13.3 焦耳定律（举一反三·讲义）物理新教材沪科版（五四学制）九年级上册

本讲义聚焦“焦耳定律”核心知识点，以电流热效应现象为起点，通过实验探究影响因素（电流、电阻、时间），推导焦耳定律公式Q=I²Rt，进而区分电功与电热，最终联系电热的利用（如电加热器）和防止（如散热装置），构建“现象-探究-规律-应用”的完整学习支架。 该资料亮点在于以科学探究为主线，通过控制变量法设计实验（如串联不同电阻电热丝研究电阻影响），结合生活实例（电饭煲、电风扇）深化物理观念，例题与变式题注重科学推理，课后作业分层设计，助力学生巩固知识、查漏补缺，培养严谨的科学态度与解决实际问题的能力。

13.3 焦耳定律 目录 知识框架 1 知识精讲 1 【知识点1 探究影响电流热效应的因素】 2 【知识点2 焦耳定律】 4 【知识点3 电热的利用和防止】 6 课后作业 7 情景导入 在寒冷的冬日，我们可以打开取暖器使房间温度升高，待在取暖器旁就会感到暖意融融。取暖器有不同的加热方式，其中一种类型的取暖器内部布满了一圈圈紧密缠绕的金属丝。取暖器放出的热量从何而来呢？这些金属丝又起什么作用呢？知识归纳 【知识点1 探究影响电流热效应的因素】 1. 电流的热效应：电流通过导体时，导体会发热， 能增加，这种现象叫做电流的热效应。取暖器、电热水壶、灯泡、导线等工作时发热，都是电流的热效应。生活经验告诉我们，这些导体产生的热量差异巨大。 2. 探究影响电流热效应的因素 【设计实验】取甲、乙、丙三根电热丝，甲、丙电热丝的电阻相等，乙电热丝的电阻较大。将三根电热丝分别浸入装有煤油的三个瓶子中，且三个瓶中煤油的质量和初温都相等。可将温度计或温度传感器探头插入煤油中测量温度。 【进行实验】 （1）研究电流、通电时间一定时，电流产生的热量与电阻的关系 如图（a）所示，将甲、乙电热丝串联接入电路，接通电源一段时间后断开，观察比较两瓶中煤油的最终温度。 （2）研究电阻、通电时间一定时，电流产生的热量与电流的关系 如图（b）所示，将丙电热丝单独接入电路，设法使通过它的电流与实验（1）中通过甲电热丝的电流大小明显不同，但通电时间相同。观察比较甲、丙所在瓶中煤油的最终温度。 探究电流产生的热量与电流、电阻的关系 【分析论证】 （1）在电流相同、通电时间相同时，电阻越大，这个电阻产生的热量越 。 （2）在电阻相同、通电时间相同时，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越 。 （3）在电流相同、电阻相同时，通电时间越长，这个电阻产生的热量越 。 【实验结论】通过导体的电流越大、导体电阻越大、通电时间越长，产生的热量越多。 【例1】如下图所示的家用电器中，主要是将电能转化为内能的是（     ） A．电风扇 B．电饭煲 C．电灯 D．洗衣机 【变式1-1】如图所示，将两个电阻串联起来是为了探究电流产生的热量与______的关系。通过观察___________，间接地比较两个电阻丝产生热量的多少。若要研究电流产生的热量与通电时间的关系，实验中还需要用到的实验器材是______。 【变式1-2】在做“探究电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”实验时，在装有初温相同、质量相同的煤油的瓶子内装入铜丝和镍铬合金丝（），如图所示。 （1）实验中是通过观察_____________来推断电流产生热量的多少；为了在较短的时间内达到明显的实验效果，选用煤油而不用水做实验，是因为煤油比热容较小而具有升温_____________的特点（选填“慢”或“快”）； （2）图中，将铜丝和镍铬合金丝串联，是为了控制_______和通电时间相同。闭合开关，移动滑动变阻器的滑片在某一位置，一段时间后观察到B瓶中温度计的示数大于A瓶中温度计的示数，可得出结论：在其他条件一定时，_______越大，电流通过导体产生的热量越多； （3）写出一个该实验中用到的实验方法：_______。 【知识点2 焦耳定律】 1. 焦耳定律 （1）内容： 电流通过导体时产生的热量，与 成正比，与导体 成正比，与 成正比。 （2）公式： Q =   公式中各物理量及其单位： I表示电流，单位是 （A）；R表示电阻，单位是 （Ω）；t表示时间，单位是 （s）； Q表示热量，单位是 （J） 1焦耳=1安2×1欧×1秒 2. 推导焦耳定律   若电流做的功全部用来产生热量，即Q = W  因为电功 W = UIt，根据欧姆定律U = IR可得： Q = W = UIt = 可见，在消耗的电能全部产生热量时，根据电功公式和欧姆定律推导出的结论与焦耳定律一致。 3. 电功与电热 （1）电功与电热的区别：电功是指电流通过一段电路所做的功，它的大小表示电路消耗电能的多少，或表示有多少电能转化为其他形式的能。电热是指电流通过一段电路做功时，电能转化为 的那一部分。两者表示的意义不同，是两个不同的概念。 （2）电功与电热的联系 ①纯电阻电路（如电炉、电热水器、电熨斗等电路）：该类电路中，电流通过用电器时，可以认为电能全部转化为内能，电流产生的热量 电流做的功，即Q=W Q= W总=Pt=UIt= U2t/R=I2Rt 上述公式都可以适用于 电路。 ②非纯电阻电路：在该类电路中，当电流通过用电器时，电能主要转化为其它形式的能量，只有一部分转化为内能，电流产生的热量 电流做的功（消耗的电能），即Q＜W。 例如：电风扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，只有少部分转化为内能（发热）。 W总＝UIt =W机械能＋Q热量，电热 电功（选填“大于”、“小于”或“等于”）。 【例2】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 【变式2-1】将标有“220V 40W”的电风扇、“110V  40W”电视机、“36V 40W”电热杯各一个，三个用电器均在各自额定电压下正常工作。在相同的时间内，电流流过它们产生热量最多的是______（选填“一样多”“电风扇”“电视机”或“电热杯”）。 【变式2-2】某同学家中的电热水壶标有“220V  880W”。求： (1)电热水壶的额定电流； (2)电热水壶正常工作5min产生的热量是多少？ 【知识点3 电热的利用和防止】 1. 电热的利用——电加热器 （1）电加热器的工作原理：利用了电流的 。 （2）电加热器的主要结构：电加热器的核心结构可分为‌发热元件、温控系统、支撑与绝缘保护结构‌三大核心部分，不同类型的工业/民用产品会在此基础上拓展适配部件。 核心发热元件采用‌镍铬合金或铁铬铝电阻丝‌，这类材料电阻率大、熔点高，通电后产生大量的内能。 （3）生活中常见的一些电加热器： 等。 （4）电加热器的优点：清洁卫生，没有环境污染；效率高；可以方便地控制和调节温度。 2. 电热的危害与防止 （1）电热的危害：大功率用电器持续发热可能影响其性能，甚至缩短使用寿命，因此提高用电器散热性能非常重要。电路发生短路故障时，电流会急剧增大，短时间内产生大量的 ，造成用电器损坏，甚至引发火灾。 （2）防止电热危害的方法：给用电器安装散热风扇；安装散热片；安装散热窗等。还需要实时检查电路和电气设备，避免发生事故。 【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】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3-2】电流的热效应在科研、生产、生活中被广泛应用，但有时它也会给我们带来危害。下列情况中不属于防止电热危害的是（     ） A．电脑机箱内有小风扇 B．电视机的后盖有散热窗 C．电动机外壳有许多散热片 D．高空飞行员所穿衣服里有电热保温装置 1．如图所示，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．电熨斗 C．电风扇 D．洗衣机 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．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 4．如图是“探究影响电流热效应的因素”实验装置，将R1、R2两电阻丝密封在两只完全相同的玻璃瓶内，且，瓶内装入初温、质量相同的煤油。下列说法错误的是（     ） A．R1与R2串联目的是为了控制电阻丝中电流相同 B．闭合开关后，R1所在瓶温度计示数变化更快 C．滑动变阻器的滑片向左移，两瓶中煤油温度上升将变慢 D．该装置可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电流的关系 5. 国家标准《家用和类似用途电器的安全》中规定，电水壶电源线一般不应长于75cm。这是通过减小导体的_______来减小电阻，从而_______（选填“增加”或“减小”）电源线通电时产生的热量。 6．将规格都是“220V 100W”的一台电视机和一个电热毯，分别接入220V的家庭电路中，通电时间相同。电流通过这两个用电器所做的功、的大小关系是__________；这两个用电器产生的热量、的大小关系是_________。（均选填“”“”或“”） 7．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“细”）。 8．夏天，人们常用电热驱蚊器驱蚊（如图），它是利用电流的______效应来工作的。驱蚊器的发热元件是一个阻值为10000Ω的电阻，工作电流为20mA，则发热元件通电50s产生的热量为_____J。 9．从产品说明书得知，一台“6V 3W”的迷你型小风扇，电动机线圈阻值为0.1Ω。则小风扇正常工作1min消耗的电能为_____J，电动机线圈1min产生的热量为_______J，输出的机械能是_____J。 10．下图是某同学探究焦耳定律的部分实验装置，实验中通过观察_______判断导体产生热量的多少。已知、，若要探究电流产生热量的多少与电阻大小的关系，则应将R甲、R乙____联在电路中；一段时间后，电流通过R甲产生的热量与电流通过R乙产生的热量之比为_______。 11. 小王为自己设计了一款有“加热”和“保温”两挡的暖手袋，内部电路简化如图所示，电源电压U=6V，电热丝R1与R2的阻值恒定，，。求： （1）只闭合开关S1时，通过电路的电流； （2）“加热”挡通电1min产生的热量。 12. 如图所示电路中，电源电压不变，电阻R2的阻值为10Ω，当只闭合开关S后，电流表的示数为0.3A。    （1）求电源两端的电压； （2）若S和S1都闭合，电流表示数为0.4A，求电阻R1的电功率； （3）若S和S1都闭合，求整个电路在1min内产生的热量。 （4）当S和S1都闭合时，求电阻R1在2min内产生的热量。 13．如图1所示是一款可以通过USB接口连到电脑上的电热杯垫。杯垫内部简化电路如图2所示，R1、R2为加热元件，开关S1、S2同时闭合时，处于加热状态，整个电路中的电流是1A；只闭合开关S1时处于保温状态，整个电路中的电流是0.5A。已知R1的电阻为10Ω，USB接口的输出电压为5V。[c水=4.2×103J/（kg·℃）]求: （1）保温30min产生的热量是多少焦耳? （2）加热功率是多少? （3）加热状态时，若产生的热量全部被水吸收，将500g的水从25℃加热至45℃需要多少分钟? 14. 电热膜是一种新型的电热器件，如图甲所示是一种常见的电热膜。电热膜是在绝缘薄膜表面经过特殊工艺加工形成的一条条很薄的导电墨线，导电墨线两端与金属导线相连，形成网状结构，其内部结构如图乙所示。 （1）如图乙所示的是电热膜电路，导电墨线的连接方式是______联； （2）电热膜取暖器能使室内空气温度升高，这是利用了电流的______来工作的； （3）如果某根导电墨线的局部导电材料脱落，如图丙所示，想知道这根导电墨线的电阻是否发生了变化，他们找来一根与图丙中导电墨线规格和长度相同的但完好的导电墨线，接入丁图的之间，发现灯泡的亮度变化，说明导体的电阻与________有关。 15．用以下装置进行实验： （1）图甲中，若要探究“电阻丝产生的热量与电流大小的关系”，还需要的测量器材是________，实验中通过观察___________来比较产生的热量； （2）若要探究“电阻丝产生的热量与电阻大小的关系”，应选用图乙中的烧瓶________，并将其电阻与图甲中R串联； （3）若要探究“不同物质吸热升温的现象”，应选择图乙中的烧瓶__________，并将其电阻与图甲中R___________（选填“串联”、“并联”或“串并联都可以”）； （4）将图乙中三个烧瓶内的电阻并联起来，通电一段时间后，瓶中液体都没有沸腾，烧瓶_____中的液体升温最慢。 16. 如图所示，甲、乙、丙三个完全相同的烧瓶中分别装有质量相等、初温相同的液体，烧瓶中电阻丝的阻值大小关系为，烧瓶内插入相同的温度计，则 （1）___________两组实验可探究电阻丝产生热量的多少与电阻大小的关系。实验中产生热量的多少是用___________来表示的。 （2）___________两组实验可探究不同物质的吸热升温现象。 （3）通电相同时间，水和煤油都没有沸腾，温度计示数的从低到高的排列顺序是________。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 13.3 焦耳定律 目录 知识框架 1 知识精讲 1 【知识点1 探究影响电流热效应的因素】 2 【知识点2 焦耳定律】 4 【知识点3 电热的利用和防止】 6 课后作业 7 情景导入 在寒冷的冬日，我们可以打开取暖器使房间温度升高，待在取暖器旁就会感到暖意融融。取暖器有不同的加热方式，其中一种类型的取暖器内部布满了一圈圈紧密缠绕的金属丝。取暖器放出的热量从何而来呢？这些金属丝又起什么作用呢？知识归纳 【知识点1 探究影响电流热效应的因素】 1. 电流的热效应：电流通过导体时，导体会发热，内能增加，这种现象叫做电流的热效应。取暖器、电热水壶、灯泡、导线等工作时发热，都是电流的热效应。生活经验告诉我们，这些导体产生的热量差异巨大。 2. 探究影响电流热效应的因素 【设计实验】取甲、乙、丙三根电热丝，甲、丙电热丝的电阻相等，乙电热丝的电阻较大。将三根电热丝分别浸入装有煤油的三个瓶子中，且三个瓶中煤油的质量和初温都相等。可将温度计或温度传感器探头插入煤油中测量温度。 【进行实验】 （1）研究电流、通电时间一定时，电流产生的热量与电阻的关系 如图（a）所示，将甲、乙电热丝串联接入电路，接通电源一段时间后断开，观察比较两瓶中煤油的最终温度。 （2）研究电阻、通电时间一定时，电流产生的热量与电流的关系 如图（b）所示，将丙电热丝单独接入电路，设法使通过它的电流与实验（1）中通过甲电热丝的电流大小明显不同，但通电时间相同。观察比较甲、丙所在瓶中煤油的最终温度。 探究电流产生的热量与电流、电阻的关系 【分析论证】 （1）在电流相同、通电时间相同时，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。 （2）在电阻相同、通电时间相同时，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。 （3）在电流相同、电阻相同时，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。 【实验结论】通过导体的电流越大、导体电阻越大、通电时间越长，产生的热量越多。 【例1】如下图所示的家用电器中，主要是将电能转化为内能的是（     ） A．电风扇 B．电饭煲 C．电灯 D．洗衣机 【答案】B 【详解】AD．电风扇和洗衣机工作时主要将电能转化为机械能，故AD不符合题意； B．电饭煲工作时利用电流的热效应，主要将电能转化为内能，故B符合题意； C．电灯工作时主要将电能转化为光能，故C不符合题意。 故选B。 【变式1-1】如图所示，将两个电阻串联起来是为了探究电流产生的热量与______的关系。通过观察___________，间接地比较两个电阻丝产生热量的多少。若要研究电流产生的热量与通电时间的关系，实验中还需要用到的实验器材是______。 【答案】 电阻 温度计示数的变化 秒表 【详解】[1] 两个电阻串联，电流和通电时间相同，电阻不同，因此是探究电流产生的热量与电阻的关系。 [2] 电流产生的热量无法直接测量，通过温度计示数的变化来间接反映，这是转换法的应用。 [3] 研究电流产生的热量与通电时间的关系，需要控制电流、电阻不变，改变通电时间，因此需要用秒表测量不同的通电时间。 【变式1-2】在做“探究电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”实验时，在装有初温相同、质量相同的煤油的瓶子内装入铜丝和镍铬合金丝（），如图所示。 （1）实验中是通过观察_____________来推断电流产生热量的多少；为了在较短的时间内达到明显的实验效果，选用煤油而不用水做实验，是因为煤油比热容较小而具有升温_____________的特点（选填“慢”或“快”）； （2）图中，将铜丝和镍铬合金丝串联，是为了控制_______和通电时间相同。闭合开关，移动滑动变阻器的滑片在某一位置，一段时间后观察到B瓶中温度计的示数大于A瓶中温度计的示数，可得出结论：在其他条件一定时，_______越大，电流通过导体产生的热量越多； （3）写出一个该实验中用到的实验方法：_______。 【答案】（1）温度计示数的变化 快 （2）电流 电阻 （3）转换法/控制变量法 【详解】（1）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，而煤油吸收热量会升温，温度计示数的变化能反映煤油吸收热量的多少，从而推断电流产生热量的多少，这是转换法的应用。 根据，可知在质量相同、吸收热量相同，即电流产生热量相同时，比热容越小，温度变化量越大。因为煤油比热容比水小，所以相同条件下煤油升温快，能在较短时间内达到明显实验效果。 （2）由图分析可知，铜丝和镍铬合金丝串联在电路中，经过二者的电流相等，所以是为了控制通过它们的电流和通电时间相同。 闭合开关，移动滑动变阻器的滑片在某一位置，一段时间后观察到B瓶中温度计的示数大于A瓶中温度计的示数，说明镍铬合金丝产生的热量更多。由于B瓶中的镍铬合金丝电阻大于A瓶中的铜丝电阻，且通过它们的电流和通电时间相同，因此可以得出结论：在其他条件一定时，电阻越大，电流通过导体产生的热量越多。 （3）实验中，使用了转换法，将电流产生热量的多少转换为温度计示数上升的多少，便于观察。还使用了控制变量法，探究电流产生的热量与其中一个因素的关系时，控制了其它条件不变。 【知识点2 焦耳定律】 1. 焦耳定律 （1）内容： 电流通过导体时产生的热量，与电流的二次方成正比，与导体电阻成正比，与通电时间成正比。 （2）公式： Q = I2Rt  公式中各物理量及其单位： I表示电流，单位是安培（A）；R表示电阻，单位是欧姆（Ω）；t表示时间，单位是秒（s）； Q表示热量，单位是焦耳（J） 1焦耳=1安2×1欧×1秒 2. 推导焦耳定律   若电流做的功全部用来产生热量，即Q = W  因为电功 W = UIt，根据欧姆定律U = IR可得： Q = W = UIt = I2Rt 可见，在消耗的电能全部产生热量时，根据电功公式和欧姆定律推导出的结论与焦耳定律一致。 3. 电功与电热 （1）电功与电热的区别：电功是指电流通过一段电路所做的功，它的大小表示电路消耗电能的多少，或表示有多少电能转化为其他形式的能。电热是指电流通过一段电路做功时，电能转化为内能的那一部分。两者表示的意义不同，是两个不同的概念。 （2）电功与电热的联系 ①纯电阻电路（如电炉、电热水器、电熨斗等电路）：该类电路中，电流通过用电器时，可以认为电能全部转化为内能，电流产生的热量等于电流做的功，即Q=W Q= W总=Pt=UIt= U2t/R=I2Rt 上述公式都可以适用于纯电阻电路。 ②非纯电阻电路：在该类电路中，当电流通过用电器时，电能主要转化为其它形式的能量，只有一部分转化为内能，电流产生的热量小于电流做的功（消耗的电能），即Q＜W。 例如：电风扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，只有少部分转化为内能（发热）。 W总＝UIt =W机械能＋Q热量，电热小于电功（选填“大于”、“小于”或“等于”）。 【例2】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 【详解】B．AB段和CD段材料、长度相同，AB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AB段的电阻比CD段的电阻大，故B错误； C．AB段和CD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AB段的电流和CD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，AB段的电阻更大，因此AB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。 【变式2-1】将标有“220V 40W”的电风扇、“110V  40W”电视机、“36V 40W”电热杯各一个，三个用电器均在各自额定电压下正常工作。在相同的时间内，电流流过它们产生热量最多的是______（选填“一样多”“电风扇”“电视机”或“电热杯”）。 【答案】电热杯 【详解】由可知，三个用电器额定功率相同，正常工作相同时间消耗的电能相等。因电风扇工作时电能大部分转化为机械能，仅少量转化为内能；电视机工作时电能大部分转化为光能、声能，仅少量转化为内能；电热杯工作时电能全部转化为内能，故相同时间内电流通过电热杯产生的热量最多。 【变式2-2】某同学家中的电热水壶标有“220V  880W”。求： (1)电热水壶的额定电流； (2)电热水壶正常工作5min产生的热量是多少？ 【答案】(1)4A (2) 【详解】（1）电热水壶的额定电流 （2）电热水壶正常工作，功率为额定功率，工作时间t=5min=300s 电热水壶为纯电阻用电器，产生的热量等于消耗的电能 【知识点3 电热的利用和防止】 1. 电热的利用——电加热器 （1）电加热器的工作原理：利用了电流的热效应。 （2）电加热器的主要结构：电加热器的核心结构可分为‌发热元件、温控系统、支撑与绝缘保护结构‌三大核心部分，不同类型的工业/民用产品会在此基础上拓展适配部件。 核心发热元件采用‌镍铬合金或铁铬铝电阻丝‌，这类材料电阻率大、熔点高，通电后产生大量的内能。 （3）生活中常见的一些电加热器：电热水器、烤面包机、电烤箱等。 （4）电加热器的优点：清洁卫生，没有环境污染；效率高；可以方便地控制和调节温度。 2. 电热的危害与防止 （1）电热的危害：大功率用电器持续发热可能影响其性能，甚至缩短使用寿命，因此提高用电器散热性能非常重要。电路发生短路故障时，电流会急剧增大，短时间内产生大量的热量，造成用电器损坏，甚至引发火灾。 （2）防止电热危害的方法：给用电器安装散热风扇；安装散热片；安装散热窗等。还需要实时检查电路和电气设备，避免发生事故。 【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 【详解】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】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 【详解】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3-2】电流的热效应在科研、生产、生活中被广泛应用，但有时它也会给我们带来危害。下列情况中不属于防止电热危害的是（     ） A．电脑机箱内有小风扇 B．电视机的后盖有散热窗 C．电动机外壳有许多散热片 D．高空飞行员所穿衣服里有电热保温装置 【答案】D 【详解】ABC．电脑、电视机、电动机工作时会产生多余电热，加装小风扇、散热窗、散热片均是为了散失多余电热，避免电热损坏设备，属于防止电热危害，故ABC不符合题意； D．电热保温装置利用电流的热效应产生热量实现保暖，是对电热的利用，不属于防止电热危害，故D符合题意。 故选D。 1．如图所示，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．电熨斗 C．电风扇 D．洗衣机 【答案】B 【详解】A．电视机工作时，主要将电能转化为声能、光能等，故A不符合题意； B．电熨斗工作时，主要将电能转化为内能，故B符合题意； CD．电风扇和洗衣机主要是依靠电动机工作，将电能主要转化为机械能，故CD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 【详解】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．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 【详解】①③根据，相同、通电时间相同，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。 4．如图是“探究影响电流热效应的因素”实验装置，将R1、R2两电阻丝密封在两只完全相同的玻璃瓶内，且，瓶内装入初温、质量相同的煤油。下列说法错误的是（     ） A．R1与R2串联目的是为了控制电阻丝中电流相同 B．闭合开关后，R1所在瓶温度计示数变化更快 C．滑动变阻器的滑片向左移，两瓶中煤油温度上升将变慢 D．该装置可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电流的关系 【答案】C 【详解】A．串联电路电流处处相等，R1与R2串联的目的就是控制通过两电阻的电流、通电时间相同，故A正确； B．根据焦耳定律，电流和通电时间相同时，电阻越大，电流产生热量越多；已知，因此R1产热更多，所在瓶温度计示数变化更快，故B正确； C．滑动变阻器滑片向左移动时，接入电路的电阻变小，电路总电阻变小，电源电压不变，电路电流变大，相同时间内电阻产生热量更多，两瓶煤油温度上升会变快，不是变慢，故C错误； D．探究电流热效应与电流的关系时，需要控制电阻不变、改变电流；该装置可以通过移动滑动变阻器滑片改变电流，观察同一个烧瓶内煤油的温度变化，就能完成探究，故D正确。 故选C。 5. 国家标准《家用和类似用途电器的安全》中规定，电水壶电源线一般不应长于75cm。这是通过减小导体的_______来减小电阻，从而_______（选填“增加”或“减小”）电源线通电时产生的热量。 【答案】 长度 减小 【详解】导体的电阻与导体的材料、长度、横截面积有关，材料、横截面积不变时，导体的长度越长，电阻越大；电水壶电源线一般不应长于75cm，这是通过减小导体的长度来减小电阻；由可知，电流、通电时间相同时，电阻越小，电流产生的热量越小；电热水壶通过减小电源线的长度，从而减小电源线产生的热量。 6．将规格都是“220V 100W”的一台电视机和一个电热毯，分别接入220V的家庭电路中，通电时间相同。电流通过这两个用电器所做的功、的大小关系是__________；这两个用电器产生的热量、的大小关系是_________。（均选填“”“”或“”） 【答案】 = < 【详解】两个用电器额定电压、额定功率均相同，接入220V家庭电路中都正常工作，实际功率等于额定功率，通电时间相同，由可知。因电热毯为纯电阻用电器，消耗的电能全部转化为内能，即；电视机工作时消耗的电能大部分转化为光能、声能，仅少部分转化为内能，即，故。 7．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“细”）。 【答案】 电功率 粗 【详解】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。 8．夏天，人们常用电热驱蚊器驱蚊（如图），它是利用电流的______效应来工作的。驱蚊器的发热元件是一个阻值为10000Ω的电阻，工作电流为20mA，则发热元件通电50s产生的热量为_____J。 【答案】 热 200 【详解】电热驱蚊器依靠电流通过导体时产生热量的特性工作，属于电流的热效应；工作电流，由焦耳定律可知，发热元件产生的热量为 9．从产品说明书得知，一台“6V 3W”的迷你型小风扇，电动机线圈阻值为0.1Ω。则小风扇正常工作1min消耗的电能为_____J，电动机线圈1min产生的热量为_______J，输出的机械能是_____J。 【答案】 180 1.5 178.5 【详解】小风扇正常工作1min消耗的电能为 小风扇正常工作的电流为 电动机线圈产生的热量为 电动机消耗的电能转化为内能和机械能，所以输出的机械能为 10．下图是某同学探究焦耳定律的部分实验装置，实验中通过观察_______判断导体产生热量的多少。已知、，若要探究电流产生热量的多少与电阻大小的关系，则应将R甲、R乙_______联在电路中；一段时间后，电流通过R甲产生的热量与电流通过R乙产生的热量之比为_______。 【答案】 温度计示数的变化 串 1:2 【详解】[1]实验中利用转换法，通过观察温度计示数的变化来反映产生热量的多少。 [2]根据焦耳定律，要探究电流产生的热量与电阻的关系，应控制电流和通电时间相同，应将R甲、R乙串联在电路中。 [3] 电流通过R甲产生的热量与电流通过R乙产生的热量之比 11. 小王为自己设计了一款有“加热”和“保温”两挡的暖手袋，内部电路简化如图所示，电源电压U=6V，电热丝R1与R2的阻值恒定，，。求： （1）只闭合开关S1时，通过电路的电流； （2）“加热”挡通电1min产生的热量。 【答案】(1)0.24A (2)432J 【详解】（1）只闭合开关S1时，R1与R2串联，此时 通过电路电流 （2）当S1，S2都闭合时，只有R2连入电路，根据电功率公式，此时电路功率最大，为“加热”挡，此时 时间，“加热”挡通电1min产生的热量 12. 如图所示电路中，电源电压不变，电阻R2的阻值为10Ω，当只闭合开关S后，电流表的示数为0.3A。    （1）求电源两端的电压； （2）若S和S1都闭合，电流表示数为0.4A，求电阻R1的电功率； （3）若S和S1都闭合，求整个电路在1min内产生的热量。 （4）当S和S1都闭合时，求电阻R1在2min内产生的热量。 【答案】(1)3V (2)0.3W (3)72J (4)36J 【详解】（1）由图可知，当只闭合开关S时，电路为R2的简单电路，电流表测电路中的电流，电源电压为 （2）开关S、S1均闭合时，R1和R2并联，电流表测干路的电流，由并联电路的特点可知，此时通过R2的电流不变，由并联电路电流特点可知，通过R1的电流为 由并联电路电压特点可知， 电阻R1的电功率 （3）开关S、S1均闭合时，整个电路在1min内产生的热量 （4）开关S、S1均闭合时，电阻R1在2min内产生的热量 13．如图1所示是一款可以通过USB接口连到电脑上的电热杯垫。杯垫内部简化电路如图2所示，R1、R2为加热元件，开关S1、S2同时闭合时，处于加热状态，整个电路中的电流是1A；只闭合开关S1时处于保温状态，整个电路中的电流是0.5A。已知R1的电阻为10Ω，USB接口的输出电压为5V。[c水=4.2×103J/（kg·℃）]求: （1）保温30min产生的热量是多少焦耳? （2）加热功率是多少? （3）加热状态时，若产生的热量全部被水吸收，将500g的水从25℃加热至45℃需要多少分钟? 【答案】（1）4500J （2）5W （3）140min 【详解】（1）根据题意，保温状态时，只闭合开关S1，已知电源电压 ，保温状态下的电流，时间 此电路为纯电阻电路，消耗的电能全部转化为电热，则保温30min产生的热量为 （2）根据题意，加热状态时，开关S1、S2同时闭合，已知加热状态下的电流，则加热功率为 （3）已知水的质量 水吸收的热量为 因为产生的热量全部被水吸收，所以电热杯垫在加热状态下产生的热量 由可得，加热所需时间为 14. 电热膜是一种新型的电热器件，如图甲所示是一种常见的电热膜。电热膜是在绝缘薄膜表面经过特殊工艺加工形成的一条条很薄的导电墨线，导电墨线两端与金属导线相连，形成网状结构，其内部结构如图乙所示。 （1）如图乙所示的是电热膜电路，导电墨线的连接方式是______联； （2）电热膜取暖器能使室内空气温度升高，这是利用了电流的______来工作的； （3）如果某根导电墨线的局部导电材料脱落，如图丙所示，想知道这根导电墨线的电阻是否发生了变化，他们找来一根与图丙中导电墨线规格和长度相同的但完好的导电墨线，接入丁图的之间，发现灯泡的亮度变化，说明导体的电阻与________有关。 【答案】（1）并 （2）热效应 （3）导体的横截面积 【详解】（1）图乙中每根导电墨线的两端都分别接在两条平行的金属导线上，各墨线工作时互不影响，符合并联电路的连接特点，因此是并联。 （2）电流通过导体时会将电能转化为内能，使导体发热的性质叫做电流的热效应，电热膜取暖器就是利用电流的热效应将电能转化为内能，提升室内温度。 （3）局部导电材料脱落的导电墨线，和完好的同规格、同长度的墨线相比，材料、长度都完全相同，只有导体的横截面积变小了；接入电路后灯泡亮度变化说明电路中电流改变，墨线的电阻改变，因此该实验说明导体的电阻与横截面积有关。 15．用以下装置进行实验： （1）图甲中，若要探究“电阻丝产生的热量与电流大小的关系”，还需要的测量器材是________，实验中通过观察___________来比较产生的热量； （2）若要探究“电阻丝产生的热量与电阻大小的关系”，应选用图乙中的烧瓶________，并将其电阻与图甲中R串联； （3）若要探究“不同物质吸热升温的现象”，应选择图乙中的烧瓶__________，并将其电阻与图甲中R___________（选填“串联”、“并联”或“串并联都可以”）； （4）将图乙中三个烧瓶内的电阻并联起来，通电一段时间后，瓶中液体都没有沸腾，烧瓶_____中的液体升温最慢。 【答案】（1）秒表 温度计升高的示数 （2）C （3）A 串并联都可以 （4）B 【详解】（1）由实验可知，要准确完成本实验除了图中的实验器材，还需的器材有测量通电时间的工具秒表。 电阻丝产生热量的多少不易观察，通过加热液体，液体升高的温度来呈现，所以电阻丝产生的热量多少是通过观察温度计升高的示数来反映。 （2）若要探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，需要控制电流和通电时间相同，吸热材料相同，电阻不同，应选择图乙中烧瓶C与图甲中的烧瓶串联在电路中。 （3）探究不同物质吸热升温的现象时，需要控制加热的产热条件完全相同，即相同时间内提供的热量相等，仅改变液体的种类，且液体质量相等。图甲烧瓶内是煤油、电阻为，因此需要选择乙图中装有等质量水、电阻阻值相同的烧瓶，即烧瓶A。 要让两个电阻在相同时间内产生的热量相等，根据焦耳定律，串联时电流、时间、电阻均相同，产热相等；根据，并联时电压、时间、电阻均相同，产热也相等，因此连接方式为串联并联都可以。 （4）将图乙中三个烧瓶内的电阻并联起来，通电一段时间后，由可知，A 中电阻较小，通过的电流较大，A中产生的热量最多，液体吸热最多，B、C中电阻丝产生的热量相同，由于A、B中都为水，因此产生热量多的温度计升高的示数就大，故；由可知，吸收的热量和质量都相同时，比热容越小，温度变化越快，因此煤油中温度计的示数大，故；由以上分析可得，烧瓶B中的液体升温最慢。 16. 如图所示，甲、乙、丙三个完全相同的烧瓶中分别装有质量相等、初温相同的液体，烧瓶中电阻丝的阻值大小关系为，烧瓶内插入相同的温度计，则 （1）___________两组实验可探究电阻丝产生热量的多少与电阻大小的关系。实验中产生热量的多少是用___________来表示的。 （2）___________两组实验可探究不同物质的吸热升温现象。 （3）通电相同时间，水和煤油都没有沸腾，温度计示数的从低到高的排列顺序是________。 【答案】（1）甲、乙 温度计示数的变化量 （2）乙、丙 （3）甲、乙、丙 【详解】（1）甲、乙都装水（液体种类相同），电阻不同，且串联时电流、通电时间相同，因此选甲、乙两组。 实验利用转换法，通过温度计示数的变化量反映电阻产生热量的多少。 （2）探究不同物质的吸热升温现象时，需要控制相同时间内液体吸收的热量相同，只改变液体种类。乙、丙电阻相等，串联时电流、通电时间相同，相同时间产生热量相等，液体种类不同（乙是水、丙是煤油），因此选乙、丙两组。 （3）甲、乙都是水，比热容和质量相同，热量越小，升高温度越小，因此甲的示数低于乙；乙、丙吸收热量、质量都相同，水的比热容大于煤油，根据，比热容越大，升高温度越小，因此乙的示数低于丙。 最终温度计示数从低到高为：甲<乙<丙。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $