2.3.4 电路中的电能——常用电热器（举一反三·讲义）科学新教材浙教版九年级上册

本讲义聚焦电路中的电能核心知识点，系统梳理电流的热效应（定义、实质、应用）及焦耳定律（内容、公式、推导），通过探究实验（控制变量法、转换法）建立现象与规律的联系，形成从认识现象到掌握规律再到应用的学习支架。 该资料亮点在于实验设计渗透科学思维，如探究电热与电阻关系用串联电阻对比，用煤油液面变化转换热量多少，例题结合电热桌垫等生活实例体现科学观念应用，课后分层作业助力学生巩固提升，课中辅助教学，课后帮助查漏补缺。

2.3.4 电路中的电能——常用电热器 【新教材浙教版】 【知识框架+知识精讲（2个知识归纳）+课后作业（5基础7强化题）】 模块二 知识精讲 知识归纳 【知识点1 电流的热效应】 1.电流的热效应 (1)定义：电流通过各种导体时，会将电能转化为内能，使导体的温度升高，这种现象叫作电流的热效应。 (2)实质：电流通过导体发热的过程实质上是电能转化为内能的过程。 (3)应用：各种各样的电热器都是利用电流的热效应工作的，如电熨斗、电热毯、电热水壶、电饭煲等。电热器的主要组成部分是发热体，发热体一般是由电阻大、熔点高的金属导体制成的。 2.探索活动：研究电热跟哪些因素有关 ［提出问题］电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关呢？ ［猜想与假设］结合生活经验，可能与导体的电阻有关，也可能与电流的大小有关，还可能与通电时间有关。 ［设计实验］如图所示(注意控制变量法的运用)。 控制t、I相同，研究热效应与电阻的关系。 控制t、R相同，研究热效应与电流的关系。 控制I、R相同，研究热效应与时间的关系。 ［进行实验］ ①将两根电阻丝串联，通电加热一段时间后，观察两玻璃管中煤油上升的高度[转换法]，并作出标记。 ②当两玻璃管中的液面降到原来的高度后，减小滑动变阻器接入电路的阻值使电流增大，在与①相同的时间内，观察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。 ③保持②电流大小不变，延长通电加热时间，观察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。 ④比较玻璃管中煤油上升高度的变化，得出结论。 ［结论］ ①当通电时间、电流相等时，电阻越大，电流产生的热越多。 ②当通电时间、电阻相等时，电流越大，电流产生的热越多。 ③当电流、电阻相等时，通电时间越长，电流产生的热越多。 【注意】实验选用煤油或空气而不是选择水，相比于水，煤油是绝缘体，且煤油和空气的比热容小，可以使实验现象更明显。 【素养提升】转换法：电阻丝产生的热看不见，可对电阻丝产生的热量使玻璃管内煤油上升的高度进行比较，这是采用了转换法。 控制变量法：电流产生的热量与电阻、电流和通电时间均有关系，在研究热量与其中一个因素的关系时，要控制另外两个因素不变，这是采用了控制变量法。 【例1】如图所示是探究“影响电流热效应因素”的实验装置，将R1、R2两电阻丝密封在两只完全相同的烧瓶内，且R1＞R2，瓶内装入等质量的煤油，下列说法错误的是（ ） A.烧瓶内选用比热容较小的液体，可以使实验现象更明显 B.实验中通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少 C.该装置可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻大小的关系 D.若要比较水和煤油的比热容大小，只需将一个烧瓶内的煤油换成等质量的水 【变式1-1】小明在进行“探究影响电流热效应的因素”实验时，将图甲所示的装置按照图乙接入电路。 （1）小明保持通电时间一定，调节滑动变阻器，是在探究电流通过导体产生的热量与________的关系； （2）实验中，可以通过观察________________来比较电流通过导体产生热量的多少； （3）小明要探究电热与另一因素的关系，找来了与R阻值________（选填“相同”或“不同”）的电阻R'，分别安装在如甲所示的两个相同装置中，然后将它们________（选填“串联”或“并联”）接入电路。最终得到该步骤的实验结论为：________________________。 【变式1-2】在探究“电流通过导体产生热的多少与什么因素有关”时采用了如图所示的实验装置。 （1）如图甲所示，两个透明容器中密封着等量的空气，通过观察两个U形管中____________的变化反映密闭空气温度的变化； （2）甲图所示的装置是用来研究电流通过导体产生的热量与____________的关系； （3）若想利用乙图继续完成接下来的实验探究，则电阻B的阻值为______Ω。 【知识点2 焦耳定律】 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。 【点拨】焦耳定律是由英国科学家焦耳最先发现的。 (2)公式：。 (3)焦耳定律公式推导 电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，则电流产生的热量就等于导体消耗的电能，即：。 根据欧姆定律变形式可得。 (4)对焦耳定律的计算公式的理解要注意以下几点： ①讲到影响电流通过导体产生热量的因素时要控制好变量，要同时考虑到通过导体的电流、导体的电阻和通电时间。例如不能说导体通电时间越长，产生的热量就越多。 ②不能说导体产生的热量跟电流成正比，只能说跟电流的二次方成正比。 ③公式中的各个物理量都是对同一导体或电路而言的，计算时不能张冠李戴。 ④电热和电功的单位是相同的，都是焦(J)。 (5)电热()和电功()的区别： 项目 电热 电功 区别 电流通过导体产生的热量，电能转化为内能 电流所做的功，可以转化成其他形式的能，如内能、机械能、化学能 联系 电功全部转化成电热：（适用于纯电阻电路）； 电功全部或部分转化成电热：（适用于任何电路） 【注意】因电动机消耗的电能，含电动机的电路属于非纯电阻电路，若要计算电动机消耗的功率用，产生的热量用。线圈电阻用或。 【例2】（2025·金华婺城区期末）如图甲是近年来人们常使用的电热桌垫。小科同学查看说明书后发现：该电热桌垫由12V电源供电，发热部分由两根电热丝组成，设计低温、高温两挡，内部简化电路图如图乙所示，旋钮开关S可置于“1和2”“2和3”或“3和4”接线柱，已知的阻值为24Ω，的阻值为6Ω。该桌垫可通过调温开关控制不同的电功率(不考虑温度的变化对电阻的影响)。请回答： (1)当开关S置于________（填“2和3”或“3和4”）接线柱时，电热桌垫处于高温挡。 (2)该电热桌垫处于高温挡时的功率是多少瓦？ (3)当电热桌垫处于低温挡时，在10min内产生的热量是多少焦？ 【变式2-1】在如图所示的电路中，电源电压不变，电阻R1的阻值为30Ω。闭合开关S，两电流表的示数分别为0.5A和0.2A，则通电10s，R2产生的热量为________J，电路产生的总热量为________J。 【变式2-2】图甲是同学们自制的调光小台灯，图乙是台灯的电路原理图。电源电压为3V，R是调节亮度的变阻器，最大阻值为10Ω。灯L标有“2.5V；0.5W”字样。忽略温度对电阻的影响。求： （1）灯L正常发光时的电阻； （2）灯L正常发光时，变阻器R工作10min产生的热量； （3）电源电压降为2.7V后，灯L的最小实际电功率。 【变式2-3】（丽水中考）智能家居带给我们健康、舒适的生活，如智能马桶(图甲)。某品牌智能马桶座圈的简易加热电路如图乙所示，电阻和是阻值恒定的电热丝，单刀双掷开关可接或，再通过开关的通断，实现“高、中、低”三种温挡的调节，其中低温挡的功率为20W，电阻为1210Ω。 (1)座圈加热时，把电能转化为____能。 (2)当开关闭合、接时，该座圈的电路相当于下列选项中的____。 (3)的电能可供该座圈低温挡工作多少小时？ (4)该座圈处于中温挡工作时的电功率为多少？ 模块三 课后作业 基础巩固 1.将标有“6V6W”的甲灯泡和“6V3W”的乙灯泡串联后，接在电压为12V的电源上。不考虑温度对灯丝电阻的影响，能正常发光的是（ ） A.只有甲灯 B.只有乙灯 C.甲灯和乙灯 D.两灯均不正常发光 2.如图所示的电路中，电阻。闭合开关S通电一段时间后，电阻、两端的电压分别为、，通过两个电阻的电流分别为、，电阻、消耗的电能分别为、，电阻、的电功率分别为、。下列判断中正确的是（ ） A. B. C. D. 3.(2025·杭州西湖区月考)有两根电热丝和，且，若单独用烧开一壶水，所用时间为。若将这两根电热丝分别串联和并联在同一电源中烧开同一壶水，则所需的时间分别为(不计热损失)（ ） A.、 B.、 C.、 D.、 4.如图所示，在四个相同的水槽中盛有质量和温度都相同的水，现将电阻丝、分别按如图所示的四种方法连接放入水槽，并接入相同的电路。通电相同时间后，水槽中水温最高的是（ ） 5.(2025·绍兴上虞区二模)糖画是我国的一种传统民间手工艺，它亦糖亦画，可观可食，深受小朋友的喜爱。图1是某款3D糖画打印笔进行绘画的场景，将糖装入打印笔，通电后笔内电热丝发热，糖受热后挤出，在空气中迅速冷却，最后凝固成型。图2是打印笔的内部简化电路，电源电压为220V，和为发热电阻丝(电阻丝电阻随温度变化忽略不计)。图3是某次打印糖画时，打印笔的电功率与时间的关系图像。 (1)若要快速打印(高功率)，需要闭合开关_________。 (2)求的阻值。 (3)计算该次打印糖画消耗的电能。 强化提升 6.如图所示是某一定值电阻的图像。当该电阻两端的电压增大时，其电功率增大。则图中的阴影面积大小能正确表示大小的是（ ） 7.如图1所示，电源工作时输出的总功率恒定不变，。在移动滑动变阻器的滑片时，电流表A的示数与电流表的示数之间变化关系如图2所示。根据图中信息判断，下列说法中正确的是（ ） A.当滑片向右移动时，电流表A的示数逐渐增大 B.当滑片向左移动时，电源的输出电压逐渐增大 C.电源工作时每秒钟消耗的电能始终为5J D.当电流表的示数为0.5A时， 8.图1为市面上的某款电热毛巾架，额定电压为220V，简化的工作电路如图2所示，该毛巾架通过智能系统实现加热、保温挡自动切换，图3为该毛巾架在正常工作30分钟内功率的变化情况。 (1)加热状态下，毛巾架正常工作时的电流为多大？ (2)分析计算图2电路中定值电阻、的阻值各为多少。 (3)毛巾架正常工作30分钟总共消耗多少电能？ 9.在“探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”时，某同学设计了两种实验装置，分别如图1和图2所示，图1中在两个完全相同的玻璃瓶甲、乙内插入温度计a、b，图2中在左、右两个U形管中装入有色液体，丙、丁两个塑料盒密闭。 (1)为了让实验效果更显著，应在图1的甲、乙两个玻璃瓶中加入质量、初温相同的_________(填“煤油”或“水”)。 (2)图1实验中，通过观察________________________________来比较电流通过电阻产生热量的多少。 (3)图2实验中，一段时间后，观察到左侧U形管液面高度差比右侧大，则可以得出的结论是_____________________________________________。 (4)焦耳定律可以用公式表示，通过本实验的探究_________(填“能”或“不能”)直接得出焦耳定律的公式。 (3)考虑电阻散热，不同电阻使测温贴升高相同温度时，实际消耗的电能是不同的。因此在烧开水时，从节约用电角度考虑应选择下列哪种电热水壶？______ (填“A”或“B”)。 A.“220V 1000W” B.“220V 1500W” (4)从安全角度考虑，家庭电路中大功率用电器使用更粗导线的原因是_______________ ________________________。 10.(2025·衢州一模)小科在验证“电阻丝产生的热量与电阻、电流及通电时间的关系”时，采用了一种“变色测温贴”(产品介绍如图1所示)，常温下将测温贴贴在电阻上，并连接如图2所示的实验电路，闭合开关，记录测温贴变色所用的时间。断开开关，待测温贴？，调节滑动变阻器，闭合开关，继续测量测温贴变色所用时间，所得结果如表所示。 变色区特性： ：黑色 ：红色 (1)题干中“?”处应填_________。 (2)根据表中数据可知，从实验1到实验3滑动变阻器滑片是向________移动的。 实验序号 变色所用的时间/s 1 9 18 2 12 24 3 21 42 (3)考虑电阻散热，不同电阻使测温贴升高相同温度时，实际消耗的电能是不同的。因此在烧开水时，从节约用电角度考虑应选择下列哪种电热水壶？________ (填“A”或“B”)。 A.“220V 1000W” B.“220V 1500W” (4)从安全角度考虑，家庭电路中大功率用电器使用更粗导线的原因是________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________。 11.劳动实践小组为温室育苗基地制作了一个保温箱，其电路如图1所示。 (1)电热丝的阻值为，则电路中的电流是多少？ (2)已知保温箱内空气的质量为11kg，图1所示电路工作300s产生的热量，可使保温箱内空气的温度升高多少？[不计热损失，空气的比热容为] (3)现增加一个阻值为的电热丝，根据实际需求，利用电热丝与为保温箱设计两个挡位，高温挡的电功率为1100W，低温挡的电功率为220W。请根据需求，在图2的虚线框内将电路连接完整。 12.（2025·绍兴上虞区期末）如图甲是小虞家里新安装的电热毛巾架，其工作原理如图乙所示，是阻值可调的电热丝，是阻值为200Ω的电热丝，不考虑温度对电阻的影响。请分析回答： (1)当开关闭合，接滑片处于最右端时，电路处于________（填“保温”或“加热”）状态，若要改变毛巾架的发热功率，可以通过改变滑片的位置来实现。 (2)当开关闭合，接时，此时毛巾架的发热功率为多少瓦？ (3)关闭家里的其他用电器，当电热毛巾架的实际功率为100W时，电能表(如图丙)内的转盘1min转过多少转？ 第 1 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 $ 2.3.4 电路中的电能——常用电热器 【新教材浙教版】 【知识框架+知识精讲（2个知识归纳）+课后作业（5基础7强化题）】 模块二 知识精讲 知识归纳 【知识点1 电流的热效应】 1.电流的热效应 (1)定义：电流通过各种导体时，会将电能转化为内能，使导体的温度升高，这种现象叫作电流的热效应。 (2)实质：电流通过导体发热的过程实质上是电能转化为内能的过程。 (3)应用：各种各样的电热器都是利用电流的热效应工作的，如电熨斗、电热毯、电热水壶、电饭煲等。电热器的主要组成部分是发热体，发热体一般是由电阻大、熔点高的金属导体制成的。 2.探索活动：研究电热跟哪些因素有关 ［提出问题］电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关呢？ ［猜想与假设］结合生活经验，可能与导体的电阻有关，也可能与电流的大小有关，还可能与通电时间有关。 ［设计实验］如图所示(注意控制变量法的运用)。 控制t、I相同，研究热效应与电阻的关系。 控制t、R相同，研究热效应与电流的关系。 控制I、R相同，研究热效应与时间的关系。 ［进行实验］ ①将两根电阻丝串联，通电加热一段时间后，观察两玻璃管中煤油上升的高度[转换法]，并作出标记。 ②当两玻璃管中的液面降到原来的高度后，减小滑动变阻器接入电路的阻值使电流增大，在与①相同的时间内，观察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。 ③保持②电流大小不变，延长通电加热时间，观察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。 ④比较玻璃管中煤油上升高度的变化，得出结论。 ［结论］ ①当通电时间、电流相等时，电阻越大，电流产生的热越多。 ②当通电时间、电阻相等时，电流越大，电流产生的热越多。 ③当电流、电阻相等时，通电时间越长，电流产生的热越多。 【注意】实验选用煤油或空气而不是选择水，相比于水，煤油是绝缘体，且煤油和空气的比热容小，可以使实验现象更明显。 【素养提升】转换法：电阻丝产生的热看不见，可对电阻丝产生的热量使玻璃管内煤油上升的高度进行比较，这是采用了转换法。 控制变量法：电流产生的热量与电阻、电流和通电时间均有关系，在研究热量与其中一个因素的关系时，要控制另外两个因素不变，这是采用了控制变量法。 【例1】如图所示是探究“影响电流热效应因素”的实验装置，将R1、R2两电阻丝密封在两只完全相同的烧瓶内，且R1＞R2，瓶内装入等质量的煤油，下列说法错误的是（ ） A.烧瓶内选用比热容较小的液体，可以使实验现象更明显 B.实验中通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少 C.该装置可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻大小的关系 D.若要比较水和煤油的比热容大小，只需将一个烧瓶内的煤油换成等质量的水 【答案】D 【解析】根据Q=cmΔt可知，质量相同的不同物质，当吸收相同的热量时，比热容越小，液体升高的温度越大，实验现象越明显，A正确；在实验过程中，温度计的示数变化越大，说明液体吸收的热量越多，即电阻丝产生的热量越多，B正确；探究电流产生的热量与电阻的关系时，必须控制通过它们的电流和通电时间相等，而改变电阻的大小，在实验中，两个电阻串联，则电流和通电时间相等，且二者阻值不等，C正确；要比较水和煤油比热容的大小时，必须控制二者的质量相等，还要控制吸收的热量相等，即将两个电阻的阻值调整为相同，D错误。 【变式1-1】小明在进行“探究影响电流热效应的因素”实验时，将图甲所示的装置按照图乙接入电路。 （1）小明保持通电时间一定，调节滑动变阻器，是在探究电流通过导体产生的热量与________的关系； （2）实验中，可以通过观察________________来比较电流通过导体产生热量的多少； （3）小明要探究电热与另一因素的关系，找来了与R阻值________（选填“相同”或“不同”）的电阻R'，分别安装在如甲所示的两个相同装置中，然后将它们________（选填“串联”或“并联”）接入电路。最终得到该步骤的实验结论为：________________________。 【答案】（1）电流 （2） 温度计示数的变化 （3） 不同 （4） 串联 电流和通电时间相同时，电阻越大产生的热量越多 【解析】（1）由图可知，滑动变阻器与定值电阻串联，移动变阻器的滑片可以使电路中的电流发生变化，可以探究电流通过导体产生的热量与电流的关系。 （2）电阻丝产生热量，液体温度升高，可通过观察温度计的示数来判断产生热量的多少。 （3）影响电流产生热量多少的因素有电阻大小、电流大小、通电时间的多少，探究导体产生的热量与电阻大小的关系时，需要控制电流相同，导体的电阻不同，故需要在电路中串联一个与R阻值不同的电阻R＇，这样便于控制时间和电流，所以该步骤的实验结论为：在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。 【变式1-2】在探究“电流通过导体产生热的多少与什么因素有关”时采用了如图所示的实验装置。 （1）如图甲所示，两个透明容器中密封着等量的空气，通过观察两个U形管中____________的变化反映密闭空气温度的变化； （2）甲图所示的装置是用来研究电流通过导体产生的热量与____________的关系； （3）若想利用乙图继续完成接下来的实验探究，则电阻B的阻值为______Ω。 【答案】（1）高度差；（2）电阻；（3）5 【解析】（1）本实验将不易观察的现象转换成易观察的现象，通过U形管液面高度差显示电流产生热量的多少，使用了转换法。 （2）甲图所示的装置中两个电阻串联，故通过两电阻的电流相同，两电阻阻值不同， 控制通电时间相同，可以用来研究电流通过导体产生的热量与电阻的关系。 （3）乙图中右侧两电阻并联后再与左侧电阻串联，根据并联和串联电路电流的规律，为研究电流产生的热量与电流的关系，应控制电阻和通电时间相同，因此电阻B的阻值为5Ω。 【知识点2 焦耳定律】 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。 【点拨】焦耳定律是由英国科学家焦耳最先发现的。 (2)公式：。 (3)焦耳定律公式推导 电流通过导体时，如果电能全部转化为内能，则电流产生的热量就等于导体消耗的电能，即：。 根据欧姆定律变形式可得。 (4)对焦耳定律的计算公式的理解要注意以下几点： ①讲到影响电流通过导体产生热量的因素时要控制好变量，要同时考虑到通过导体的电流、导体的电阻和通电时间。例如不能说导体通电时间越长，产生的热量就越多。 ②不能说导体产生的热量跟电流成正比，只能说跟电流的二次方成正比。 ③公式中的各个物理量都是对同一导体或电路而言的，计算时不能张冠李戴。 ④电热和电功的单位是相同的，都是焦(J)。 (5)电热()和电功()的区别： 项目 电热 电功 区别 电流通过导体产生的热量，电能转化为内能 电流所做的功，可以转化成其他形式的能，如内能、机械能、化学能 联系 电功全部转化成电热：（适用于纯电阻电路）； 电功全部或部分转化成电热：（适用于任何电路） 【注意】因电动机消耗的电能，含电动机的电路属于非纯电阻电路，若要计算电动机消耗的功率用，产生的热量用。线圈电阻用或。 【例2】（2025·金华婺城区期末）如图甲是近年来人们常使用的电热桌垫。小科同学查看说明书后发现：该电热桌垫由12V电源供电，发热部分由两根电热丝组成，设计低温、高温两挡，内部简化电路图如图乙所示，旋钮开关S可置于“1和2”“2和3”或“3和4”接线柱，已知的阻值为24Ω，的阻值为6Ω。该桌垫可通过调温开关控制不同的电功率(不考虑温度的变化对电阻的影响)。请回答： (1)当开关S置于________（填“2和3”或“3和4”）接线柱时，电热桌垫处于高温挡。 (2)该电热桌垫处于高温挡时的功率是多少瓦？ (3)当电热桌垫处于低温挡时，在10min内产生的热量是多少焦？ 【点拨】家庭电路电压不变。由公式知，在电压一定时，总电阻越大，总功率越小，为低温挡；总电阻越小，总功率越大，为高温挡。 【解析】(1)旋钮开关S置于“3和4”接线柱时，并联，总电阻较小，电源电压不变，根据可知，总功率较大，该电热桌垫处于高温挡。 解：(1)3和4 (2)高温挡加热的功率： (3)旋钮开关S置于“2和3”接线柱时，电路为的简单电路，总电阻较大，电源电压不变，根据可知，总功率较小，该电热桌垫处于低温挡，由欧姆定律可得，通过的电流，根据焦耳定律，电热桌垫处于低温挡时10min内产生的热量。 另解：当电热桌垫处于低温挡时，在10min内产生的热量：。 【变式2-1】在如图所示的电路中，电源电压不变，电阻R1的阻值为30Ω。闭合开关S，两电流表的示数分别为0.5A和0.2A，则通电10s，R2产生的热量为________J，电路产生的总热量为________J。 【答案】18 30 【解析】由图可知两电阻并联，电流表A1测通过R₁的电流，A2测干路电流；设电源电压为 U，由并联电路的电流电压规律可得，通过R₁ 的电流为 I₁=0.2 A，R₁=30 Ω，则U = I₁ × R₁ = 0.2A × 30 Ω = 6 V 通过电阻R2的电流 由欧姆定律可得， 则通电10s，电阻R2产生的热量 电路产生的总热量 【变式2-2】图甲是同学们自制的调光小台灯，图乙是台灯的电路原理图。电源电压为3V，R是调节亮度的变阻器，最大阻值为10Ω。灯L标有“2.5V；0.5W”字样。忽略温度对电阻的影响。求： （1）灯L正常发光时的电阻； （2）灯L正常发光时，变阻器R工作10min产生的热量； （3）电源电压降为2.7V后，灯L的最小实际电功率。 【答案】（1）12.5Ω；（2）60J；（3）0.18W 【解析】（1）灯L正常发光时的电阻为。 （2）灯L正常发光时，电路中的电流为， 根据串联分压知识可知，变阻器两端的电压为， 变阻器R工作10min产生的热量。 （3）电源电压降为2.7V后，根据可知，当电路中电流最小时，灯L的实际电功率最小，忽略温度对电阻的影响，则当变阻器的阻值最大时，电路中的电流最小，为， 则灯L的最小实际电功率为。 答：（1）灯L正常发光时的电阻为12.5Ω； （2）灯L正常发光时，变阻器R工作10min产生的热量为60J； （3）电源电压降为2.7V后，灯L的最小实际电功率为0.18W。 【变式2-3】（丽水中考）智能家居带给我们健康、舒适的生活，如智能马桶(图甲)。某品牌智能马桶座圈的简易加热电路如图乙所示，电阻和是阻值恒定的电热丝，单刀双掷开关可接或，再通过开关的通断，实现“高、中、低”三种温挡的调节，其中低温挡的功率为20W，电阻为1210Ω。 (1)座圈加热时，把电能转化为____能。 (2)当开关闭合、接时，该座圈的电路相当于下列选项中的____。 (3)的电能可供该座圈低温挡工作多少小时？ (4)该座圈处于中温挡工作时的电功率为多少？ 【答案】(1)内 (2)C (3) (4)低温挡时，和是串联的， ， 中温挡时，电路中只有电阻工作。 【解析】(2)当开关闭合、接时，两电阻并联，图C符合要求。 (3)已知低温挡的功率，利用可求的电能可供该座圈低温挡工作的时间。 (4)当开关闭合、接时，两电阻并联，总电阻最小，根据可知此时总功率最大，为高温挡；当开关闭合、接时，电路为的简单电路，总电阻较小，此时总功率较大，为中温挡；当开关断开、接时，两电阻串联，总电阻最大，此时总功率最小，为低温挡。该座圈处于低温挡时，电路的总电阻，则，该座圈处于中温挡工作时的电功率。 模块三 课后作业 基础巩固 1.将标有“6V6W”的甲灯泡和“6V3W”的乙灯泡串联后，接在电压为12V的电源上。不考虑温度对灯丝电阻的影响，能正常发光的是（ ） A.只有甲灯 B.只有乙灯 C.甲灯和乙灯 D.两灯均不正常发光 【答案】D 【解析】根据题意可知，甲灯泡的电阻，乙灯泡的电阻，两电阻之比；把两灯泡串联接在电压为12V的电源上，串联电路中电源电压等于各个用电器电压之和，所以，而，解得，两灯实际的电压均不等于额定电压，所以两灯均不正常发光。故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。 2.如图所示的电路中，电阻。闭合开关S通电一段时间后，电阻、两端的电压分别为、，通过两个电阻的电流分别为、，电阻、消耗的电能分别为、，电阻、的电功率分别为、。下列判断中正确的是（ ） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】由图可知，电阻、串联，串联电路中各处电流都相等，即通过两电阻的电流相等，电阻，由可知，根据可知，根据可知，故B正确。故选B。 3.(2025·杭州西湖区月考)有两根电热丝和，且，若单独用烧开一壶水，所用时间为。若将这两根电热丝分别串联和并联在同一电源中烧开同一壶水，则所需的时间分别为(不计热损失)（ ） A.、 B.、 C.、 D.、 【答案】C 【解析】烧开同一壶水所需热量相同，设为，不计热损失，单独用对一壶水加热时，，若将这两根电热丝串联接入电路，则电路总电阻，由可得，烧开同一壶水所用的时间；若将这两根电热丝并联接入电路，则电路总电阻，由可得，烧开同一壶水所用的时间。故C正确，A、B、D错误。故选C。 4.如图所示，在四个相同的水槽中盛有质量和温度都相同的水，现将电阻丝、分别按如图所示的四种方法连接放入水槽，并接入相同的电路。通电相同时间后，水槽中水温最高的是（ ） 【答案】D 【解析】由串、并联电路特点可知，串联电路电阻越串越大，并联电路电阻越并越小；已知，比较四个电路图可知，图D中电路总电阻最小，四个电路电压相等，通电时间相等，由可知，图D电路中产生的热量最多，水吸收的热量最多，水的温度最高。故选D。 5.(2025·绍兴上虞区二模)糖画是我国的一种传统民间手工艺，它亦糖亦画，可观可食，深受小朋友的喜爱。图1是某款3D糖画打印笔进行绘画的场景，将糖装入打印笔，通电后笔内电热丝发热，糖受热后挤出，在空气中迅速冷却，最后凝固成型。图2是打印笔的内部简化电路，电源电压为220V，和为发热电阻丝(电阻丝电阻随温度变化忽略不计)。图3是某次打印糖画时，打印笔的电功率与时间的关系图像。 (1)若要快速打印(高功率)，需要闭合开关_________。 (2)求的阻值。 (3)计算该次打印糖画消耗的电能。 【答案】(1)S1、S2 (2)2640Ω (3)19200J 【解析】(1)由图2可知，当开关闭合、断开时，、串联，根据串联电路的特点可知，此时电路的总电阻最大，由可知，电路的总功率最小，打印笔低功率打印；当开关、都闭合时，只有工作，电路的总电阻最小，总功率最大，打印笔高功率打印。 (2)由图3可知，，由可知，的阻值；、的串联总电阻，根据串联电路的特点可知，的阻值。(3)由图3可知，高功率打印时间，低功率打印时间，由可知，该次打印糖画消耗的电能。 强化提升 6.如图所示是某一定值电阻的图像。当该电阻两端的电压增大时，其电功率增大。则图中的阴影面积大小能正确表示大小的是（ ） 【答案】D 【解析】设电压增大前，通过电阻的电流为，增大后，通过电阻的电流为，则变化的电功率，故D符合题意。故选D。 7.如图1所示，电源工作时输出的总功率恒定不变，。在移动滑动变阻器的滑片时，电流表A的示数与电流表的示数之间变化关系如图2所示。根据图中信息判断，下列说法中正确的是（ ） A.当滑片向右移动时，电流表A的示数逐渐增大 B.当滑片向左移动时，电源的输出电压逐渐增大 C.电源工作时每秒钟消耗的电能始终为5J D.当电流表的示数为0.5A时， 【答案】D 【解析】由图1知定值电阻与滑动变阻器并联，电流表测量通过定值电阻的电流，电流表测量干路的电流；滑片向右移动时，滑动变阻器接入电路的阻值变大，则定值电阻与滑动变阻器并联的总电阻变大，电源工作时输出的总功率恒定不变，由并联电路中的电流变小，电流表的示数减小，故A错误；当滑片向左移动时，滑动变阻器接入电路的阻值变小，则定值电阻与滑动变阻器并联的总电阻变小，电源工作时输出的总功率恒定不变，由知电源电压变小，即输出电压变小，故B错误；由图2知，当时，I=1.5A，则定值电阻R1两端的电压U1=I1R1=0.3A×10Ω=3V=U电源，电路的总功率 P总=U电源I=3V×1.5A=4.5W，即电源工作时每秒钟消耗的电能始终为，故C错误；由图2知，当时，定值电阻R1两端的电压，经过电阻的电流，滑动变阻器接入电路的阻值，故D正确。故选D。 8.图1为市面上的某款电热毛巾架，额定电压为220V，简化的工作电路如图2所示，该毛巾架通过智能系统实现加热、保温挡自动切换，图3为该毛巾架在正常工作30分钟内功率的变化情况。 (1)加热状态下，毛巾架正常工作时的电流为多大？ (2)分析计算图2电路中定值电阻、的阻值各为多少。 (3)毛巾架正常工作30分钟总共消耗多少电能？ 【答案】(1)2A (2)110Ω 495Ω (3)3.6×105J 【解析】(1)加热状态下通过毛巾架的电流。 (2)由电路图可知，开关、均闭合时，电路为的简单电路，电路的总电阻最小，毛巾架处于加热状态，所以由可得，的阻值，当开关闭合、断开时，与串联，电路的总电阻最大，毛巾架处于保温状态，此时电路总电阻，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以电阻的阻值。 (3)由可得，该电热毛巾架正常工作30分钟消耗的电能。 9.在“探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”时，某同学设计了两种实验装置，分别如图1和图2所示，图1中在两个完全相同的玻璃瓶甲、乙内插入温度计a、b，图2中在左、右两个U形管中装入有色液体，丙、丁两个塑料盒密闭。 (1)为了让实验效果更显著，应在图1的甲、乙两个玻璃瓶中加入质量、初温相同的_________(填“煤油”或“水”)。 (2)图1实验中，通过观察________________________________来比较电流通过电阻产生热量的多少。 (3)图2实验中，一段时间后，观察到左侧U形管液面高度差比右侧大，则可以得出的结论是_____________________________________________。 (4)焦耳定律可以用公式表示，通过本实验的探究_________(填“能”或“不能”)直接得出焦耳定律的公式。 (3)考虑电阻散热，不同电阻使测温贴升高相同温度时，实际消耗的电能是不同的。因此在烧开水时，从节约用电角度考虑应选择下列哪种电热水壶？______ (填“A”或“B”)。 A.“220V 1000W” B.“220V 1500W” (4)从安全角度考虑，家庭电路中大功率用电器使用更粗导线的原因是_______________ ________________________。 【答案】(1)煤油 (2)温度计示数变化的大小 (3)在通电时间和电阻相同时，电流越大，电流产生的热量越多 (4)不能 【解析】(1)为了让实验效果更明显，即温度计的示数变化的更明显，应在图1的甲、乙两瓶中加入比热容较小的煤油，这样在吸收相同的热量时，煤油升高的温度更多，实验效果更显著。 (2)图1所示实验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，这是用到了转换法。 (3)图2中两个容器内的电阻阻值相同，右侧容器内的电阻和另一电阻并联，通过右侧容器内电阻的电流为支路电流，通过左侧容器内电阻的电流为干路电流，由并联电路中干路电流等于各支路的电流之和可知，通过左侧容器内电阻的电流大于通过右侧容器内电阻的电流，通电时间相同，所以该实验是为了探究电流产生的热量与电流的关系，一段时间后，观察到左侧U形管液面高度差比右侧大，则可以得出的结论：在通电时间和电阻相同时，电流越大，电流产生的热量越多。 (4)本实验的探究只能说明电流产生的热量与电流、电阻和通电时间有关，不能直接得出焦耳定律的结论，英国科学家焦耳经过大量的实验，最后得出焦耳定律，其表达式为。 10.(2025·衢州一模)小科在验证“电阻丝产生的热量与电阻、电流及通电时间的关系”时，采用了一种“变色测温贴”(产品介绍如图1所示)，常温下将测温贴贴在电阻上，并连接如图2所示的实验电路，闭合开关，记录测温贴变色所用的时间。断开开关，待测温贴？，调节滑动变阻器，闭合开关，继续测量测温贴变色所用时间，所得结果如表所示。 变色区特性： ：黑色 ：红色 (1)题干中“?”处应填_________。 (2)根据表中数据可知，从实验1到实验3滑动变阻器滑片是向________移动的。 实验序号 变色所用的时间/s 1 9 18 2 12 24 3 21 42 (3)考虑电阻散热，不同电阻使测温贴升高相同温度时，实际消耗的电能是不同的。因此在烧开水时，从节约用电角度考虑应选择下列哪种电热水壶？________ (填“A”或“B”)。 A.“220V 1000W” B.“220V 1500W” (4)从安全角度考虑，家庭电路中大功率用电器使用更粗导线的原因是________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________。 【答案】(1)恢复常温 (2)左 (3)B (4)家庭电路中大功率用电器工作时电流较大，根据可知，在通电时间和电阻一定时，电流越大，产生的热量越多。如果导线电阻较大，产生的热量过多，容易引发火灾等安全事故。更粗的导线电阻较小，根据上述公式可知，在电流和通电时间相同的情况下，产生的热量较少，能减少因导线发热而引发的安全隐患，所以家庭电路中大功率用电器要使用更粗的导线。 【解析】(1)要验证电阻丝产生的热量与电阻、电流及通电时间的关系，需要保证每次实验开始时，测温贴的初始状态相同，所以要等测温贴恢复到常温，才能进行下一次实验。 (2)从实验数据可以看出，和变色所用时间都在增加，说明它们产生热量的速度变慢了。根据可知，在电阻和通电时间不变的情况下，产生热量变慢是因为电流变小了。而在图2电路中，滑动变阻器与、串联，要使电流变小，需要增大滑动变阻器接入电路的阻值，所以滑片应向左移动。 (3)根据，在烧开相同质量的水（即需要吸收相同的热量）的情况下，功率越大，所用时间越短。因为考虑电阻散热，不同电阻使测温贴升高相同温度时，实际消耗的电能不同，而功率大的用电器在相同时间内产生的热量多，散热时间相对较短，散失的热量相对较少，所以从节约用电角度考虑，应选择功率大的电热水壶，故选B。 (4)家庭电路中大功率用电器工作时电流较大，根据可知，在通电时间和电阻一定时，电流越大，产生的热量越多。如果导线电阻较大，产生的热量过多，容易引发火灾等安全事故。更粗的导线电阻较小，根据上述公式可知，在电流和通电时间相同的情况下，其产生的热量较少，能减少因导线发热而引发的安全隐患，所以家庭电路中大功率用电器要使用更粗的导线。 11.劳动实践小组为温室育苗基地制作了一个保温箱，其电路如图1所示。 (1)电热丝的阻值为，则电路中的电流是多少？ (2)已知保温箱内空气的质量为11kg，图1所示电路工作300s产生的热量，可使保温箱内空气的温度升高多少？[不计热损失，空气的比热容为] (3)现增加一个阻值为的电热丝，根据实际需求，利用电热丝与为保温箱设计两个挡位，高温挡的电功率为1100W，低温挡的电功率为220W。请根据需求，在图2的虚线框内将电路连接完整。 【答案】(1)1A (2)6 C (3)如图所示 【解析】(1)根据欧姆定律可知，电路中的电流。 (2)电热丝工作的电功率，该电路工作产生的热量；不计热损失，则保温箱内空气吸收的热量，所以保温箱内空气的温度升高量6℃。 (3)增加一个阻值为的电热丝，根据实际需求，利用电热丝与为保温箱设计两个挡位，低温挡的功率为，说明低温挡时只有接入电路；高温挡的电功率为，此时电路的电阻，说明此时只有一个电阻接入电路。 12.（2025·绍兴上虞区期末）如图甲是小虞家里新安装的电热毛巾架，其工作原理如图乙所示，是阻值可调的电热丝，是阻值为200Ω的电热丝，不考虑温度对电阻的影响。请分析回答： (1)当开关闭合，接滑片处于最右端时，电路处于________（填“保温”或“加热”）状态，若要改变毛巾架的发热功率，可以通过改变滑片的位置来实现。 (2)当开关闭合，接时，此时毛巾架的发热功率为多少瓦？ (3)关闭家里的其他用电器，当电热毛巾架的实际功率为100W时，电能表(如图丙)内的转盘1min转过多少转？ 【答案】解：(1)保温 (2)开关闭合，接时，只有在电路中，此时毛巾架的发热功率：。 (3)毛巾架消耗的电能：， 图丙中表示电路中用电器每消耗电能，电能表的转盘转过3000转， 则毛巾架工作1min，电能表的转盘转过的转数：。 【解析】(1)由图乙可知，当开关闭合，接滑片处于最右端时，此时和串联，根据串联电路的特点可知，电路的总电阻最大，根据可知，电路的功率最小，此时毛巾架处于保温状态。 第 17 页 共 17 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $