17.3 焦耳定律 导学案 -2026-2027学年沪科版物理九年级全一册

该初中物理导学案聚焦“焦耳定律”，引导学生通过电炉丝与导线发热差异等生活现象提出问题，猜想电流、电阻、通电时间对电热的影响，以控制变量法和转换法设计实验，搭建从电流热效应到焦耳定律的学习支架，衔接前后知识。 以科学探究为主线，包含完整实验流程培养科学思维，结合中考真题设计例题与变式训练，融入安全用电等社会责任内容，助力学生构建能量观念，提升实验探究与问题解决能力，适合同步教学与巩固提升。

沪科版2024九年级全册物理同步精讲精炼学案（全国通用） 第十七章 电流做功与电功率 第三节 焦耳定律 物理观念：能通过实验,认识电流的热效应,了解焦耳定律,能用焦耳定律分析并解决与此相关的问题,知道电流热效应的危险性。 科学思维：能用控制变量法设计实验,能通过推理得到结论,能利用证据证明自己的观点,能对他人的观点提出有依据的质疑。能依据焦耳定律向他人说明安全用电的重要性。 科学探究: 能完成“电流产生的热量与哪些因素有关”的实验,有进行安全实验操作的行为规范,能陈述观点,听取意见。 科学态度与责任：知道提高效率的意义;能主动关注现代生活中的用电安全问题,具有安全用电的自觉行为。有引导他人安全用电的责任感与使命感。 重点：“电流产生的热量与哪些因素有关”的实验探究过程。 难点：用控制变量法设计“电流产生的热量与哪些因素有关”的实验。 课节思维导图 课节知识梳理与举一反三 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成内能，这种现象叫做电流的热效应。 2. 电热器：主要利用电流热效应工作的装置称为电热器。 3. 探究影响电流热效应的因素 【提出问题】电流通过电热器产生的热量与哪些因素有关？ 【进行猜想】 ①电热器只有通电才会发热，它们产生的热量是否与电流有关? ②电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热?它们产生的热量是否与电阻有关？ ③给水加热时，通电时间越长，水的温度越高，电流通过电热器产生的热量是否与时间有关？ 【设计实验】 如图所示，将一段电阻丝浸没在一定质量的液体（如煤油）中，通电时电阻丝产生的热量被液体吸收，液体的温度就会升高。因此，我们可以通过液体温度的变化来比较电阻丝产生热量的多少。 1. 如何比较通电时间对产生热量的影响？需要控制哪些物理量？如何进行控制? 2. 如何比较电阻丝中的电流大小对产生热量的影响？需要控制哪些物理量？如何进行控制? 3. 如何比较电阻丝的电阻大小对产生热量的影响？需要控制哪些物理量？如何进行控制? 【研究方法】 ①控制变量法：在探究电流通过导体产生热的多少跟电流、电阻、通电时间的关系时，每次实验应该控制两个物理量不变。 ②转换法：实验中通过观察U形管液面的高度差来比较电流产生热量的多少，这种方法叫转换法。 【进行实验与收集证据】 1. 探究电流产生的热量与通电时间的关系 采用控制变量法进行实验：需要控制电阻与电流相同，而时间不等。 如图所示分别是实验电路图和实物图。进行实验时，连接好电路，检查无误后接通电源，按下计时器并同时记录温度计的示数。保持电流的大小不变，每间隔一定时间记录一次温度计的示数，并填写到设计好的表格中。 时间t/min 温度t/℃ 2.探究电流产生的热量与电流大小的关系 采用控制变量法进行实验：需要控制电阻与通电时间相同，而电流不等。 取质量、温度均与上述实验初始状态相同的煤油，仍按图连接电路。闭合开关，调节滑动变阻器，增大通过电阻丝的电流，通电时间与前次相同，记录玻璃瓶内煤油的温度。 时间t/min 温度t/℃ 3. 探究电流产生的热量与电阻大小的关系 采用控制变量法进行实验：需要控制电流与通电时间相同，而电流不等。 选取两根阻值不一样的电阻丝，两个装有初始温度相同（记为 t 0）、等质量（记为 m0）煤油的玻璃瓶，按图所示将实验器材连接起来。检查无误后接通电源，通电一定时间后，记录两个玻璃瓶内煤油的温度。 时间t/min 温度t1/℃ 温度t2/℃ 【实验结论】由上述实验可知，影响通电导体产生热量的因素有：电流、导体的电阻、通电时间。 电流通过导体产生的热量与通过导体的电流、导体的电阻以及通电时间有关。通过导体的电流越大、导体的电阻越大、通电时间越长，电流通过导体产生的热量越多。 【例题1】（2026安徽一模）小明在使用电炉子的时候发现，电炉丝已经热得发红了，与之相连的导线却不怎么热，对这个现象描述正确的是（　　） A．导线的电阻比电炉丝的电阻大 B．通过导线的电流比电炉丝的电流小 C．导线的通电时间比电炉丝的通电时间短 D．电炉丝的电阻比导线的电阻大，根据焦耳定律，电流产生的热量更多 【答案】D 【解析】电炉丝和导线是串联的，根据串联电路的特点，通过它们的电流相等，通电时间也相等，根据焦耳定律，在电流I和通电时间t相同的情况下，电阻R越大，电流产生的热量Q就越多；电炉丝热得发红，导线不怎么热，说明电炉丝的电阻远大于导线的电阻，产生的热量更多。故D符合题意，ABC不符合题意。故选D。 （变式练1）（变式训练2）（2025江苏无锡一模）将电能输送到几百千米之外的用户，在输电线上会有能量的损耗，这主要是由于电流的____效应引起的。某段输电线路的总电阻为0.5Ω，输送电流为100A，每输电1min，这段线路便会损耗______J的电能。 【答案】热，3×105. 【解析】由于输电线有电阻，电流通过导体一部分电能转化为内能，造成电能的损耗，这种现象叫电流的热效应。 根据焦耳定律可得，这段电路损耗的电能为 Q=I2Rt=（100A）2×0.5Ω×1×60s=3×105J （变式练2）如图所示，电炉丝与两根导线串联连接到家庭电路中，电炉子通电电炉丝很快就热得发红，而导线却几乎不热。你能根据这个现象可以提出的最有探究价值且易于探究的科学问题是（　　） A．电流通过电炉丝产生的热量跟哪些因素有关？ B．电流通过导体产生的热量跟电流大小有什么关系？ C．电流通过导体产生的热量跟导体电阻有什么关系？ D．电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关？ 【答案】C 【解析】通电一段时间后，电炉丝很热，而连接电炉丝的导线却不热，说明电炉丝产生的热量较多，已知电炉丝与导线是串联的，通过的电流和通电时间都相同，只有电阻不同，所以最有价值且易于探究的科学问题是:“电流通过导体产生的热量跟导体电阻有什么关系?”，故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。 （变式练3）如图，甲、乙是“探究电流通过导体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等量的空气。下列分析正确的是（　　） A．通过U形管两侧液面高度差反映电流通过导体产生热量的多少，利用了等效替代法 B．甲实验通电一段时间后，右侧容器内空气吸收的热量更多 C．乙实验探究的是电流通过导体产生的热量与电阻的关系 D．乙实验通电一段时间后，左侧容器内电阻产生的热量与右侧容器内电阻产生的热量之比为2∶1 【答案】B 【解析】A．根据转换法知道，通过U形管两侧液面高度差反映电流通过导体产生热量的多少，故A错误； B．甲装置中，两电阻串联，通过的电流和通电时间相同，而电阻不同，根据转换法，右侧容器内空气吸收的热量更多，故B正确； C．乙装置中，右侧两电阻并联后再与左侧电阻串联，容器内两电阻大小相等，根据并联和串联电路电流的规律，通过左侧容器中电阻的电流大于通过右侧容器中电阻的电流，而通电时间相同，故乙实验可以研究电流产生的热量与电流的关系，故C错误； D．乙实验中，右侧两等值电阻并联，由并联电路电压的规律和欧姆定律知道，通过右侧两电阻的电流相等，根据串联电路电流的规律结合并联电路电流的规律，可知通过左侧容器的电流是通过右侧容器内电阻电流的2倍，由焦耳定律Q=I2Rt知道，在电流电阻和通电时间不变时，产生热量与电流的平方成正比，故通电一段时间后，左侧容器内电阻产生的热量与右侧容器内电阻产生的热量之比为4∶1，故D错误。故选B。 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。 2. 焦耳定律的公式： Q=I2Rt  说明：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 3. 电功与电热 重点知识总结：电功、电功率、焦耳定律计算公式及其适用范围 【例题2】（2026·广西）如图，导体a和b串联接在电路中，通电一段时间后，若a产生的热量比b的多，则（     ） A．a的电流比b的大 B．a的电流比b的小 C．a的电阻比b的大 D．a的电阻比b的小 【答案】C 【解析】导体和串联接在电路中，则通过导体和的电流相等，通电时间相同，由可知，产生的热量比的多，则的电阻比的大，故选C。 （变式练1）如图所示，电源电压不变，灯泡L标有“6V 6W”字样。闭合开关S1，灯泡L正常发光，此时灯泡L的电阻为 　 　Ω；再闭合开关S2，前后两次电流表的示数之比为2：3，则电阻R的阻值为 　 　Ω，电阻R在10s内产生的热量为 　 　J。 【答案】6；12；30 【解析】（1）由P＝可知，灯泡电阻RL＝＝＝6Ω； （2）灯泡与电阻并联接在电源两端，闭合开关S1时，灯L正常发光，因此电源电压U＝UL＝6V，由P＝UI可知，灯泡正常发光时的电流：IL＝＝＝1A， 闭合开关S1时，只有灯L接入电路，电流表测通过灯L的电流，IA＝IL＝1A， 闭合开关S2时，灯泡L与电阻R并联接入电路，电流表测干路电流IA′， 由前后两次电流表的示数之比为2：3可知，＝， 所以干路电流：IA′＝IA＝×1A＝1.5A，根据并联电路的电流特点可知，通过电阻R的电流：IR＝IA′﹣IL＝1.5A﹣1A＝0.5A，根据并联电路的电压规律可知，灯泡L与电阻R两端电压相等，都等于电源电压，即UR＝6V； 由I＝可知，电阻R的阻值：R＝＝＝12Ω； （3）电阻R10s内产生的热量：Q＝IR2Rt＝（0.5A）2×12Ω×10s＝30J。 （变式练2）如图甲是一款采用增压技术的挂烫机，简化电路如图乙，电源电压为220V，R1、R2是电热丝，R1=55Ω，R2=110Ω。开关S接2、3时处于慢热挡；开关S接3、4时处于速热挡。求：    （1）挂烫机慢热过程中，电路中的电流； （2）挂烫机慢热工作1min，电热丝产生的热量； （3）挂烫机速热过程中的总电功率。 【答案】（1）4A；（2）5.28×104J；（3）1320W 【解析】（1）由电路图可知，开关S接2、3时处于慢热挡，只有电热丝R1接入电路中，则电路中的电流为 （2）慢热工作时间为t=1min=60s 电热丝产生的热量为 （3）开关S接3、4时处于速热挡，两电电热丝并联，R1的电功率为 R2的电功率为 挂烫机速热过程中的总电功率为 （变式练3）如图所示，电源电压恒定，，，滑动变阻器的规格是“  ”，电流表、的量程都是，电压表的量程是。只闭合开关，移动滑片，当电流表的示数为时，电压表示数为，求： (1)电源电压； (2)将滑片移到最右端，闭合所有开关，、的示数之比； (3)闭合所有开关，内产生的热量。 【答案】(1)12V (2)5︰8 (3)720J 【解析】（1）由图可知，当只闭合开关S，开关、断开时，与 串联，电流表测量整个串联电路的电流，电压表 V 并联在两端，测量两端的电压。由题可知，此时电流表的示数即电路电流，电压表示数即两端电压 根据欧姆定律，可得两端电压 在串联电路中，电源电压等于各部分电压之和，即 （2）将滑片移到最右端，闭合所有开关时，定值电阻被短路，与 全部阻值并联，电流表测量的电流，电流表测量总电流，电压表测电源电压。根据欧姆定律可得，通过的电流即电流表电流表的示数 通过的电流 所以干路电流，即电流表的示数 所以、的示数之比为 （3）由（2）可知，闭合所有开关，通过的电流为1A，根据焦耳定律可得，内产生的热量 知识点3. 电热的危害与防止 （1）电热的危害：由于电流的热效应，会使用电器的温度过高，加速绝缘材料的老化，甚至可能烧坏用电器；造成电能输送过程中的电能损失。 （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。 【例题3】电流的热效应在生产和生活中被广泛应用，但有时它也会给我们带来危害。下列事例中，属于防止电热危害的是（　　） A．用电烙铁焊接 B．铺设发热电缆 C．打开电取暖器 D．电动机外壳安装散热片 【答案】D 【解析】A．电烙铁焊接是利用电流产生的热量熔化焊锡，完成焊接，属于利用电热，故A不符合题意； B．铺设发热电缆是利用电流产生的热量取暖，属于利用电热，故B不符合题意； C．打开电取暖器是利用电流产生的热量取暖，属于利用电热，故C不符合题意； D．电动机工作时，电流通过线圈会产生多余的热量，温度过高会损坏电动机，安装散热片是为了加快散热，防止电热带来危害，故D符合题意。故选D。 （变式练1）下列实例中，是利用电热的是（   ） A．电车行驶 B．电脑CPU附近的风扇 C．夏天潮湿的天气隔一段时间对电视通电 D．电视机后面的散热孔 【答案】C 【解析】A．电车行驶主要将电能转化为机械能，产生的电热是额外的无用能量，不属于利用电热，故A不符合题意； B．CPU工作产生的热量会损坏元件，风扇用于散热，属于防止电热危害，故B不符合题意； C．夏季空气潮湿，通电后利用产生的电热烘干电视机内的潮气，避免受潮损坏元件，属于利用电热，故C符合题意； D．电视机散热孔用于散出工作产生的多余热量，防止温度过高损坏电视，属于防止电热危害，故D不符合题意。故选C。 （变式练2）如图所示，在利用鸡苗孵化器孵化鸡蛋时，通过导体放出的电热对鸡蛋进行加热，该过程_____（选填“利用”或“防止”）电热。 【答案】利用 【解析】鸡苗孵化器需要导体放出的热量提供合适的温度来孵化鸡蛋，正是对电热的利用。 （变式练3）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。 课节重难点问题解题方法与技巧 一、根据所学知识推导焦耳定律的数学表达式：Q=I2Rt 电功表达式为W=UIt 在纯电阻电路（即只以发热为目的的电路）中，电功全部转化为电热， 电流产生的热量Q=W=UIt 在纯电阻电路中 欧姆定律适用， 有U=IR 带入Q=W=UIt 中有 Q=I2Rt 注意：在非纯电阻电路中 电功可以转化为机械能，化学能等等 这个时候电热只能用焦耳定律求，电热与电功这时不再相等。 二、根据焦耳定律解题注意事项 1. 高频易错点：公式应用时单位不统一，导致计算错误；混淆纯电阻与非纯电阻电路的电热计算公式，误用推导公式；忽略通电时间的单位换算（如分钟换算为秒）。 2. 解题技巧：计算前统一单位，电流用安培、电阻用欧姆、时间用秒；先判断电路类型，纯电阻电路可灵活选用公式，非纯电阻电路只能用；注意题目中时间的单位换算，避免因单位错误导致结果偏差。 课节重难点问题巩固训练 1. 下列家用电器，利用电流的热效应工作的是（　　） A．洗衣机 B．电视机 C．电冰箱 D．电饭煲 【答案】D 【解析】ABC．洗衣机、电冰箱主要是把电能转化为机械能。电视机在工作时，主要将电能转化为声能和光能，故ABC不符合题意； D．电饭煲工作时把电能转化为内能，利用电流的热效应来工作的，故D正确。 故选D。 2．电动机将电能转化为机械能和内能，一台电动机额定电压为220V，额定电流为5A，线圈电阻为1Ω，它正常工作10s，则电流产生的热量和转化成的机械能分别为（     ） A．250J  10950J B．11000J  10950J C．250J  10750J D．48400J  1100J 【答案】C 【解析】由焦耳定律得，电流产生的热量为 电动机消耗的总电能为 转化的机械能为 故选C。 3.下列实例中，为了防止电热产生危害的是（　　） A．用电熨斗熨衣服 B．高空飞行员所穿衣服里有电热保温装置 C．电视机的机壳上有许多小孔 D．孵化家禽的电热孵卵机 【答案】C 【解析】ABD．电熨斗、高空飞行员所穿衣服里的电热保温装置、孵化家禽的电热孵卵机都是利用电热来为人类服务，故ABD不符合题意； C．电视机的机壳上有许多小孔是为了把各电器元件工作时产生的热量及时散失掉，即是为了防止电热危害，故C符合题意。故选C。 4. 电流具有热效应，学习了电流的热效应后，关于电热的下列几个说法错误的是（ ） A．电热会烧毁电器元件，引发火灾，有百害而无一利 B．电流通过任何用电器都或多或少地会产生热量 C．因为电流过大产生电热而烧坏局部电路，可用于整体电路的保护 D．为防止电热带来的危害，要尽量减少电热的产生并考虑如何加快散热 【答案】A 【解析】A. 电流的热效应有不利的因素，如电热会烧毁电器元器件，引发火灾。但在我们生活中和许多产业中都要用到电热．如家里的电饭锅、电熨斗，养鸡场的电热孵化器等都是利用电热的，故选项A错误； B. 任何用电器中都有导线，导线都有电阻，当电流经过电阻时，就会产生热量，所以选项B的说法是正确的； C. 保险丝是用电阻率大而熔点低的材料制成的，当电流过大时，它由于温度升高而熔断，切断电路，起保护作用，所以选项C正确； D. 为防止电热带来的危害，要尽量减少电热的产生并考虑如何加快散热，目的是为了防止由于温度过高而损坏用电器，选项D正确． 故选A. 5. 如图所示，擦窗机器人底部装有真空泵和吸盘，当真空泵将吸盘内的空气抽出时，在________的作用下，它吸附在竖直玻璃上；擦窗机器人通电工作一段时间后，机身发热，这属于电流的________效应。 【答案】大气压 热 【解析】真空泵抽出吸盘内的空气后，吸盘内部气压远小于外界大气压强，在外界大气压的压力作用下，擦窗机器人被吸附在玻璃上； 用电器通电时，电流流过导体将电能转化为内能，导致导体发热，这种现象叫做电流的热效应，因此机器人工作后机身发热属于电流的热效应。 6．一台电动机正常工作时，两端的电压为，通过线圈的电流为，若此线圈的电阻为，则这台电动机内产生的热量是_____，这台电动机的功率是______，内电流做的功是______ 。 【答案】12000 2200 132000 【解析】时间 根据焦耳定律，这台电动机内产生的热量 电动机的总功率： 1min内电流做的功 7．在某汽车尾部的挡风玻璃上，有一种电加热除雾装置，它由5条阻值均为的电阻丝并联而成，简化结构如图所示。该装置与12V的汽车电池接通工作1min，产生的总热量为________J。 【答案】3600 【解析】由于5条电阻丝并联，所以每根电阻丝两端的电压都为12V，每根电阻丝流过的电流是，电路中总电流是，电加热除雾装置的加热功率， 1min产生的热量为W＝Pt＝60W×1×60s＝3600J 8．无人机的电动机在长时间飞行后会发热，这是因为电流的________效应。若电动机的线圈电阻为，正常工作时通过线圈的电流为，则线圈在内产生的热量为_________J。 【答案】热 3000 【解析】电流通过导体时会产生热量，这种现象是电流的热效应，电动机发热是电流热效应的体现。 ，则线圈在内产生的热量为 9. 如图为探究电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关的实验装置。若想探究电流通过导体产生热量的多少与电流的关系，则应选择 两个装置进行对比，通电时间相同时，产生热量最多的是 装置中的电阻丝。若通过乙装置中的电阻丝的电流为1A，则通电1min该电阻丝产生的热量为 J。 【答案】甲、丙 乙 600 【解析】电流产生热量的多少与电流、电阻和通电时间有关，想探究电流产生热量的多少与电流的关系，应控制电阻和通电时间相同，电流不同，甲、丙容器中的电阻是相同的，但电流不同，故应选择甲、丙两图进行实验。 甲、丙中甲的电流大，电阻和通电时间相同，故甲比丙产生的热量多，甲、乙中，两电阻串联，通过它们的电流和通电时间相等，乙的电阻大，由Q=I2Rt可知，则乙产生的热量大于甲产生的热量，故乙最多。 通过乙装置中的电阻丝的电流为1A，则通电1min该电阻丝产生的热量 Q=I2Rt=(1A)2×10Ω×60s=600J 10. 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。 11．为探究“电流产生的热量与电阻大小的关系”，小刚设计了如图电路； （1）此电路中，电阻丝R1与R2是串联的，目的是控制 和通电时间相同； （2）在实验中，要选取两个阻值不一样的电阻丝，两个装有初始温度相同、等质量煤油的玻璃瓶，检查无误后接通电源，通电一定时间后，记录两个玻璃瓶内煤油的温度，用升高的温度表示 ； （3）这种电流通过导体时电能转化为内能的现象叫做电流的 效应。 【答案】（1） 电流相同 （2）电流产生的热量（3） 热 【解析】（1）电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关，此电路中，电阻丝R1与R2是串联的，根据串联电路特点可知，电阻丝R1与R2是串联的目的是控制通过两电阻的电流相同，通电时间相同。 （2）电阻丝产生的热量无法直接观察，根据转换法，通过观察温度计升高的示数的变化来反映电流产生的热量。 （3）导体中有电流时，导体产生热量，电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应。 12. 如图所示的电路，定值电阻的阻值为10Ω，定值电阻的阻值为20Ω，闭合开关S后，电流表A的示数为0.10A。求： （1）电阻两端的电压； （2）电源电压； （3）整个电路在1min内产生的热量。 【答案】（1）1V；（2）3V；（3） 【解析】（1）分析电路可知，、串联，电流表测电路电流。电阻两端的电压为 （2）电源电压为 （3）整个电路在1min内产生的热量为 答：（1）电阻两端的电压为1V； （2）电源电压为3V； （3）整个电路在1min内产生的热量为。 13. （2026·安徽）一款便携式加热坐垫的简化电路如图所示，、均为发热电阻，通过控制开关、的通断，实现“速热”和“保温”两挡加热功能。查阅该坐垫的说明书得知：电源电压为，“速热”挡功率为，“保温”挡功率为。在该坐垫正常工作的状态下，求： + (1)的电阻； (2)选择“保温”挡工作时，通过电阻的电流； (3)选择“速热”挡通电1 min，电阻产生的热量。 【答案】(1) (2) (3) 【解析】（1）分析电路可知，只闭合开关时，单独工作，此时总电阻较大，根据，总功率较小，为保温挡； 开关、均闭合时，、并联，此时总电阻较小，根据，总功率较大，为速热挡。 所以的电阻为 （2）选择“保温”挡工作时，通过电阻的电流为 （3）选择“速热”挡时，电阻的功率为 则通电1 min，电阻产生的热量为 14. 小闽设计的车载可加热果蔬搅拌机工作电路图如图。电热丝R的阻值为，电动机标有“12V 24W”字样。闭合开关S、，电动机正常工作。求： （1）电源电压。 （2）闭合开关S、，电动机1min内消耗的电能。 （3）闭合开关S、，通电100s，电热丝R产生的热量。 【答案】（1）12V；（2）1440J；（3）3600J 【解析】（1）闭合S、时，电路中只有电动机正常工作，则电源电压 （2）根据可知，电动机消耗的电能 （3）闭合S、，电路中只有电热丝R工作，通过电热丝R的电流 电热丝R产生的热量 答：（1）电源电压是12V； （2）闭合开关S、，电动机1min内消耗的电能1440J； （3）闭合开关S、，通电100s，电热丝R产生的热量3600J。 15．如图（a）是一款额定电压为220V的艾灸理疗毯，它的工作电路如图（b）所示。R1和R2为发热电阻丝（不考虑温度对电阻的影响），旋钮开关S置于“2和3”接线柱时处于低温挡，功率为22W，置于“3和4”接线柱时处于高温挡，功率为110W。艾灸理疗毯正常工作时，求： (1)低温挡工作时的电流； (2)发热电阻丝R2的阻值； (3)高温挡工作10min，整个电路产生的热量。 【答案】(1)0.1A (2)550Ω (3)6.6×104J 【解析】（1）电压为220V，处于低温挡，功率为22W，低温挡工作时的电流 （2）置于“3和4”接线柱时处于高温挡，R1和R2并联，R1不受R2影响，功率仍为22W，故R2功率为 发热电阻丝R2的阻值 （3）此电路为纯电阻电路，因此高温挡工作10min，整个电路产生的热量 16. 图甲是一款养生壶，图乙是其简化电路图，部分参数如下表所示，R1、R2是电热丝（阻值不随温度的变化而变化），[粥的比热容取]，求： 额定电压/V 220 加热挡功率/W 880 保温挡功率/W 176 （1）加热挡正常工作时，电路中的电流； （2）电热丝的阻值； （3）将1.1kg的粥从20℃加热到100℃，需要加热挡正常工作500s，此养生壶的加热效率。 【答案】（1）4A （2）220Ω （3）80% 【解析】（1）根据P=UI可得，加热挡正常工作时，电路中的电流为 （2）根据串并联电路的电阻特点可知，当开关S拨至a时，两电阻串联，电路总电阻最大，根据可知，电功率最小，养生壶处于保温挡；当开关S拨至b时，电路为R1的简单电路，电路总电阻最小，根据可知，电功率最大，养生壶处于加热挡。根据可得，电热丝R1的阻值为 R1和R2的串联总电阻为 所以，电热丝R2的阻值为 （3）根据可得，粥吸收的热量为 加热挡正常工作500s消耗的电能为 则此养生壶的加热效率为 学科网（北京）股份有限公司 $ 沪科版2024九年级全册物理同步精讲精炼学案（全国通用） 第十七章 电流做功与电功率 第三节 焦耳定律 物理观念：能通过实验,认识电流的热效应,了解焦耳定律,能用焦耳定律分析并解决与此相关的问题,知道电流热效应的危险性。 科学思维：能用控制变量法设计实验,能通过推理得到结论,能利用证据证明自己的观点,能对他人的观点提出有依据的质疑。能依据焦耳定律向他人说明安全用电的重要性。 科学探究: 能完成“电流产生的热量与哪些因素有关”的实验,有进行安全实验操作的行为规范,能陈述观点,听取意见。 科学态度与责任：知道提高效率的意义;能主动关注现代生活中的用电安全问题,具有安全用电的自觉行为。有引导他人安全用电的责任感与使命感。 重点：“电流产生的热量与哪些因素有关”的实验探究过程。 难点：用控制变量法设计“电流产生的热量与哪些因素有关”的实验。 课节思维导图 课节知识梳理与举一反三 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成内能，这种现象叫做电流的热效应。 2. 电热器：主要利用电流热效应工作的装置称为电热器。 3. 探究影响电流热效应的因素 【提出问题】电流通过电热器产生的热量与哪些因素有关？ 【进行猜想】 ①电热器只有通电才会发热，它们产生的热量是否与电流有关? ②电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热?它们产生的热量是否与电阻有关？ ③给水加热时，通电时间越长，水的温度越高，电流通过电热器产生的热量是否与时间有关？ 【设计实验】 如图所示，将一段电阻丝浸没在一定质量的液体（如煤油）中，通电时电阻丝产生的热量被液体吸收，液体的温度就会升高。因此，我们可以通过液体温度的变化来比较电阻丝产生热量的多少。 1. 如何比较通电时间对产生热量的影响？需要控制哪些物理量？如何进行控制? 2. 如何比较电阻丝中的电流大小对产生热量的影响？需要控制哪些物理量？如何进行控制? 3. 如何比较电阻丝的电阻大小对产生热量的影响？需要控制哪些物理量？如何进行控制? 【研究方法】 ①控制变量法：在探究电流通过导体产生热的多少跟电流、电阻、通电时间的关系时，每次实验应该控制两个物理量不变。 ②转换法：实验中通过观察U形管液面的高度差来比较电流产生热量的多少，这种方法叫转换法。 【进行实验与收集证据】 1. 探究电流产生的热量与通电时间的关系 采用控制变量法进行实验：需要控制电阻与电流相同，而时间不等。 如图所示分别是实验电路图和实物图。进行实验时，连接好电路，检查无误后接通电源，按下计时器并同时记录温度计的示数。保持电流的大小不变，每间隔一定时间记录一次温度计的示数，并填写到设计好的表格中。 时间t/min 温度t/℃ 2.探究电流产生的热量与电流大小的关系 采用控制变量法进行实验：需要控制电阻与通电时间相同，而电流不等。 取质量、温度均与上述实验初始状态相同的煤油，仍按图连接电路。闭合开关，调节滑动变阻器，增大通过电阻丝的电流，通电时间与前次相同，记录玻璃瓶内煤油的温度。 时间t/min 温度t/℃ 3. 探究电流产生的热量与电阻大小的关系 采用控制变量法进行实验：需要控制电流与通电时间相同，而电流不等。 选取两根阻值不一样的电阻丝，两个装有初始温度相同（记为 t 0）、等质量（记为 m0）煤油的玻璃瓶，按图所示将实验器材连接起来。检查无误后接通电源，通电一定时间后，记录两个玻璃瓶内煤油的温度。 时间t/min 温度t1/℃ 温度t2/℃ 【实验结论】由上述实验可知，影响通电导体产生热量的因素有：电流、导体的电阻、通电时间。 电流通过导体产生的热量与通过导体的电流、导体的电阻以及通电时间有关。通过导体的电流越大、导体的电阻越大、通电时间越长，电流通过导体产生的热量越多。 【例题1】（2026安徽一模）小明在使用电炉子的时候发现，电炉丝已经热得发红了，与之相连的导线却不怎么热，对这个现象描述正确的是（　　） A．导线的电阻比电炉丝的电阻大 B．通过导线的电流比电炉丝的电流小 C．导线的通电时间比电炉丝的通电时间短 D．电炉丝的电阻比导线的电阻大，根据焦耳定律，电流产生的热量更多 【答案】D 【解析】电炉丝和导线是串联的，根据串联电路的特点，通过它们的电流相等，通电时间也相等，根据焦耳定律，在电流I和通电时间t相同的情况下，电阻R越大，电流产生的热量Q就越多；电炉丝热得发红，导线不怎么热，说明电炉丝的电阻远大于导线的电阻，产生的热量更多。故D符合题意，ABC不符合题意。故选D。 （变式练1）（变式训练2）（2025江苏无锡一模）将电能输送到几百千米之外的用户，在输电线上会有能量的损耗，这主要是由于电流的____效应引起的。某段输电线路的总电阻为0.5Ω，输送电流为100A，每输电1min，这段线路便会损耗______J的电能。 （变式练2）如图所示，电炉丝与两根导线串联连接到家庭电路中，电炉子通电电炉丝很快就热得发红，而导线却几乎不热。你能根据这个现象可以提出的最有探究价值且易于探究的科学问题是（　　） A．电流通过电炉丝产生的热量跟哪些因素有关？ B．电流通过导体产生的热量跟电流大小有什么关系？ C．电流通过导体产生的热量跟导体电阻有什么关系？ D．电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关？ （变式练3）如图，甲、乙是“探究电流通过导体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等量的空气。下列分析正确的是（　　） A．通过U形管两侧液面高度差反映电流通过导体产生热量的多少，利用了等效替代法 B．甲实验通电一段时间后，右侧容器内空气吸收的热量更多 C．乙实验探究的是电流通过导体产生的热量与电阻的关系 D．乙实验通电一段时间后，左侧容器内电阻产生的热量与右侧容器内电阻产生的热量之比为2∶1 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。 2. 焦耳定律的公式： Q=I2Rt  说明：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 3. 电功与电热 重点知识总结：电功、电功率、焦耳定律计算公式及其适用范围 【例题2】（2026·广西）如图，导体a和b串联接在电路中，通电一段时间后，若a产生的热量比b的多，则（     ） A．a的电流比b的大 B．a的电流比b的小 C．a的电阻比b的大 D．a的电阻比b的小 【答案】C 【解析】导体和串联接在电路中，则通过导体和的电流相等，通电时间相同，由可知，产生的热量比的多，则的电阻比的大，故选C。 （变式练1）如图所示，电源电压不变，灯泡L标有“6V 6W”字样。闭合开关S1，灯泡L正常发光，此时灯泡L的电阻为 　 　Ω；再闭合开关S2，前后两次电流表的示数之比为2：3，则电阻R的阻值为 　 　Ω，电阻R在10s内产生的热量为 　 　J。 （变式练2）如图甲是一款采用增压技术的挂烫机，简化电路如图乙，电源电压为220V，R1、R2是电热丝，R1=55Ω，R2=110Ω。开关S接2、3时处于慢热挡；开关S接3、4时处于速热挡。求：    （1）挂烫机慢热过程中，电路中的电流； （2）挂烫机慢热工作1min，电热丝产生的热量； （3）挂烫机速热过程中的总电功率。 （变式练3）如图所示，电源电压恒定，，，滑动变阻器的规格是“  ”，电流表、的量程都是，电压表的量程是。只闭合开关，移动滑片，当电流表的示数为时，电压表示数为，求： (1)电源电压； (2)将滑片移到最右端，闭合所有开关，、的示数之比； (3)闭合所有开关，内产生的热量。 知识点3. 电热的危害与防止 （1）电热的危害：由于电流的热效应，会使用电器的温度过高，加速绝缘材料的老化，甚至可能烧坏用电器；造成电能输送过程中的电能损失。 （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。 【例题3】电流的热效应在生产和生活中被广泛应用，但有时它也会给我们带来危害。下列事例中，属于防止电热危害的是（　　） A．用电烙铁焊接 B．铺设发热电缆 C．打开电取暖器 D．电动机外壳安装散热片 【答案】D 【解析】A．电烙铁焊接是利用电流产生的热量熔化焊锡，完成焊接，属于利用电热，故A不符合题意； B．铺设发热电缆是利用电流产生的热量取暖，属于利用电热，故B不符合题意； C．打开电取暖器是利用电流产生的热量取暖，属于利用电热，故C不符合题意； D．电动机工作时，电流通过线圈会产生多余的热量，温度过高会损坏电动机，安装散热片是为了加快散热，防止电热带来危害，故D符合题意。故选D。 （变式练1）下列实例中，是利用电热的是（   ） A．电车行驶 B．电脑CPU附近的风扇 C．夏天潮湿的天气隔一段时间对电视通电 D．电视机后面的散热孔 （变式练2）如图所示，在利用鸡苗孵化器孵化鸡蛋时，通过导体放出的电热对鸡蛋进行加热，该过程_____（选填“利用”或“防止”）电热。 （变式练3）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。 课节重难点问题解题方法与技巧 一、根据所学知识推导焦耳定律的数学表达式：Q=I2Rt 电功表达式为W=UIt 在纯电阻电路（即只以发热为目的的电路）中，电功全部转化为电热， 电流产生的热量Q=W=UIt 在纯电阻电路中 欧姆定律适用， 有U=IR 带入Q=W=UIt 中有 Q=I2Rt 注意：在非纯电阻电路中 电功可以转化为机械能，化学能等等 这个时候电热只能用焦耳定律求，电热与电功这时不再相等。 二、根据焦耳定律解题注意事项 1. 高频易错点：公式应用时单位不统一，导致计算错误；混淆纯电阻与非纯电阻电路的电热计算公式，误用推导公式；忽略通电时间的单位换算（如分钟换算为秒）。 2. 解题技巧：计算前统一单位，电流用安培、电阻用欧姆、时间用秒；先判断电路类型，纯电阻电路可灵活选用公式，非纯电阻电路只能用；注意题目中时间的单位换算，避免因单位错误导致结果偏差。 课节重难点问题巩固训练 1. 下列家用电器，利用电流的热效应工作的是（　　） A．洗衣机 B．电视机 C．电冰箱 D．电饭煲 2．电动机将电能转化为机械能和内能，一台电动机额定电压为220V，额定电流为5A，线圈电阻为1Ω，它正常工作10s，则电流产生的热量和转化成的机械能分别为（     ） A．250J  10950J B．11000J  10950J C．250J  10750J D．48400J  1100J 3.下列实例中，为了防止电热产生危害的是（　　） A．用电熨斗熨衣服 B．高空飞行员所穿衣服里有电热保温装置 C．电视机的机壳上有许多小孔 D．孵化家禽的电热孵卵机 4. 电流具有热效应，学习了电流的热效应后，关于电热的下列几个说法错误的是（ ） A．电热会烧毁电器元件，引发火灾，有百害而无一利 B．电流通过任何用电器都或多或少地会产生热量 C．因为电流过大产生电热而烧坏局部电路，可用于整体电路的保护 D．为防止电热带来的危害，要尽量减少电热的产生并考虑如何加快散热 5. 如图所示，擦窗机器人底部装有真空泵和吸盘，当真空泵将吸盘内的空气抽出时，在________的作用下，它吸附在竖直玻璃上；擦窗机器人通电工作一段时间后，机身发热，这属于电流的________效应。 6．一台电动机正常工作时，两端的电压为，通过线圈的电流为，若此线圈的电阻为，则这台电动机内产生的热量是_____，这台电动机的功率是______，内电流做的功是______ 。 7．在某汽车尾部的挡风玻璃上，有一种电加热除雾装置，它由5条阻值均为的电阻丝并联而成，简化结构如图所示。该装置与12V的汽车电池接通工作1min，产生的总热量为________J。 8．无人机的电动机在长时间飞行后会发热，这是因为电流的________效应。若电动机的线圈电阻为，正常工作时通过线圈的电流为，则线圈在内产生的热量为_________J。 9. 如图为探究电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关的实验装置。若想探究电流通过导体产生热量的多少与电流的关系，则应选择 两个装置进行对比，通电时间相同时，产生热量最多的是 装置中的电阻丝。若通过乙装置中的电阻丝的电流为1A，则通电1min该电阻丝产生的热量为 J。 10. 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： 。 11．为探究“电流产生的热量与电阻大小的关系”，小刚设计了如图电路； （1）此电路中，电阻丝R1与R2是串联的，目的是控制 和通电时间相同； （2）在实验中，要选取两个阻值不一样的电阻丝，两个装有初始温度相同、等质量煤油的玻璃瓶，检查无误后接通电源，通电一定时间后，记录两个玻璃瓶内煤油的温度，用升高的温度表示 ； （3）这种电流通过导体时电能转化为内能的现象叫做电流的 效应。 12. 如图所示的电路，定值电阻的阻值为10Ω，定值电阻的阻值为20Ω，闭合开关S后，电流表A的示数为0.10A。求： （1）电阻两端的电压； （2）电源电压； （3）整个电路在1min内产生的热量。 13. （2026·安徽）一款便携式加热坐垫的简化电路如图所示，、均为发热电阻，通过控制开关、的通断，实现“速热”和“保温”两挡加热功能。查阅该坐垫的说明书得知：电源电压为，“速热”挡功率为，“保温”挡功率为。在该坐垫正常工作的状态下，求： + (1)的电阻； (2)选择“保温”挡工作时，通过电阻的电流； (3)选择“速热”挡通电1 min，电阻产生的热量。 14. 小闽设计的车载可加热果蔬搅拌机工作电路图如图。电热丝R的阻值为，电动机标有“12V 24W”字样。闭合开关S、，电动机正常工作。求： （1）电源电压。 （2）闭合开关S、，电动机1min内消耗的电能。 （3）闭合开关S、，通电100s，电热丝R产生的热量。 15．如图（a）是一款额定电压为220V的艾灸理疗毯，它的工作电路如图（b）所示。R1和R2为发热电阻丝（不考虑温度对电阻的影响），旋钮开关S置于“2和3”接线柱时处于低温挡，功率为22W，置于“3和4”接线柱时处于高温挡，功率为110W。艾灸理疗毯正常工作时，求： (1)低温挡工作时的电流； (2)发热电阻丝R2的阻值； (3)高温挡工作10min，整个电路产生的热量。 16. 图甲是一款养生壶，图乙是其简化电路图，部分参数如下表所示，R1、R2是电热丝（阻值不随温度的变化而变化），[粥的比热容取]，求： 额定电压/V 220 加热挡功率/W 880 保温挡功率/W 176 （1）加热挡正常工作时，电路中的电流； （2）电热丝的阻值； （3）将1.1kg的粥从20℃加热到100℃，需要加热挡正常工作500s，此养生壶的加热效率。 学科网（北京）股份有限公司 $