操作”到“电路创新设计”的思维跨越。 ◆强化训练 1．小明用如图装置进行实验：①闭合开关，1分钟后记录温度计示数；②断开开关，待瓶中液体冷却至室温，减小滑动变阻器阻值并重复操作①。该实验探究的是（　　） A．电热与电阻大小的关系 B．电热与电流大小的关系 C．电热与通电时间的关系 D．电热与发热材料的关系 2.小敏利用图中5个阻值相等的电阻完成“有关电热”的实验探究，以下说法错误的是（　　） A．实验采用的研究方法有“控制变量法”和“转换法” B．要探究导体的电阻对电热的影响，应选择观察甲、乙 C．通电后发现在同时间乙产热量是丙产热量的4倍 D．图丙中外接5Ω电阻的作用是改变流过电阻E的电流，使通过电阻A、E的电流不同 3．如图所示为“天工”社团的同学们用宽度不同、厚度均匀的铝片自制了一个电热切割器，用来切割塑料泡沫。下列分析正确的是（　　） A．通电后，FG段铝片升温最快 B．通电后，GH段铝片不会升温 C．EF、FG和GH三段铝片的电阻相等 D．EF、FG和GH三段铝片的发热功率相等 4．让标有“220V 800W”的电暖气和标有“220V 800W”的电动机都正常工作相同的时间，则它们（　　） A．消耗电能相同，产生电热相同 B．消耗电能不同，产生电热不同 C．消耗电能相同，产生电热不同 D．消耗电能不同，产生电热相同 5．为了探究电流产生的热量跟什么因素有关，群宇同学设计了如图所示的甲、乙两种装置，他将两根阻值不同的电阻丝（R1＜R2）分别密封在两个完全相同的烧瓶中，并通过短玻璃管与完 全相同的气球相连，两次实验电源电压相同，以下说法正确的是（　　） A．乙装置可用来研究电热与电流的关系 B．通电 3min 后，A 气球要比 B 气球大 C．通电 3min 后，C 气球最大 D．通电 3min 后，D 气球最大 6．某款家用电热取暖器有两个挡位，它正常工作时，下列说法正确的是（　　） A．取暖器的电热丝是由电阻率小、熔点低的材料制成 B．“高温”挡一定比“低温”挡产生的热量多 C．“高温”挡一定比“低温”挡的工作电阻大 D．连接电热丝的导线比电热丝的电阻要小得多 7．小明验证“电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关”，装置如图所示。密闭的甲、乙两烧瓶中装有质量、初温都相同的煤油，甲、乙瓶中电阻丝电阻的大小关系为R甲<R乙，煤油吸收的热量等于电阻丝放出的热量。下列说法中正确的是（  ） A．闭合开关，通过两根电阻丝的电流大小关系为I甲>I乙 B．相同时间内，甲、乙两烧瓶中煤油吸收的热量相等 C．选用比热容较小的煤油，可以更快看到两温度计示数变化情况 D．此实验无法验证导体产生的热量跟通电时间的关系 8．在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验中，小明采用如图所示的实验装置，两次实验电源电压相同，两个透明容器中封闭着等质量的空气，下列相关说法正确有（　　） ①装置中U形管中液面高度的变化能反映电阻丝产生热量的多少；②图甲可探究出电流一定时，电阻丝的电阻越大，电流产生的热量越多；③图乙中为探究热量与电流的关系，电阻丝R3的阻值应为10Ω；④对比两次实验，在相同时间内，图乙中电阻丝R2产生的热量等于图甲中电阻丝R1产生的热量。 A．①② B．①③ C．①②④ D．①③④ 9．小组同学用如图所示的装置进行实验，甲、乙、丙、丁四个相同容器里装有质量和初温均相同的煤油，每个容器放入同种材料绕成的发热线圈，其电阻R1=R3，R2=R4，R2=2R1，实验时同时通电。下列说法错误的是（  ） A．通电一段时间后，甲中煤油的温度比乙中的低 B．通电一段时间后，丙中煤油的温度比丁中的低 C．对比甲、乙中煤油的温度可知电流产生的热量与电阻大小有关 D．该实验用煤油的温度变化反映电流产生热量的多少，用到了转换法 10．我们用图中的装置进行实验，甲瓶中盛着0.1kg的油，乙瓶中盛着0.1kg的水，定值电阻R1和R2分别给油和水加热，两电阻工作相同时间，油和水均未沸腾，观察到甲温度计升高2℃，乙温度计升高1℃。该过程R1和R2产生的热量分别全部被油和水吸收。已知油的比热为水的一半。则（　　） A．甲瓶中油吸收的热量比乙瓶中水吸收的热量少 B．R1产生的热量比R2产生的热量多 C．R1的阻值大于R2的阻值 D．R1消耗的电能等于R2消耗的电能 11．用如图所示的装置，完成以下两个实验。 实验一：比较水和煤油的比热容； 实验二：探究影响电热效应的因素。 装置中三个相同的保温容器甲、乙、丙中装有质量、初温相同的煤油或水，电阻丝的阻值如图。 （1）为完成实验一，闭合开关S1、S2和S3，加热一段时间后，根据容器甲中温度计示数升高更多这一现象，可知水的比热容更大，此时水和煤油吸收的热量______（选填“相等”或“不等”）； （2）实验二中： ①为探究电热与导体电阻的关系，应只闭合开关S2，记录通电4min后温度计的示数； ②要继续探究电热与电流的关系，只需再闭合开关S1，以容器甲中的电阻丝为研究对象，且保证加热时间 相同即可。 12．图是小明设计的探究焦耳定律的实验装置图： （1）如图所示实验装置，通过观察U形管液面的高度差来比较电流通过电阻产生电热的多少。这种探究问题的方法叫转换法。 （2）若观察甲、乙两实验装置，可以得出的结论是：在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。 （3）若观察乙、丙两实验装置，通过电阻R2的电流大于（填“大于”、“小于”或“等于”）通过电阻R3的电流。这是在探究电流通过导体产生热量多少与电流大小的关系。 （4）若观察甲、丙两实验装置，会发现R1（填“R1”或“R3”）电阻丝产生的热量更多，由这一现象可知电流（填“电流”或“电阻”）对电热的影响更大。 13．科技社团在试飞设计制作的无人机时，由于电机温度过高，无人机自动停机。他们改进了无人机散热片的尺寸和结构后，对散热片的选材进行了分析。生活中常见的金属有铜、铁、铝等，由于铁会干扰无人机的导航模块，他们对铜、铝的导热能力进行对比探究。 （1）实验室提供了a、b、c、d四根金属棒，a、c、d横截面积相同，如图甲，应选择a和c进行探究。 （2）实验电路图和装置分别如图乙、丙所示，利用加热电阻R1将容器A中的水温控制在75℃，模拟无人机发热时的情况。若A中水温下降，应向_左_（选填“左”或“右”）移动滑片P，使A中水温恢复到75℃。 （3）容器B、C中装有质量、初温均相同的水，金属棒插入水中的长度相同，通过比较相同时间内B、C中水的温度变化来比较铜、铝的导热能力。为了减少与空气的热传递，采取的措施有：B和C选用保温杯、使用保温棉包裹金属棒裸露在空气中的部分，给B和C加_木（选填“铁”或“木”）盖。 （4）实验时，每隔2min测量一次B和C中的水温，所得数据如表1所示，数据表明铜的导热能力更好。 表1 表2 加热时间/min 0 2 4 6 8 B中水温/℃ 20.1 21.9 25.5 28.9 32.0 C中水温/℃ 20.1 21.0 23.1 25.1 26.9 物质 密度/kgm-3 铜 8.9×103 铝 2.7×103 （5）查阅资料得知，相同情况下无人机质量越大，飞行距离越短。为兼顾散热和飞行距离，结合表2和实验结论，为图丁中散热片的内层和外层分别选择材料并说明理由：内层选用铜，因为铜的导热能力更好，能快速导出热量保证散热效果；外层选用铝，因为铝的密度比铜小，相同体积下铝的质量更小，可减小无人机总质量，保证飞行距离。 14．如图甲，在探究“影响电流热效应的因素”实验中： （1）实验中通过温度计示数的变化来反映电流通过电阻丝产生的热量的多少； （2）若要探究电流通过电阻产生热量与电阻的关系，可选择图乙中B （选填“A”或“B”）烧瓶，并将瓶中的电阻与甲图中的烧瓶的电阻串联（选填“串联”或“并联”），这是为了控制电流和通电时间相同，控制电阻不同；（A、B烧瓶与甲图烧瓶装有质量和初温相同的同种液体） （3）为了探究电流通过电阻产生的热量与电流的关系，小滢准备将图乙中B烧瓶里的电阻丝与甲图中烧瓶的电阻并联，通电相同时间，从而得到产生热量与电流关系的结论。小滢的设想不可行（选填“可行”或“不可行”），依据是没有控制电阻相同。 15．某小组探究导体的电阻越大，电流通过导体产生的热量是否就越多。实验室里提供的器材如图所示，其中三个完全相同的烧瓶内装有质量相等的煤油，三段阻值分别为5Ω、10Ω、20Ω的电阻丝RA、RB、RC浸在煤油中，瓶口被带有温度计的橡胶塞封住。回答下列问题： （1）请以笔画线代替导线，将图中的元件按照你的设计需要连接起来，组成实验电路； （2）该实验中，电流产生热量多少是通过秒表来反映的； （3）画出实验数据记录表。 电阻R/Ω RA (5Ω) RB (10Ω) RC (20Ω) 初温t0/℃ 末温t/℃ 温度变化量At/℃ 16．为了探究影响电流产生的热量与哪些因素有关，小明设计了如图所示电路，烧瓶中盛有质量、初温均相等的煤油，R甲＞R乙。 （1）除了温度计外，还需要的测量工具是温度计实验中电流产生的热量的多少是通过来升高的示数反映的（选填“温度计升高的示数”或“加热时间”） （2）为了在较短的时间内达到明显的实验效果，小明选用煤油而不用水做实验，是因为煤油具有比热小_的特点。 （3）通电一定时间后，甲瓶中的温度计示数升的快，由此得出的实验结论是当电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越大。 （4）在甲、乙两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体，且电阻丝的阻值R甲等于（选填“大于”、“小于”或“等于”。下同）R乙时，可以比较不同物质的吸热能力。若温度计a比温度计b温度升高得快，则甲、乙两瓶内液体比热容关系c甲小于c乙。 （5）实验结束后,小红问小明：“打开水龙头就可以得到水，干嘛不用水代替煤油?”对于这个问题，小明与同学们给出了下列四种答案，你认为最合理的是 。 A．因为煤油有颜色便于观察 B．因为煤油有比较大的热值 C．因为煤油有比较小的密度 D．因为煤油有比较小的比热容 （6）下面的探究实例中，与本实验研究方法相同的是 。 A．探究影响导体电阻大小因素的实验 B．探究动能大小与什么因素有关的实验 C．用总电阻表示同一段电路中串联的两个电阻 D．学习电压，我们可以通过对比水压来认识它 学科网（北京）股份有限公司 $ 九上科学专题辅导十八：电热及其实验设计（学生版） ◆知识梳理 一、电流的热效应 1、现象：电流通过各种导体时，会将电能转化成内能，使导体的温度升高，这种现象称作电流的热效应。 2．生活中的实例 （1）利用电热：电饭煲、电热水器、电熨斗、电热毯、白炽灯、保险丝等。 （2）防止电热：电脑CPU散热风扇、电视机后盖的散热孔、电动机外壳的散热片等。 二、焦耳定律 1、内容：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，跟通电时间成正比。 2、公式：Q=I2Rt(适用于所有电路) 3、推导公式：当用电器为纯电阻时，电能全部转化成内能，有W=Q=Pt。（但电动机等为非纯电阻，W>Q。） 若串联电路：常用Q=I2Rt。若并联电路：常用Q=U2t/R。 计算总热量常用公式Q总= Q1+Q2（无论用电器串联或并联）。 Q1/Q2=R1/R2(串联与电阻成正比)；Q1/Q2=R2/R1 （并联与电阻成反比）。 4、应用——电热器： （1）定义：利用电流的热效应而制成的发热设备。 （2）原理：焦耳定律 （3）组成：电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的合金制成。 （4）优点：清洁卫生没有污染、热效率高、方便控制和调节温度。 三、“研究电热跟哪些因素有关”的实验要点 1、核心实验方法 （1）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。 探究电热与电流的关系：控制电阻和通电时间相同。 （2）转换法：电流产生热量的多少无法直接测量，通过观察U形管两侧液面高度差的变化（或温度计示数的变化）来反映。液面高度差越大（或温度升高越多），说明电流产生的热量越多。 2、电路设计与连接 （1）探究电热与电阻的关系：将两个阻值不同的电阻丝串联在电路中。其目的是保证通过两个电阻的电流相等，且通电时间自然相同。 （2）探究电热与电流的关系：电阻不变，调节滑动变阻器改变电流大小，对比不同电流下相同时间的液面变化。 3、实验现象与结论 （1）现象：电阻大的那边，U形管液面高度差更大。或电流大的那边，U形管液面高度差更大。 （2）结论：（必须带前提条件）： 在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，产生的热量越多。 在电阻和通电时间相同的情况下，通过导体的电流越大，产生的热量越多。 （3）课本中的实验是定性研究，是不能得出焦耳定律的。 ◆经典题型 一、U形管液面高度差法（最经典） 实验器材：两个密闭容器（内装等量空气）、两个阻值不同的电阻丝、U形管、导线、电源、开关。 设计思路：电阻丝加热密闭容器内的空气 → 空气（或煤油）受热膨胀 → 推动U形管液面产生高度差。 设计要点： 1、探究电热与电阻的关系：将R1、R2（R1≠R2）串联接入电路，保证电流和通电时间相同，观察两侧U形管液面高度差。 2、探究电热与电流的关系：使用同一个电阻，通过滑动变阻器改变电流大小，分别记录两次通电相同时间后的液面高度差。 例1：如图甲和乙是研究“电热大小与哪些因素有关”的实验装置。左右两个透明的容器中密闭了等量的空气，两个密闭容器中都有一段电阻丝，U型管中装的是红色液体。 （1）通电后，若要比较电阻丝产生热量的多少，只需比较与之相连的U型管中 。 （2）如图甲是为了探究电流产生的热量与电阻的关系，将此装置接到电源两端，通电一段时间，电流在 （选填“左”或“右”）容器中产生的热量较多。甲实验的结论是 。 （3）要探究电热与电流关系，须控制 和 相同。请在乙图中用笔画线完成电路的连接。 二、温度计示数变化法 实验器材：烧瓶、等质量的煤油、温度计、电阻丝、电源、开关、滑动变阻器。 设计思路：电阻丝浸没在煤油中，通电后煤油吸热升温，通过温度计示数变化来比较产热多少。 设计要点： 为什么用煤油不用水？ 煤油比热容小，吸收相同热量温度变化更明显。 为什么煤油质量要相等？ 控制变量，排除质量对温度变化的影响。 如何判断产热多少？ 比较相同时间内温度计示数的变化量（Δt），Δt 越大，产热越多。 例2：为了探究“电流通过导体产生的热量跟什么因素有关”，某同学将两段阻值不同的电阻丝R1、R2分别密封在两个完全相同的烧瓶中，并设计了如图所示的甲、乙两套装置，已知两套装置所用蓄电池电压相等且保持不变，R1<R2，装入烧瓶的煤油质量、初温相等。下列有关此探究活动的各种表述，错误的是（　　） A．在此实验中，电流通过导体产生热量的多少是通过温度计示数变化的大小体现，使用了转换法 B．甲装置可探究电流通过导体产生的热量与电阻是否有关，用到了控制变量法 C．比较相同通电时间内a、c两支温度计示数变化情况，可探究电流产生的热量与电流是否有关 D．在相同的通电时间内，d温度计所在烧瓶中的电阻丝产生的热量最多 三、用并联分流法探究电热与电流的关系 设计思路：利用并联电路干路电流大于支路电流的特点，无需滑动变阻器即可实现电流不同。 电路设计：两个相同阻值的电阻，一个接在干路，一个接在支路。 控制变量：电阻相同、通电时间相同，但通过的电流不同（干路电流 > 支路电流）。 实验现象：干路中电阻对应的U形管液面高度差更大。 例3：小明想利用如图所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流大小的关系”。已知A、B两容器中电阻丝的阻值均为10Ω。 （1）为了达到实验目的，他应该在电路中再串联一个 （选填“定值电阻”或“滑动变阻器”）。 （2）实验中，小明需要控制 和 不变，改变通过电阻丝的电流。 （3）若小明没有使用上述器材，而是将B容器外的电阻（阻值也为10Ω）与B容器内的电阻丝并联，然后再与甲容器内的电阻丝串联。请问：通过A容器电阻丝的电流______（选填“大于”、“小于”或“等于”）通过B容器电阻丝的电流。这种设计______（选填“能”或“不能”）完成探究任务。 ◆强化训练 1．小明用如图装置进行实验：①闭合开关，1分钟后记录温度计示数；②断开开关，待瓶中液体冷却至室温，减小滑动变阻器阻值并重复操作①。该实验探究的是（　　） A．电热与电阻大小的关系 B．电热与电流大小的关系 C．电热与通电时间的关系 D．电热与发热材料的关系 2.小敏利用图中5个阻值相等的电阻完成“有关电热”的实验探究，以下说法错误的是（　　） A．实验采用的研究方法有“控制变量法”和“转换法” B．要探究导体的电阻对电热的影响，应选择观察甲、乙 C．通电后发现在同时间乙产热量是丙产热量的4倍 D．图丙中外接5Ω电阻的作用是改变流过电阻E的电流，使通过电阻A、E的电流不同 3．如图所示为“天工”社团的同学们用宽度不同、厚度均匀的铝片自制了一个电热切割器，用来切割塑料泡沫。下列分析正确的是（　　） A．通电后，FG段铝片升温最快 B．通电后，GH段铝片不会升温 C．EF、FG和GH三段铝片的电阻相等 D．EF、FG和GH三段铝片的发热功率相等 4．让标有“220V 800W”的电暖气和标有“220V 800W”的电动机都正常工作相同的时间，则它们（　　） A．消耗电能相同，产生电热相同 B．消耗电能不同，产生电热不同 C．消耗电能相同，产生电热不同 D．消耗电能不同，产生电热相同 5．为了探究电流产生的热量跟什么因素有关，群宇同学设计了如图所示的甲、乙两种装置，他将两根阻值不同的电阻丝（R1＜R2）分别密封在两个完全相同的烧瓶中，并通过短玻璃管与完 全相同的气球相连，两次实验电源电压相同，以下说法正确的是（　　） A．乙装置可用来研究电热与电流的关系 B．通电 3min 后，A 气球要比 B 气球大 C．通电 3min 后，C 气球最大 D．通电 3min 后，D 气球最大 6．某款家用电热取暖器有两个挡位，它正常工作时，下列说法正确的是（　　） A．取暖器的电热丝是由电阻率小、熔点低的材料制成 B．“高温”挡一定比“低温”挡产生的热量多 C．“高温”挡一定比“低温”挡的工作电阻大 D．连接电热丝的导线比电热丝的电阻要小得多 7．小明验证“电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关”，装置如图所示。密闭的甲、乙两烧瓶中装有质量、初温都相同的煤油，甲、乙瓶中电阻丝电阻的大小关系为R甲<R乙，煤油吸收的热量等于电阻丝放出的热量。下列说法中正确的是（  ） A．闭合开关，通过两根电阻丝的电流大小关系为I甲>I乙 B．相同时间内，甲、乙两烧瓶中煤油吸收的热量相等 C．选用比热容较小的煤油，可以更快看到两温度计示数变化情况 D．此实验无法验证导体产生的热量跟通电时间的关系 8．在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验中，小明采用如图所示的实验装置，两次实验电源电压相同，两个透明容器中封闭着等质量的空气，下列相关说法正确有（　　） ①装置中U形管中液面高度的变化能反映电阻丝产生热量的多少；②图甲可探究出电流一定时，电阻丝的电阻越大，电流产生的热量越多；③图乙中为探究热量与电流的关系，电阻丝R3的阻值应为10Ω；④对比两次实验，在相同时间内，图乙中电阻丝R2产生的热量等于图甲中电阻丝R1产生的热量。 A．①② B．①③ C．①②④ D．①③④ 9．小组同学用如图所示的装置进行实验，甲、乙、丙、丁四个相同容器里装有质量和初温均相同的煤油，每个容器放入同种材料绕成的发热线圈，其电阻R1=R3，R2=R4，R2=2R1，实验时同时通电。下列说法错误的是（　　） A．通电一段时间后，甲中煤油的温度比乙中的低 B．通电一段时间后，丙中煤油的温度比丁中的低 C．对比甲、乙中煤油的温度可知电流产生的热量与电阻大小有关 D．该实验用煤油的温度变化反映电流产生热量的多少，用到了转换法 10．我们用图中的装置进行实验，甲瓶中盛着0.1kg的油，乙瓶中盛着0.1kg的水，定值电阻R1和R2分别给油和水加热，两电阻工作相同时间，油和水均未沸腾，观察到甲温度计升高2℃，乙温度计升高1℃。该过程R1和R2产生的热量分别全部被油和水吸收。已知油的比热为水的一半。则（　　） A．甲瓶中油吸收的热量比乙瓶中水吸收的热量少 B．R1产生的热量比R2产生的热量多 C．R1的阻值大于R2的阻值 D．R1消耗的电能等于R2消耗的电能 11．用如图所示的装置，完成以下两个实验。 实验一：比较水和煤油的比热容； 实验二：探究影响电热效应的因素。 装置中三个相同的保温容器甲、乙、丙中装有质量、初温相同的煤油或水，电阻丝的阻值如图。 （1）为完成实验一，闭合开关S1、S2和S3，加热一段时间后，根据容器 中温度计示数升高更多这一现象，可知水的比热容更大，此时水和煤油吸收的热量 （选填“相等”或“不等”）； （2）实验二中： ①为探究电热与导体电阻的关系，应只闭合开关 ，记录通电4min后温度计的示数； ②要继续探究电热与电流的关系，只需再闭合开关S1，以容器 中的电阻丝为研究对象，且保证 相同即可。 12．图是小明设计的探究焦耳定律的实验装置图： （1）如图所示实验装置，通过观察 来比较电流通过电阻产生电热的多少。这种探究问题的方法叫 法。 （2）若观察甲、乙两实验装置，可以得出的结论是： 。 （3）若观察乙、丙两实验装置，通过电阻R2的电流 （填“大于”、“小于”或“等于”）通过电阻R3的电流。这是在探究电流通过导体产生热量多少与 的关系。 （4）若观察甲、丙两实验装置，会发现 （填“R1”或“R3”）电阻丝产生的热量更多，由这一现象可知 （填“电流”或“电阻”）对电热的影响更大。 13．科技社团在试飞设计制作的无人机时，由于电机温度过高，无人机自动停机。他们改进了无人机散热片的尺寸和结构后，对散热片的选材进行了分析。生活中常见的金属有铜、铁、铝等，由于铁会干扰无人机的导航模块，他们对铜、铝的导热能力进行对比探究。 （1）实验室提供了a、b、c、d四根金属棒，a、c、d横截面积相同，如图甲，应选择 和 进行探究。 （2）实验电路图和装置分别如图乙、丙所示，利用加热电阻R1将容器A中的水温控制在75℃，模拟无人机发热时的情况。若A中水温下降，应向 （选填“左”或“右”）移动滑片P，使A中水温恢复到75℃。 （3）容器B、C中装有质量、初温均相同的水，金属棒插入水中的长度相同，通过比较相同时间内B、C中水的温度变化来比较铜、铝的导热能力。为了减少与空气的热传递，采取的措施有：B和C选用保温杯、使用保温棉包裹金属棒裸露在空气中的部分，给B和C加 （选填“铁”或“木”）盖。 （4）实验时，每隔2min测量一次B和C中的水温，所得数据如表1所示，数据表明 的导热能力更好。 表1 表2 加热时间/min 0 2 4 6 8 B中水温/℃ 20.1 21.9 25.5 28.9 32.0 C中水温/℃ 20.1 21.0 23.1 25.1 26.9 物质 密度/kgm-3 铜 8.9×103 铝 2.7×103 （5）查阅资料得知，相同情况下无人机质量越大，飞行距离越短。为兼顾散热和飞行距离，结合表2和实验结论，为图丁中散热片的内层和外层分别选择材料并说明理由： 。 14．如图甲，在探究“影响电流热效应的因素”实验中： （1）实验中通过 来反映电流通过电阻丝产生的热量的多少； （2）若要探究电流通过电阻产生热量与电阻的关系，可选择图乙中 （选填“A”或“B”）烧瓶，并将瓶中的电阻与甲图中的烧瓶的电阻 （选填“串联”或“并联”），这是为了控制 相同，控制 不同；（A、B烧瓶与甲图烧瓶装有质量和初温相同的同种液体） （3）为了探究电流通过电阻产生的热量与电流的关系，小滢准备将图乙中B烧瓶里的电阻丝与甲图中烧瓶的电阻并联，通电相同时间，从而得到产生热量与电流关系的结论。小滢的设想 （选填“可行”或“不可行”），依据是 。 15．某小组探究导体的电阻越大，电流通过导体产生的热量是否就越多。实验室里提供的器材如图所示，其中三个完全相同的烧瓶内装有质量相等的煤油，三段阻值分别为5Ω、10Ω、20Ω的电阻丝RA、RB、RC浸在煤油中，瓶口被带有温度计的橡胶塞封住。回答下列问题： （1）请以笔画线代替导线，将图中的元件按照你的设计需要连接起来，组成实验电路； （2）该实验中，电流产生热量多少是通过 来反映的； （3）画出实验数据记录表。 16．为了探究影响电流产生的热量与哪些因素有关，小明设计了如图所示电路，烧瓶中盛有质量、初温均相等的煤油，R甲＞R乙。 （1）除了温度计外，还需要的测量工具是 实验中电流产生的热量的多少是通过来 反映的（选填“温度计升高的示数”或“加热时间”） （2）为了在较短的时间内达到明显的实验效果，小明选用煤油而不用水做实验，是因为煤油具有 的特点。 （3）通电一定时间后，甲瓶中的温度计示数升的快，由此得出的实验结论是 。 （4）在甲、乙两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体，且电阻丝的阻值R甲 （选填“大于”、“小于”或“等于”。下同）R乙时，可以比较不同物质的吸热能力。若温度计a比温度计b温度升高得快，则甲、乙两瓶内液体比热容关系c甲 c乙。 （5）实验结束后,小红问小明：“打开水龙头就可以得到水，干嘛不用水代替煤油?”对于这个问题，小明与同学们给出了下列四种答案，你认为最合理的是 。 A．因为煤油有颜色便于观察 B．因为煤油有比较大的热值 C．因为煤油有比较小的密度 D．因为煤油有比较小的比热容 （6）下面的探究实例中，与本实验研究方法相同的是_____ A．探究影响导体电阻大小因素的实验 B．探究动能大小与什么因素有关的实验 C．用总电阻表示同一段电路中串联的两个电阻 D．学习电压，我们可以通过对比水压来认识它 学科网（北京）股份有限公司 $