6.3 焦耳定律（举一反三·讲义）物理新教材教科版九年级上册

本讲义聚焦“焦耳定律”核心知识点，从电炉炼钢情景导入电流热效应，通过控制变量法探究电热与电流、电阻、时间的关系，建立焦耳定律公式并区分纯电阻与非纯电阻电路应用，最终学习电热的利用（如电热器）与危害（如散热措施），构建完整知识链作为学习支架。 该资料以科学探究为特色，通过U型管液面差等实验设计培养科学思维（控制变量、转换法），结合电熨斗、电动机等实例落实能量观念，课后分层作业（实验题、计算题）辅助巩固，课中助力教师引导探究，课后帮助学生查漏补缺。

6.3 焦耳定律 模块一 知识框架 模块二 知识精讲 情景导入 钢花飞溅，铁水奔流。炼钢厂的电炉中，电产生巨大的热，将电炉中的铁水加热到上干摄氏度。在生产、生活实践中，用电产生热是我们利用电能的重要方式之一。电能在转化为其他形式能的时候，为什么都要发热？影响它们发热的因素是什么？它们发热时有什么规律？ 【知识点1 电流的热效应】知识归纳 1．电流的热效应：电流通过导体时将电能转化成 能的现象。 2．探究影响电流产生的热量（电热）的因素： 探究电热与电阻关系 究电热与电流关系 探究电热与通电时间的关系 方法 控制电流、通电时间相同 探控制电阻、通电时间相同 控制电流、电阻相同 图示 原理 电阻加热容器内的气体，气体吸热膨胀，通过U型管两侧液面 的大小来显示电阻产生热量的多少—— 法 结论 在相等时间内，电流相同时，电阻较大的导体比电阻较小的导体产生的热量 在相等时间内，电阻相同时，通过的电流较大的导体比电流较小的导体产生的热量 在电流、电阻相同时，通电时间越长，电流通过导体产生的热量越 【例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）实验中是通过观察___________来显示容器内空气温度的变化。 （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电阻的关系，通电一段时间后，___________（选填“左”或“右”）侧容器产生的热量更多。 （3）如图乙装置中，和两根电阻丝在相等的时间内产生的热量之比___________。电阻的作用主要是使电阻和中的电流___________（选填“相等”或“不相等”）。为了使实验现象更明显，应选用阻值为___________（选填“2Ω”“5Ω”或“10Ω”）。 【变式1-1】下列用电器不是利用电流热效应工作的是（　　） A.电饭锅 B.电熨斗 C.电视机 D.电热水器 【变式1-2】在探究“影响电流热效应的因素”实验中： （1）小楚用图甲装置探究电流通过电阻产生的热量与电流的关系（瓶中装煤油），该实验通过调节滑动变阻器，改变通过电阻的电流，分别加热相同____________，比较____________，判断不同电流产生的热量多少。 （2）小楚测得数据如表，分析可得：其他条件相同时，电流越__________，产生的热量越多。 次数 电流 通电时间 电阻 升高温度 1 0.3 30 10 1.5 2 0.6 30 10 6.0 （3）同伴建议烧瓶内不装煤油直接空着，装温度计保持良好的气密性，也可以完成实验，请对建议作出评价：___________。 （4）研究完电热的影响因素后，小楚利用电加热完成“比较水和煤油比热容的大小”实验，则她应选择图乙中__________烧瓶与图甲中的烧瓶，将它们中的电阻丝__________（填连接方式）接入电路，能更快更直观完成实验。 【知识点2 焦耳定律】 1．焦耳定律的内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成 比，跟导体的电阻成 比，跟通电时间成 比。数学表达式： 。 2．对公式Q=I2Rt的理解： （1）各物理量对应同一个 或同一段 ； （2）该公式对于 电路都是适用的； （3）电热计算的推导公式： 纯电阻电路 非纯电阻电路 概念 工作时把电能全部转化为 能 工作中电能转化为 能和 的能 实例 白炽灯、电饭锅、电热水器等电热类用电器 转动的电动机、电视、电脑等用电器 推导 公式 消耗的电能全部转化为内能，即Q=W，电能、电功的可通用 计算 消耗的电能等于产生的电能和其他形式能的和，即 ，计算电能需用 ，计算电热需用 【例2】用粗细均匀的电热丝放入一壶水中，通电加热至沸腾，所用时间为t，若将电热丝对折并联后 放入同样一壶水中，加热至沸腾，（不考虑热损失）所用的时间为（　　） A.t B.0.5t C.0.25t D.4t 【变式2-1】为保障行车安全，同学设计了后视镜除雾、除霜装置，简化电路如图所示。电源电压为，加热电阻、的阻值均为，电路低温挡除雾，高温挡除霜。将旋转开关调至“1”时启动_____模式，加热产生的热量是_______ 【变式2-2】如图甲所示是某品牌电吹风的原理图，S是功能切换开关，可实现“关”、“凉风”、“热风”之间的转换，某次工作过程中，其电功率与时间的图像如图乙所示。求： （1）吹凉风时通过电动机的电流是多大？ （2）电吹风内电动机的线圈电阻是8 Ω，若电吹风吹凉风3 min，则电动机线圈产生的热量是多少？ （3）电热丝的电阻是多大？ 【知识点3 电热的利用与危害】 1．电热的利用——电热器 原理 电流的 效应 组成 主要组成部分—— ，发热体是由电阻率大、熔点高的合金丝绕在绝缘体材料上做成的。 优点 1 清洁卫生；②热效率高；③可以方便地控制和调节温度 举例 电炉、电饭锅、电热毯、电烤箱、电熨斗、电烙铁、白炽灯等，还可以熔化和焊接金属 2．电热的危害 很多情况我们并不希望导体的温度过高，要设法减少电热。例如，在电路中由于导线有电阻，也会产生热量，这些热量容易使导线的绝缘外皮迅速老化，甚至可能烧坏。利用 、 、 等方法加快散热，防止电热带来危害。 【例3】下列属于防止电流热效应产生危害的是（　　） A.使用电热水器烧水 B.电脑利用微型风扇散热 C.使用电饭锅煮饭 D.养鸡场利用电热孵化器孵小鸡 【变式3-1】大数据服务器会产生大量电热，从而导致服务器温度升高，干扰服务器的正常运行，为此需要____（选填“利用”或“防止”）电热。 【变式3-2】如图所示，电脑的机箱中装有微型风扇，目的是防止__________对电子元件造成的危害。某电脑CPU的功率为100W，其中发热功率占8%。若工作半小时，则CPU产生热量__________J。 模块三 课后作业 一、单选题 1．下列家用电器中与智能控温电加热手套工作原理相同的是（　　） A.电风扇 B.电熨斗 C.电脑 D.电冰箱 2．电炉工作时，电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。下列说法正确的是（　　） A.通过导线的电流小于通过电炉丝的电流 B.导线的电阻大于电炉丝的电阻 C.导线的电阻小于电炉丝的电阻 D.电流通过导线时没有产生热效应 3．科技兴趣小组的同学模拟野外求生时，取口香糖锡纸剪成如图甲所示形状，其中AB和CD段等长。将带锡一面两端的M、N两点分别接触电池正、负两极，发现锡纸条很快开始冒烟、着火，如图乙所示。下列分析正确的是（　　）` A.先冒烟、着火的是AB段 B.AB段的电阻小于CD段的电阻 C.通过AB段的电流大于通过CD段的电流 D.电流通过AB段和CD段相同时间产生的热量相同 4．在某电视台《是真的吗？》节目中，主持人做了“电池+口香糖锡纸=取火工具”的实验：取口香糖锡纸，剪成条状，将锡纸条带锡的一端接在电池的正极，另一端接在电池的负极，很快发现纸条中间处开始冒烟，起火苗，这个实验中造成锡纸起火涉及到的性质或原因有（　　） ①锡有导电性　　②造成短路　　③温度达到锡纸的着火点　　④锡纸密度小，并且薄 A.只有①②③正确 B.只有①②④正确 C.只有①③④正确 D.①②③④都正确 5．将规格都是“220V 200W”的一台电风扇、一台电视机和一把电烙铁，分别接入家庭电路中使其正常工作，若通电时间相同。下列说法中（　　） ①电烙铁消耗的电能最多        ②电烙铁产生的热量最多 ③三个用电器消耗的电能一样多    ④三个用电器产生的热量一样多 A.只有②③正确 B.只有①④正确 C.只有①②正确 D.只有③④正确 6．研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验，下列分析不正确的是（　　） A.电流通过导体产生的热量的多少是通过U形管内液面高度差来反映的 B.甲实验两电阻串联，电流和通电时间相同，探究热量与电阻的关系 C.由乙实验可得结论：电流越大，电流产生的热量越多 D.如图丙把乙实验右侧盒外的电阻放到盒内，通电相同时间仍然是左侧U形管液面高度差大 7．将甲乙两个完全一样的滑动变阻器的滑片P调节到同一位置后，按如图方式连入电路（部分画出），则通电一段时间后，甲、乙两滑动变阻器两端的电压、和它们产生的热量、的大小关系正确的是（　　） A.、 B.、 C.、 D.、 8．某款电热杯有高、中、低三挡，简化电路如图所示，、不能同时闭合，的阻值为。只闭合时，电路中的电流为2A。下列说法正确的是（　　） A.电源电压为10V B.只闭合、时，电热杯处于低温挡 C.只闭合时，电热杯工作1min产生热量600J D。加热100g水，水温升高10℃，水吸收热量420J 二、填空题 9．红米快充技术取得巨大突破，5min就可充满4100mAh的手机电池，即快充充电器输出的______较大，从而提高电能传输速度；其正常工作时，通过快充充电线中的电流较大，根据焦耳定律，为了减小数据线上电能的损耗，其充电线比普通手机充电线要______一些（选填粗或者细）。 10．小明家的电热水壶有加热和保温两个挡位，其简化电路如图所示，将开关S置于“1”或“2”位置时，电热水壶处于不同挡位，电热丝，，当开关S置于2位置时，电热水壶处于______（选填“加热”或“保温”）挡，此时功率是______W。该电热水壶处于加热挡正常工作5min，会产生______J的热量，此时，和的功率之比为______。 11．电热饮水机通过机内温控开关S进行自动控制，有加热和保温两挡。电路原理如图所示。电源电压恒为220V。 （1）当开关S接a时，电路处于____________挡，若此时电流为5A，则电路的功率为____________W。 （2）该电热饮水机在加热状态工作100s，产生的热量为____________J。 （3）当开关S接b时，电路的功率为44W。则在保温状态下，电阻两端的电压为____________V。 12．一个“220V    440W”的吸尘器，线圈电阻是10Ω，正常工作1min消耗的电能是____________J，产生的热量是____________J。 13．如图所示是一直流电动机提升重物的装置。电源电压保持不变，已知电动机线圈电阻为2Ω，开关闭合后，电动机匀速提升重物的重力为40N，此时，电流表读数为2A，电压表读数为6V，不计任何摩擦，该装置在2s钟内提升重物的高度为________m。 三、实验题 14．在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”时，松松设计的实验电路如图1所示，两个完全相同的玻璃瓶内插入温度计a、b。 （1）为了让实验效果更显著，松松应在图1的甲、乙两瓶中加入质量、初温均相同的_____（选填“煤油”或“水”）； （2）实验中，通过观察温度计的示数变化大小来比较电流通过电阻产生热量的多少，下列实验应用了该研究方法的是_____（选填序号）； A.探究电流与电压、电阻的关系 B.探究导体电阻的大小与哪些因素有关 C.“伏安法”测电阻 （3）复习课中，南南用图2的装置再次探究电流通过导体产生的热量与电流的关系，给装置通电并得到正确结论，她所依据的现象是_________________________。如果通过左侧容器中电阻丝的电流是，则右侧容器中电阻丝在内产生的热量是_____。 （4）南南又将图2中，右侧盒外的电阻也放入右侧盒中，通电后_____容器现象变化更明显（选填甲或乙），并解释其中的道理________________________________________。 15．“探究影响电流热效应的因素”实验。 （1）装置如图甲所示，在三个相同的容器中装有质量相等的煤油，容器中分别安装一段电阻丝R1、R2、R3，R1＝5Ω，R2＝R3＝10Ω，小明设计了如图乙所示电路。将R1、R3两个电阻丝分别填入虚线框中，虚框①中应放入电阻丝_______ 。 （2）闭合开关S、S1调节滑动变阻器R0的滑片使电流表示数为0.2A，2min后记录两电阻丝所在容器中的液体温度。根据____________ 现象，得出在电流、通电时间相同时，_______ 越大，导体产生的热量越多。此时虚框①中电阻丝产生的热量是_______ J。 （3）闭合开关S、S2，调节滑动变阻器R0的滑片使电流表示数为0.4A，加热煤油2min后。若在（2）中虚框①中电阻丝使煤油升高了5℃，则虚框②中电阻丝使煤油升高了_______ ℃（电流通过电阻丝产生的热量全部被煤油吸收）。 四、计算题 16．如图所示，电源电压为6V，且保持不变，灯泡L上标着“6V  3.6W”字样，忽略灯丝电阻随温度的变化，定值电阻，滑动变阻器的最大电阻为20Ω。求： （1）灯泡L的电阻是多少？ （2）当闭合、断开，且滑片P移到滑动变阻器的中点时，灯泡实际消耗的功率是多少？ （3）当、都闭合，滑片P位于最左端时，整个电路消耗的电功率是多少？在1min内电阻产生的热量是多少？ 17．如图甲所示是一款多功能双层煮蛋器，其工作原理图如图乙所示。煮蛋器的额定电压为均为电阻丝（阻值不变），智能开关可自动切换加热挡、保温挡。图丙为该煮蛋器在正常工作18min时间内功率的变化情况。请解答： （1）若煮蛋器正常工作18min，加热状态消耗的电能？ （2）正常加热状态下，此时电路中的电流为多大？的电阻为多少？ （3）煮蛋器正常工作，在保温状态下，产生的热量是多少？（保留两位小数） 第 12 页 共 12 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 6.3 焦耳定律 模块一 知识框架 模块二 知识精讲 情景导入 钢花飞溅，铁水奔流。炼钢厂的电炉中，电产生巨大的热，将电炉中的铁水加热到上干摄氏度。在生产、生活实践中，用电产生热是我们利用电能的重要方式之一。电能在转化为其他形式能的时候，为什么都要发热？影响它们发热的因素是什么？它们发热时有什么规律？ 【知识点1 电流的热效应】知识归纳 1．电流的热效应：电流通过导体时将电能转化成内能的现象。 2．探究影响电流产生的热量（电热）的因素： 探究电热与电阻关系 究电热与电流关系 探究电热与通电时间的关系 方法 控制电流、通电时间相同 探控制电阻、通电时间相同 控制电流、电阻相同 图示 原理 电阻加热容器内的气体，气体吸热膨胀，通过U型管两侧液面高度差的大小来显示电阻产生热量的多少——转换法 结论 在相等时间内，电流相同时，电阻较大的导体比电阻较小的导体产生的热量多 在相等时间内，电阻相同时，通过的电流较大的导体比电流较小的导体产生的热量多 在电流、电阻相同时，通电时间越长，电流通过导体产生的热量越多 【例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）实验中是通过观察___________来显示容器内空气温度的变化。 （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电阻的关系，通电一段时间后，___________（选填“左”或“右”）侧容器产生的热量更多。 （3）如图乙装置中，和两根电阻丝在相等的时间内产生的热量之比___________。电阻的作用主要是使电阻和中的电流___________（选填“相等”或“不相等”）。为了使实验现象更明显，应选用阻值为___________（选填“2Ω”“5Ω”或“10Ω”）。 【答案】（1）U形管液面高度差 （2）串联 右 （3） 4∶1 不相等 2Ω 【解析】（1）容器内空气吸收电热丝产生的热量膨胀，会使连接的U形管液面出现高度差，液面高度差越大，说明容器内空气温度变化越大，电阻产生的的热量越多。 （2）甲装置中两段电阻丝逐个顺次连接，是串联方式； 串联电路中电流和通电时间完全相同，根据焦耳定律，在I、t相同时，电阻越大，产热越多，右侧容器内10Ω的电阻大于左侧5Ω电阻，因此右侧产生的的热量更多。 （3）乙装置中，R2和R3并联后再与R1串联， 根据并联电路分流规律，通过R2的电流是干路电流（即通过R1的电流）的一半，即，根据可得 R3与R2并联，R3的作用是分流，让R1和R2的电流不相等，以此探究产热与电流的关系； 若选用较小的2Ω的电阻，根据并联电路分流规律，R3支路分得的电流更大，则R2支路分得的电流会更小，容器内两个电阻的电流差值更大，相同时间内产热的差异更明显，实验现象更突出。 【变式1-1】下列用电器不是利用电流热效应工作的是（　　） A.电饭锅 B.电熨斗 C.电视机 D.电热水器 【答案】C 【解析】利用电流热效应工作的用电器将电能主要转化为内能。电饭锅、电熨斗、电热水器工作时电能主要转化为内能，利用电流热效应工作；电视机工作时电能主要转化为光能、声能，不是利用电流热效应工作。故选C。 【变式1-2】在探究“影响电流热效应的因素”实验中： （1）小楚用图甲装置探究电流通过电阻产生的热量与电流的关系（瓶中装煤油），该实验通过调节滑动变阻器，改变通过电阻的电流，分别加热相同____________，比较____________，判断不同电流产生的热量多少。 （2）小楚测得数据如表，分析可得：其他条件相同时，电流越__________，产生的热量越多。 次数 电流 通电时间 电阻 升高温度 1 0.3 30 10 1.5 2 0.6 30 10 6.0 （3）同伴建议烧瓶内不装煤油直接空着，装温度计保持良好的气密性，也可以完成实验，请对建议作出评价：___________。 （4）研究完电热的影响因素后，小楚利用电加热完成“比较水和煤油比热容的大小”实验，则她应选择图乙中__________烧瓶与图甲中的烧瓶，将它们中的电阻丝__________（填连接方式）接入电路，能更快更直观完成实验。 【答案】（1）时间 煤油升高的温度 （2）大 （3）合理，空气的比热容小，且瓶内空气质量小，吸收相同热量时升温更快，实验现象更明显 （4）A 串联 【解析】（1）探究热量与电流的关系时，需控制电阻和通电时间相同，改变电流，因此要加热相同时间；本实验利用转换法，电流产生的热量无法直接观测，煤油吸收热量后温度上升，通过比较温度计示数的变化就能判断产热多少。 （2）表格中电阻、通电时间均相同，电流越大，煤油升高的温度越高，说明其他条件相同时，电流越大，电流产生的热量越多。 （3）烧瓶内是空气时，空气的比热容远小于煤油的比热容，且瓶内空气质量小，吸收相等热量后温度变化更显著，能更快观察到温度变化，缩短实验时间。 （4）比较水和煤油的比热容，需要控制两种液体的质量、吸收的热量完全相同，因此要选和甲烧瓶电阻相同的乙中A烧瓶，将两个电阻丝串联，串联时电流和通电时间始终一致，根据，相同时间内两个电阻产生的热量相等，就能保证水和煤油吸收的热量相同，通过比较升温快慢判断比热容大小。 【知识点2 焦耳定律】 1．焦耳定律的内容：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。数学表达式：Q=I2Rt。 2．对公式Q=I2Rt的理解： （1）各物理量对应同一个导体或同一段电路； （2）该公式对于所有电路都是适用的； （3）电热计算的推导公式： 纯电阻电路 非纯电阻电路 概念 工作时把电能全部转化为内能 工作中电能转化为内能和其他形式的能 实例 白炽灯、电饭锅、电热水器等电热类用电器 转动的电动机、电视、电脑等用电器 推导 公式 消耗的电能全部转化为内能，即Q=W，电能、电功的可通用计算 消耗的电能等于产生的电能和其他形式能的和，即W=Q+W其他，计算电能需用W=Pt=UIt，计算电热需用Q=I2Rt 【例2】用粗细均匀的电热丝放入一壶水中，通电加热至沸腾，所用时间为t，若将电热丝对折并联后 放入同样一壶水中，加热至沸腾，（不考虑热损失）所用的时间为（　　） A.t B.0.5t C.0.25t D.4t 【答案】C 【解析】因导体的电阻只与导体的材料、长度、横截面积和温度有关，在其它条件相同时，导体的长度越短、横截面积越大，电阻越小，所以，将电阻丝对折并联后放入同样一壶水中时，总电阻变为原来的四分之一，因不计一切热损失时，烧开同样一壶水时水吸收的热量相同，即电热丝放出的热量相同，所以，电源的电压恒定时，由 可知，加热时间变为原来的四分之一，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 【变式2-1】为保障行车安全，同学设计了后视镜除雾、除霜装置，简化电路如图所示。电源电压为，加热电阻、的阻值均为，电路低温挡除雾，高温挡除霜。将旋转开关调至“1”时启动_____模式，加热产生的热量是_______ 【答案】除霜 1440 【解析】旋转开关调至“1”时，只有R1接入电路，电路总电阻较小。因电源电压不变，由可知，此时电路功率较大，为高温挡，故启动除霜模式。 加热1min产生的热量为 【变式2-2】如图甲所示是某品牌电吹风的原理图，S是功能切换开关，可实现“关”、“凉风”、“热风”之间的转换，某次工作过程中，其电功率与时间的图像如图乙所示。求： （1）吹凉风时通过电动机的电流是多大？ （2）电吹风内电动机的线圈电阻是8 Ω，若电吹风吹凉风3 min，则电动机线圈产生的热量是多少？ （3）电热丝的电阻是多大？ 【答案】（1）0.4A （2）230.4J （3）100Ω 【解析】（1）S接2、3时，只有电风扇工作，处于凉风挡，吹凉风时通过电动机的电流 （2）电动机线圈产生的热量 （3）S接1、2时，电风扇和电热丝并联，处于热风挡，电热丝的功率 电热丝的电阻 【知识点3 电热的利用与危害】 1．电热的利用——电热器 原理 电流的热效应 组成 主要组成部分——发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的合金丝绕在绝缘体材料上做成的。 优点 1 清洁卫生；②热效率高；③可以方便地控制和调节温度 举例 电炉、电饭锅、电热毯、电烤箱、电熨斗、电烙铁、白炽灯等，还可以熔化和焊接金属 2．电热的危害 很多情况我们并不希望导体的温度过高，要设法减少电热。例如，在电路中由于导线有电阻，也会产生热量，这些热量容易使导线的绝缘外皮迅速老化，甚至可能烧坏。利用散热窗、散热片、风扇等方法加快散热，防止电热带来危害。 【例3】下列属于防止电流热效应产生危害的是（　　） A.使用电热水器烧水 B.电脑利用微型风扇散热 C.使用电饭锅煮饭 D.养鸡场利用电热孵化器孵小鸡 【答案】B 【解析】ACD。电热水器、电饭锅、电热孵化器均利用电流热效应将电能转化为内能来获取热量，属于电流热效应的应用，故ACD不符合题意； B。电脑工作时电流产生的热量会损坏元件，微型风扇用于散发热量，防止电流热效应产生危害，故B符合题意。 故选B。 【变式3-1】大数据服务器会产生大量电热，从而导致服务器温度升高，干扰服务器的正常运行，为此需要____（选填“利用”或“防止”）电热。 【答案】防止 【解析】服务器产生的电热会使服务器温度升高，干扰其正常工作，这种电热是有害的，因此需要防止电热。 【变式3-2】如图所示，电脑的机箱中装有微型风扇，目的是防止__________对电子元件造成的危害。某电脑CPU的功率为100W，其中发热功率占8%。若工作半小时，则CPU产生热量__________J。 【答案】电热 14400 【解析】电流通过电子元件时会产生热量（电热），热量积累过多会损坏电子元件，机箱装微型风扇是为了散热，目的是防止电热对电子元件造成危害。 热量计算： 首先算出CPU的发热功率：，工作半小时换算时间：，产生热量：。 模块三 课后作业 一、单选题 1．下列家用电器中与智能控温电加热手套工作原理相同的是（　　） A.电风扇 B.电熨斗 C.电脑 D.电冰箱 【答案】B 【解析】智能控温电加热手套利用电流热效应工作，电能主要转化为内能。 A．电风扇工作时电能主要转化为机械能，故A不符合题意； B．电熨斗利用电流热效应工作，电能主要转化为内能，与题干用电器原理相同，故B符合题意； C．电脑工作时电能主要转化为光能、声能等，故C不符合题意； D．电冰箱工作时电能主要转化为压缩机的机械能，故D不符合题意。 故选B。 2．电炉工作时，电炉丝通过导线接到电路里，电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。下列说法正确的是（　　） A.通过导线的电流小于通过电炉丝的电流 B.导线的电阻大于电炉丝的电阻 C.导线的电阻小于电炉丝的电阻 D.电流通过导线时没有产生热效应 【答案】C 【解析】 A．电炉丝与导线串联，由串联电路中电流处处相等的规律可知，通过二者的电流大小相等，故A错误； BC．二者串联电流I相等、通电时间t相同，电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热，说明电炉丝产生的热量远大于导线产生的热量，由焦耳定律的变形式可知，电炉丝电阻远大于导线电阻，即导线电阻小于电炉丝电阻，故B错误，C正确； D．电流通过导线有热效应，导线几乎不发热是因为产生的热量极少，所以几乎察觉不到发热，故D错误。 故选C。 3．科技兴趣小组的同学模拟野外求生时，取口香糖锡纸剪成如图甲所示形状，其中AB和CD段等长。将带锡一面两端的M、N两点分别接触电池正、负两极，发现锡纸条很快开始冒烟、着火，如图乙所示。下列分析正确的是（　　）` A.先冒烟、着火的是AB段 B.AB段的电阻小于CD段的电阻 C.通过AB段的电流大于通过CD段的电流 D.电流通过AB段和CD段相同时间产生的热量相同 【答案】A 【解析】B．段和段材料、长度相同，段横截面积小；根据电阻与横截面积的关系，在材料、长度相同时，横截面积越小，电阻越大，所以段的电阻比段的电阻大，故B错误； C．段和段串联，根据串联电路电流规律，串联电路中各处电流相等，所以段的电流和段的电流一样大，故C错误； AD．根据焦耳定律可知，电流和通电时间相同，段的电阻更大，因此段相同时间产生的热量更多，温度先达到锡纸的着火点，先冒烟着火，故A正确，D错误。 故选A。 4．在某电视台《是真的吗？》节目中，主持人做了“电池+口香糖锡纸=取火工具”的实验：取口香糖锡纸，剪成条状，将锡纸条带锡的一端接在电池的正极，另一端接在电池的负极，很快发现纸条中间处开始冒烟，起火苗，这个实验中造成锡纸起火涉及到的性质或原因有（　　） ①锡有导电性　　②造成短路　　③温度达到锡纸的着火点　　④锡纸密度小，并且薄 A.只有①②③正确 B.只有①②④正确 C.只有①③④正确 D.①②③④都正确 【答案】A 【解析】锡属于金属，具有导电性，锡纸直接连接电池正负极上，形成电源短路，电路中电流较大，根据焦耳定律可知，电流越大，产生的热量越多，使锡纸温度升高达到自身着火点，最终引发燃烧，所以锡纸起火涉及到的性质或原因有①②③；故选A。 5．将规格都是“220V 200W”的一台电风扇、一台电视机和一把电烙铁，分别接入家庭电路中使其正常工作，若通电时间相同。下列说法中（　　） ①电烙铁消耗的电能最多        ②电烙铁产生的热量最多 ③三个用电器消耗的电能一样多    ④三个用电器产生的热量一样多 A.只有②③正确 B.只有①④正确 C.只有①②正确 D.只有③④正确 【答案】A 【解析】①③根据，P相同、通电时间t相同，则三个用电器消耗的电能相等，故①错误，③正确； ②④电烙铁为纯电阻用电器，消耗的电能全部转化为内能；电风扇、电视机消耗的电能仅少部分转化为内能，因此相同时间内电烙铁产生的热量最多，故②正确，④错误。 综合上述分析可知②③正确，故选A。 6．研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验，下列分析不正确的是（　　） A.电流通过导体产生的热量的多少是通过U形管内液面高度差来反映的 B.甲实验两电阻串联，电流和通电时间相同，探究热量与电阻的关系 C.由乙实验可得结论：电流越大，电流产生的热量越多 D.如图丙把乙实验右侧盒外的电阻放到盒内，通电相同时间仍然是左侧U形管液面高度差大 【答案】C 【解析】 A．电流产生的热量无法直接观察，热量会使容器内空气受热膨胀，推动U形管液面出现高度差，因此用U形管液面高度差反映产热多少，这是转换法的应用，该分析正确，故A不符合题意； B．甲实验中两个不同阻值的电阻串联，根据串联电路特点，通过两个电阻的电流、通电时间完全相同，仅电阻大小不同，因此可以探究电流产热与电阻的关系，该分析正确，故B不符合题意； C．乙实验中两个盒内都是5Ω的电阻、通电时间相同，只有通过两个电阻的电流不同，根据控制变量法，得出的结论必须明确前提：在电阻和通电时间相同时，电流越大，导体产生的热量越多。该选项的结论缺少必要的控制条件，表述错误，故C符合题意； D．丙图中，左侧盒内是5Ω电阻，右侧盒内两个5Ω电阻并联，右侧盒内的总电阻为2.5Ω；左右两侧电阻是串联关系，通过它们的总电流、通电时间相同。根据焦耳定律，左侧电阻阻值更大，相同时间内左侧电阻产生的热量更多，因此左侧U形管液面高度差更大，该分析正确，故D不符合题意。 故选C。 7．将甲乙两个完全一样的滑动变阻器的滑片P调节到同一位置后，按如图方式连入电路（部分画出），则通电一段时间后，甲、乙两滑动变阻器两端的电压、和它们产生的热量、的大小关系正确的是（　　） A.、 B.、 C.、 D.、 【答案】D 【解析】由图可知，甲变阻器接入电路的是PB段电阻丝，乙变阻器接入电路的是AP段电阻丝。接入电路的电阻丝长度，故电阻。两个滑动变阻器串联接入电路，通过它们的电流和通电时间相同。由可知，。由可知，。 故选D。 8．某款电热杯有高、中、低三挡，简化电路如图所示，、不能同时闭合，的阻值为。只闭合时，电路中的电流为2A。下列说法正确的是（　　） A.电源电压为10V B.只闭合、时，电热杯处于低温挡 C.只闭合时，电热杯工作1min产生热量600J D。加热100g水，水温升高10℃，水吸收热量420J 【答案】C 【解析】 A．只闭合时，电路为的简单电路，电源电压，故A错误； B．只闭合、时，与并联，电路总电阻最小，由可知电功率最大，电热杯处于高温挡，故B错误； C．只闭合时，电热杯工作1min产生热量，故C正确； D．水的质量 水吸收热量，故D错误。 故选C。 二、填空题 9．红米快充技术取得巨大突破，5min就可充满4100mAh的手机电池，即快充充电器输出的______较大，从而提高电能传输速度；其正常工作时，通过快充充电线中的电流较大，根据焦耳定律，为了减小数据线上电能的损耗，其充电线比普通手机充电线要______一些（选填粗或者细）。 【答案】电功率 粗 【解析】电能传输的速度由电功率决定，快充充电器在短时间内可以传输大量电能，说明该类充电器输出的电功率较大。 由可知，电流、通电时间相同时，要减小导线产热，需减小导线电阻；而材料、长度相近的导线，横截面积越大电阻越小，故快充线会比普通充电线粗。 10．小明家的电热水壶有加热和保温两个挡位，其简化电路如图所示，将开关S置于“1”或“2”位置时，电热水壶处于不同挡位，电热丝，，当开关S置于2位置时，电热水壶处于______（选填“加热”或“保温”）挡，此时功率是______W。该电热水壶处于加热挡正常工作5min，会产生______J的热量，此时，和的功率之比为______。 【答案】保温 110 【解析】当开关S置于2位置时，电路中R1被短路，只有R2工作，电路中的总电阻最大，由可知，总功率最小，电热水壶处于保温挡。保温挡的功率为；当开关S置于1位置时，R1、R2并联，电路中的总电阻最小，由可知，电路中的总功率最大，电热水壶处于加热挡。电热水壶加热挡的功率为，加热挡工作5min产生的热量等于消耗的电能：，功率之比为 11．电热饮水机通过机内温控开关S进行自动控制，有加热和保温两挡。电路原理如图所示。电源电压恒为220V。 （1）当开关S接a时，电路处于____________挡，若此时电流为5A，则电路的功率为____________W。 （2）该电热饮水机在加热状态工作100s，产生的热量为____________J。 （3）当开关S接b时，电路的功率为44W。则在保温状态下，电阻两端的电压为____________V。 【答案】（1） 加热 （2） （3）8.8 【解析】（1）电源电压恒定，由可知，电路电阻越小，功率越大。开关S接a时，只有接入电路，电阻较小，故为加热挡；电路的功率为 （2）加热状态为纯电阻电路，电流产生的热量等于消耗的电能，即 （3）保温状态下电路的电流为 电阻的阻值为 开关接b时与串联，电流处处相等，故两端电压为 12．一个“220V    440W”的吸尘器，线圈电阻是10Ω，正常工作1min消耗的电能是____________J，产生的热量是____________J。 【答案】 【解析】工作1min消耗的电能为 吸尘器正常工作的电流为 产生的热量为 13．如图所示是一直流电动机提升重物的装置。电源电压保持不变，已知电动机线圈电阻为2Ω，开关闭合后，电动机匀速提升重物的重力为40N，此时，电流表读数为2A，电压表读数为6V，不计任何摩擦，该装置在2s钟内提升重物的高度为________m。 【答案】1.4 【解析】由串联电路电压规律可知，电动机两端电压为 电动机消耗的总电能为 电动机线圈产生的热量为 电动机输出的机械功为 由功的公式可知，提升重物的高度为 三、实验题 14．在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”时，松松设计的实验电路如图1所示，两个完全相同的玻璃瓶内插入温度计a、b。 （1）为了让实验效果更显著，松松应在图1的甲、乙两瓶中加入质量、初温均相同的_____（选填“煤油”或“水”）； （2）实验中，通过观察温度计的示数变化大小来比较电流通过电阻产生热量的多少，下列实验应用了该研究方法的是_____（选填序号）； A.探究电流与电压、电阻的关系 B.探究导体电阻的大小与哪些因素有关 C.“伏安法”测电阻 （3）复习课中，南南用图2的装置再次探究电流通过导体产生的热量与电流的关系，给装置通电并得到正确结论，她所依据的现象是_________________________。如果通过左侧容器中电阻丝的电流是，则右侧容器中电阻丝在内产生的热量是_____。 （4）南南又将图2中，右侧盒外的电阻也放入右侧盒中，通电后_____容器现象变化更明显（选填甲或乙），并解释其中的道理________________________________________。 【答案】（1）煤油 （2）B （3） 左侧U形管内的液面高度差变化较快 300 （4）甲 乙容器中两个电阻并联，等效电阻小于，根据，串联电路中，，，则 【解析】（1）煤油的比热容比水小，在质量相同、吸收相同热量时，煤油的温度升高更明显，实验现象更易观察，所以选择煤油。 （2）通过温度计示数变化反映产生热量的多少，这种将不易直接观察的物理量转换为易观察现象的方法是转换法。 A．探究电流与电压、电阻的关系，采用了控制变量法，故A不符合题意； B．探究导体电阻的大小与哪些因素有关，根据电流表示数大小比较电阻的大小，采用了转换法，故B符合题意； C．“伏安法”测电阻，为减小误差要多次测量取平均值，没有采用转换法，故C不符合题意。 故选B。 （3）图2探究热量与电流的关系时，两个容器内电阻阻值相同、通电时间相同，通过左侧容器中电阻丝的电流大于通过右侧容器中电阻丝的电流，根据焦耳定律，电流越大产生热量越多，因此左侧U形管内的液面高度差变化较快。 右侧容器内的5Ω电阻和盒外5Ω电阻并联，通过左侧容器中电阻丝的电流为2A，因此通过右侧容器内电阻的电流为1A；根据焦耳定律得右侧容器中电阻丝在内产生的热量 （4）将盒外5Ω电阻放入乙盒后，乙盒内两个5Ω电阻并联，总电阻为2.5Ω，甲乙串联，通过甲乙的总电流、通电时间均相同，甲中的电阻5Ω大于乙中的等效电阻2.5Ω，根据焦耳定律，甲容器内电阻产生的热量更多，因此甲的现象变化更明显。 15．“探究影响电流热效应的因素”实验。 （1）装置如图甲所示，在三个相同的容器中装有质量相等的煤油，容器中分别安装一段电阻丝R1、R2、R3，R1＝5Ω，R2＝R3＝10Ω，小明设计了如图乙所示电路。将R1、R3两个电阻丝分别填入虚线框中，虚框①中应放入电阻丝_______ 。 （2）闭合开关S、S1调节滑动变阻器R0的滑片使电流表示数为0.2A，2min后记录两电阻丝所在容器中的液体温度。根据____________ 现象，得出在电流、通电时间相同时，_______ 越大，导体产生的热量越多。此时虚框①中电阻丝产生的热量是_______ J。 （3）闭合开关S、S2，调节滑动变阻器R0的滑片使电流表示数为0.4A，加热煤油2min后。若在（2）中虚框①中电阻丝使煤油升高了5℃，则虚框②中电阻丝使煤油升高了_______ ℃（电流通过电阻丝产生的热量全部被煤油吸收）。 【答案】（1）R1 （2）温度计示数变化 电阻 24 （3）40 【解析】（1）如图乙所示电路，虚框①中电阻与R2串联，故通过它们的电流相等，若虚框①中电阻阻值与R2不同，则可研究电流产生的热量与电阻大小关系，由于R1＝5Ω，R2＝R3＝10Ω，因此虚框①中应放入电阻丝R1；若虚框①中放入R3＝10Ω，两电阻阻值相等，通过的电流也相等，则不能研究电流产生的热量与电阻大小关系。 （2）[1][2][3]调节滑动变阻器R0的滑片使电流表示数为0.2A，2min后虚框①中的R1电阻丝产生的热量是 R2电阻丝产生的热量是 由此可知，R2电阻丝产生的热量比R1电阻丝产生的热量多；电阻丝产生的热量会被煤油吸收，从而使煤油的温度发生变化，因此根据温度计示数的变化现象，可判断出在电流、通电时间相同时，电阻越大，导体产生的热量越多。 （3）从上述分析可知，虚框①中电阻丝是R1，虚框②中电阻丝则是R3；闭合开关S、S2，调节滑动变阻器R0的滑片使电流表示数为0.4A，加热煤油2min后，虚框②中的R3电阻丝产生热量为 电流通过电阻丝产生的热量全部被煤油吸收，故R1、R3产生的热量之比为 因容器煤油质量相同，根据Q＝cmΔt可知，升高的温度之比等于吸热之比，故若在（2）中虚框①中的R1电阻丝使煤油升高了5℃，则虚框②中的R3电阻丝使煤油升高了 四、计算题 16．如图所示，电源电压为6V，且保持不变，灯泡L上标着“6V  3.6W”字样，忽略灯丝电阻随温度的变化，定值电阻，滑动变阻器的最大电阻为20Ω。求： （1）灯泡L的电阻是多少？ （2）当闭合、断开，且滑片P移到滑动变阻器的中点时，灯泡实际消耗的功率是多少？ （3）当、都闭合，滑片P位于最左端时，整个电路消耗的电功率是多少？在1min内电阻产生的热量是多少？ 【答案】（1） （2） （3）； 【解析】（1）由得灯泡电阻 （2）闭合、断开，滑片在中点时，灯泡L与滑动变阻器（接入电阻）串联。电路总电阻，电路电流，灯泡实际功率 （3）、都闭合，滑片在最左端时，滑动变阻器接入电阻为0，灯泡L与并联。灯泡两端电压等于电源电压6V，正常发光，灯泡的电功率，电阻的电功率 整个电路消耗的电功率，由焦耳定律得 在1min内电阻 产生的热量 17．如图甲所示是一款多功能双层煮蛋器，其工作原理图如图乙所示。煮蛋器的额定电压为均为电阻丝（阻值不变），智能开关可自动切换加热挡、保温挡。图丙为该煮蛋器在正常工作18min时间内功率的变化情况。请解答： （1）若煮蛋器正常工作18min，加热状态消耗的电能？ （2）正常加热状态下，此时电路中的电流为多大？的电阻为多少？ （3）煮蛋器正常工作，在保温状态下，产生的热量是多少？（保留两位小数） 【答案】（1） （2）5A， （3） 【解析】（1）由图丙可知，加热功率，加热时间 根据公式，可得加热状态消耗的电能为 （2）根据公式，可得正常加热状态下电路中的电流为 由欧姆定律可得，的电阻为 （3）由图丙可知，保温功率 根据公式，可得煮蛋器处于保温状态时的电流为 保温时间 当开关闭合、断开时，与串联，煮蛋器处于保温状态。 串联电路总电阻 则的电阻为 根据焦耳定律，可得产生的热量为 第 12 页 共 12 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $