第3节 焦耳定律（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，从电流热效应概念切入，通过实验探究电流、电阻、通电时间对热量的影响，推导焦耳定律公式Q=I²Rt，明确电功与电热的区别及适用范围，最终落脚于电流热效应的生活应用，构建从现象到规律再到应用的完整学习支架。 该资料以科学探究为核心，设计串联/并联电热丝对比实验培养学生实验能力，通过电功与电热公式对比强化科学思维，结合电烙铁、电动机等实例深化物理观念。课中辅助教师实验教学，课后分层练习（基础、素养、创新）助力学生查漏补缺，提升综合应用能力。

第13章 电功率 第3节 焦耳定律 课标要点 1. 理解电流的热效应的概念； 2. 知道电流产生的热量与哪些因素有关； 3. 学习焦耳定律的内容； 4. 焦耳定律的公式、计算及应用； 5. 电功、电热的有关公式及适用范围，及它们的联系与区别； 6. 电流热效应的应用。 学习重难点 重点：电流产生的热量与哪些因素有关；焦耳定律的内容、公式，有关计算及其应用。 难点：灵活运用电功、电热的计算公式及其适用范围；焦耳定律的综合应用。 知识点 电流通过导体产生热量的影响因素 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。 举例：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、自主活动 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。 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 13-3-2（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。 现象：乙瓶中的温度计示数大于甲瓶中温度计示数。 结论：电流通过导体产生的热量与电阻有关。且导体电流、通电时间一定时，导体电阻越大，产生的热量越多。 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 13-3-2（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、丙两瓶中煤油的最终温度。 现象：（以通过丙电热丝的电流比甲的大为例）丙瓶中的温度计示数大于甲瓶中温度计示数。 结论：电流通过导体产生的热量与电流有关。且导体电阻、通电时间一定时，通过导体的电流越大，产生的热量越多。 小结：电流通过导体产生的热量与通电时间、电流和电阻有关。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。 3、焦耳定律 焦耳通过实验研究，于 1840 年发现了电流 通过导体时产生的热量与电流、电阻、通电时间的定量关系： 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。 这一规律称为焦耳定律，可表示为 Q = I2Rt 其中，电流I的单位是安（A），电阻R的单位是欧(Ω), 时间t的单位是秒（s），电流产生热量Q的单位是焦（J ）。 注意： 1. 从公式我们能看出，电流通过导体产生的热量受电流的影响最大。 2. 在应用焦耳定律的表达式来解决问题时，应该根据具体情况进行分析选用，例如，当几个导体串联起来时，由于通过导体的电流相等，通电时间也相等，应用表达式Q = I2Rt分析，此时导体产生的热量与电阻R成正比；当几个导体并联起来时，由于加在导体两端的电压相等，通电时间也相等，应用表达式Q =分析，此时导体产生的热量与电阻成反比。 3.电功、电功率和焦耳定律计算公式对比 只有在纯电阻电路中可以用电功公式计算电热。因为在纯电阻电路中，电流做的功全部用来产生热量，此时电功等于电热，即W=Q。而在非纯电阻电路中，电流所做的功只有一部分用来产生热量，如电动机工作时，既产生热量又产生机械能，电功等于热量与机械能之和，即W>Q，故此时就不能用电功的公式来计算电热了。 随学随练 1．下列几种用电器，它们的额定电压和额定功率都相同，它们都正常工作1h，产生的热量最多的是（　　） A．电风扇 B．电脑 C．电冰箱 D．电烙铁 【答案】D 【详解】四个电器功率一样，正常工作时间相同，由可知它们消耗的电能一样；电风扇工作时把电能主要转化为机械能；电脑工作时主要把电能转化为光能、声能和内能等；电冰箱工作时主要把电能转化为机械能；电烙铁工作时把电能主要转化为内能，即主要用来产生热量；综上可知，电烙铁工作时产生的热量最多。故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 2．一个“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】 【详解】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 3．家用智能保温杯额定电压220V，正常加热时电阻为550Ω，正常工作电流为______A；通电10min产生的热量为______J。 【答案】 0.4 52800 【详解】根据欧姆定律，可得正常工作电流 保温杯属于纯电阻用电器，电流产生的热量等于消耗的电能，可得产生的热量 4．如图所示的电路中，电源电压恒为6V，定值电阻R1的阻值为5Ω，闭合开关S后，电压表的示数为1.5V。求： (1)通过 R1的电流； (2)定值电阻R2的阻值； (3)整个电路1min产生的热量。 【答案】(1)0.3A (2)15Ω (3)108J 【详解】（1）由电路图可知，定值电阻与串联，电压表测两端的电压。根据欧姆定律，通过的电流为： （2）串联电路两端的总电压等于各部分电路两端电压之和，因此两端的电压为： 串联电路中电流处处相等，所以通过的电流为： 根据欧姆定律，的阻值为： （3）先将时间换算为秒： 整个电路产生的热量等于电流所做的功： 5．如图所示电路，电源电压恒为6V，灯泡L上标有“6V  3W”的字样（不考虑温度对电阻的影响）。闭合开关S，此时电流表的示数为1.5A，求： (1)通过灯泡L的电流； (2)通电10s，电阻R产生的热量； (3)电路消耗的总功率。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）开关闭合后，灯泡与定值电阻并联，灯泡两端电压等于电源电压为6V，此时小灯泡正常发光，通过灯泡的电流为 （2）电流表测通过R的电流，通电，电阻消耗的电能为 （3）干路电流为 电路消耗的总功率 6．图为某品牌具有加热、保温两挡的电饭锅的简化电路图，额定电压为220V，是阻值不变的电热丝且，保温挡额定功率为220W。 (1)电饭锅是利用电流的_________效应工作的；当只闭合开关时，电饭锅处于_________挡。 (2)保温挡正常工作时的电流为_________A。 (3)加热挡正常工作100s产生的热量为_________J。 【答案】(1) 热 保温 (2)1 (3) 【详解】（1）电饭锅是通过电流的热效应工作的。 根据可知，电路中总电阻越大，功率越小，为保温挡，根据题意，只闭合开关时，电路中只有，其阻值比两个定值电阻并联总电阻大，所以此时是保温挡。 （2）只闭合开关时，是保温挡，此时电路中的电流为 （3）加热挡时，电阻和并联，电路总功率等于两个定值电阻功率之和，由题意可知保温挡功率与电阻功率相等，即 电阻的功率为 此时电路中总功率为 所以工作100s产生的热量为 7．小强用如图装置，探究电流通过导体时产生热量的多少与电阻大小的关系：甲、乙两个相同的烧瓶中盛有等质量等初温的煤油，烧瓶中电阻丝的阻值分别为和，且。 (1)甲、乙两电阻串联的目的是为了控制通电时间和______相同，通电一段时间后，小强通过观察比较温度计示数的变化情况来比较两电阻的发热量，这是实验方法中的______法。当观察到乙瓶中的温度计示数升高得快，由此得出的实验结论是：______。 (2)将甲中的煤油，换成等质量等初温的水，并更换甲中的电阻丝，使，保持两电阻串联的连接方式不变，通电后可以观察到烧瓶______（选填“甲”或“乙”）中的液体升温更快。比较同一时刻水和煤油的吸热量：______（选填“水多”、“煤油多”或者“一样多”）。 (3)由此可以得出结论：______的吸热能力更强。 【答案】(1) 通过电阻的电流 转换 在电流和通电时间相同时，导体的电阻越大，电流产生的热量越多 (2) 乙 一样多 (3)水 【详解】（1）串联电路电流处处相等，将甲乙电阻丝串联，能控制电流、通电时间两个变量相同，只改变电阻大小，用控制变量法探究电流通过导体时产生热量与电阻的关系。 电流产生的热量无法直接观测，煤油吸热升温，温度计示数变化反映产热多少，将不易测量的热量转换为易观察的温度变化，是转换法。 乙电阻更大，温度计升温更快，说明乙产热更多；由此得出的实验结论：在电流和通电时间相同时，导体的电阻越大，电流产生的热量越多。 （2）更换后，串联电流、通电时间相同，两电阻放热相等；甲中是水，乙中是煤油。水的比热容，根据，Q吸、m相同时，比热容越小，温度变化越大，煤油升温更快，所以乙升温快。 两电阻丝阻值相等、串联，电流与通电时间完全相同，由可知，两根电阻丝放出的热量相等；液体吸收的热量等于电阻丝放出的热量，因此水和煤油吸收热量一样多。 （3）相同质量的水和煤油吸收相等热量，水升温幅度更小，说明升高相同温度时水能吸收更多热量，因此水的吸热能力更强。 知识点 电流热效应的常见现象 1、电流热效应的有关现象 ①人们利用电流的热效应开发了各式各样的电加热器，如生活中常用的电热水器、烤面包机等。图13-3-3所示的电烙铁是焊接电路的常用工具，用发热的烙铁头熔化焊锡可以连接电路元件。如图13-3-4所示，工②人正在铺设发热电缆， 这是电地暖的主要部件之一。此外，串联在电路中的熔丝（俗称“保险丝”），也利用了电流热效应，当通过熔丝的电流超过一定限度时，其温度将达到熔点而熔断，电路随之切断，以此保证用电安全。 2、 电流通过导体产生的热量有时是“无用”的。除了电热器外，大多数通过用电器的电流做功将一部分电能转化为内能，也就是说，电流产生的热量小于电功。例如，电动机工作时，消耗的电能大部分转化为机械能，但有一小部分转化为 “无用”的内能。白炽灯消耗的电能只有一小部分转化为光能，其余大部分转化为“无用”的内能。与之相比，LED灯将电能转化为光能的效率更高一些，比较节能。 3、 电流的热效应除了消耗电能外，还可能造成一些危害。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。因此需要实时检查电路和电气设备，避免发生事故。 随学随练 1．下列用电器工作的过程中，电能主要转化为内能的是（     ） A．电水壶 B．电风扇 C．笔记本电脑 D．节能灯 【答案】A 【详解】A．电水壶利用电流的热效应工作，工作过程中电能主要转化为内能，用来加热水，故A符合题意； B．电风扇工作时，电能主要转化为扇叶的机械能，只有少量电能转化为内能，故B不符合题意； C． 笔记本电脑工作时，电能主要转化为屏幕的光能、扬声器的声能等，内能不是主要转化方向，故C不符合题意； D．节能灯工作时，电能主要转化为光能，只有少量电能转化为内能，故D不符合题意。 故选A。 2．下列用电器中，利用电流热效应工作的是（　　） A．电热水壶 B．计算器 C．电冰箱 D．收音机 【答案】A 【详解】A．电热水壶工作时主要把电能转化为内能，是利用了电流的热效应来工作的，故A符合题意； B．计算器工作时主要将电能转化为光能，不是利用电流热效应，故B不符合题意； C．电冰箱工作时主要将电能转化为压缩机的机械能，不是利用电流热效应，故C不符合题意； D．收音机工作时主要将电能转化为声能，不是利用电流热效应，故D不符合题意。 故选A。 3．下列利用电流热效应工作的用电器是（     ） A．电风扇 B．电视机 C．扫地机 D．电饭煲 【答案】D 【详解】利用电流热效应工作的用电器主要将电能转化为内能； AC．电风扇和扫地机核心部件均为电动机，主要将电能转化为机械能，故AC不符合题意； B．电视机工作时主要将电能转化为光能和声能，故B不符合题意； D．电饭煲工作时主要将电能转化为内能，故D符合题意。 故选D。 4．下图中的家用电器主要利用电流的热效应工作的是（     ） A．洗衣机 B．电暖器 C．笔记本电脑 D．台灯 【答案】B 【详解】A．洗衣机主要将电能转化为机械能，故A不符合题意； B．电暖器工作时主要将电能转化为内能，用来发热取暖，是主要利用电流的热效应工作，故B符合题意； CD． 笔记本电脑主要将电能转化为光能、声能，台灯主要将电能转化为光能，不是主要利用电流热效应工作，故CD不符合题意。 故选B。 5．规格均为“220 V  100 W”的用电器在额定电压下工作15 min，产生热量最多的是（     ） A．电热毯 B．电风扇 C．电视机 D．洗衣机 【答案】A 【详解】电风扇、洗衣机主要将电能转化为机械能，仅少部分转化为内能；电视机主要将电能转化为光能和声能，仅少部分转化为内能；电热毯是纯电阻用电器，工作时主要将电能转化为内能，因此产生热量最多的是电热毯，故选A。 题型 概念辨析及其应用 1．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。 2．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。 3．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。 活学活用 1．电热毯通电后发热，此过程_________能转化为_________能；灯丝的发红而导线却几乎不发热，原因是导线的电阻远远______（选填“大于”或“小于”）灯丝的电阻。 【答案】 电 内 小于 【详解】电热毯通电过程消耗电能，产生内能，故为电能转化为内能。 因灯丝与导线串联，通过它们的电流和通电时间均相同，由焦耳定律可知，相同时间内导线产生的热量远少于灯丝，故导线电阻远远小于灯丝电阻。 2．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 题型 电热的有关计算 1．如图所示电路，电源电压恒为3V，，闭合开关、，电流表的示数为0.5A，通电5min，产生的热量是______J。 【答案】180 【详解】闭合、时，与并联，电流表测干路电流，通过的电流为 由并联电路电流规律可知，通过的电流为 已知通电时间 则产生的热量为 2．如图所示的电路中，电源电压不变。电阻的阻值为，闭合开关S，电流表的示数为0.4A，电流表的示数为0.6A，求： (1)电源电压； (2)通电1min，产生热量为多少？ 【答案】(1)4V (2)48J 【详解】（1）由图可知，与并联，电流表A1测量通过的支路电流，电流表A2​测量干路总电流。并联电路中各支路两端电压等于电源电压，根据欧姆定律，电源电压为 （2）根据并联电路的电流规律，通过的电流 R2产生的热量为 3．如图所示电路中，电源电压不变，电阻的阻值为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，电路为的简单电路，电流表测电路中的电流，电源电压为 （2）开关S、均闭合时，和并联，电流表测干路的电流，由并联电路的特点可知，此时通过的电流不变，由并联电路电流特点可知，通过的电流为 由并联电路电压特点可知， 电阻的电功率 （3）开关S、均闭合时，整个电路在1min内产生的热量 （4）开关S、均闭合时，电阻在2min内产生的热量 活学活用 1．如图甲是一款车载电热水杯，其简化电路如图乙所示。正常工作时，车上电压为12V且保持不变，通过发热电阻R的电流为3A，指示灯L上标有“12V  0.3A”。请计算： (1)发热电阻R的阻值； (2)指示灯L的额定功率P额； (3)10s内电流通过发热电阻R产生的热量Q。 【答案】(1)4Ω (2)3.6W (3)360J 【详解】（1）由图乙可知，发热电阻与灯泡并联，发热电阻两端电压等于电源电压，则发热电阻的阻值 （2）指示灯的额定功率 （3）10s内电流通过发热电阻R产生的热量 2．如图是一款具有低温和高温两种模式的家用电热器简化电路图，和都是用来加热的电阻，阻值为。闭合、断开，电热器处于低温模式；闭合和，电热器处于高温模式，总功率为。[水的比热容]求： (1)低温模式，电路中的电流； (2)高温模式，电阻的电功率； (3)用高温模式对、的水加热，水升高的温度。（设电热器产生的热量全部被水吸收） 【答案】(1)5A (2)1000W (3)30℃ 【详解】（1）闭合、断开，电路中只有工作，电热器处于低温模式，电路中电流为 （2）闭合和，与并联，电热器处于高温模式，的电功率为 因并联电路总功率等于各支路功率之和，故的电功率为 （3）高温模式加热时间 电热器产生的热量为 因热量全部被水吸收，故水吸收的热量 水升高的温度为 题型 焦耳定律的综合应用；实验题 1．某小组在研究“电流产生的热量与电阻的关系”的实验。 (1)如图所示，将甲、乙两根电热丝，分别浸入装有煤油的瓶中，瓶内各插入一支温度计进行实验。电流通过电热丝时将电能转化为电热丝的______能； (2)实验中通过观察______来比较电流产生热量的多少； A．温度计示数的变化量 B．加热时间 (3)煤油的温度升高是通过______的方式增加了煤油的内能。 A．做功 B．热传递 【答案】(1)内 (2)A (3)B 【详解】（1）电流通过电热丝时会发热，将电能转化为电热丝的内能，这叫做电流的热效应。 （2）根据转换法，实验中通过观察温度计示数的变化量来比较电流产生热量的多少，温度计示数的变化量越大，说明电流产生热量越多，故A符合题意，B不符合题意。 故选A。 （3）电热丝产生的热量被煤油吸收，煤油的温度升高，内能增大，是通过热传递的方式增加了煤油的内能。故A不符合题意，B符合题意。 故选B。 2．某品牌电热水壶的简化电路如图所示，其中R1和R2为两根阻值不同的电热丝，S1为电源开关，S2为单刀双掷温控开关，可实现“煮沸”和“恒温”两档切换。该水壶的铭牌参数如下表所示。 项目 参数 额定电压 220V “煮沸”档额定功率 1000W “恒温”档额定功率 200W 容量 1.5L 电热水壶利用__________原理工作的，当开关S1闭合，S2接至触点1时，电热水壶处于_________档，电热丝R1的阻值为__________Ω。 【答案】 电流的热效应 煮沸 193.6 【详解】[1]电热水壶工作时将电能转化为内能，是利用电流的热效应原理工作。 [2]当S1闭合、S2接触点1时，电路中只有R2接入，总电阻较小；电源电压不变，根据电功率公式，电阻越小功率越大，“煮沸”档额定功率更大，因此此时电热水壶处于煮沸挡。 [3]当S2接触点2时，R1与R2串联，为恒温档，根据得，煮沸挡时 恒温档时，总电阻 根据串联电阻规律得 活学活用 1．如图是“探究电流通过导体时产生热量”的实验。甲、乙两套装置中各有两个相同的透明容器。其中密封着等量的空气和一段电阻丝（阻值在图中已标出），U形管中装有等量的液体，接通电源，观察现象。 （1）实验中通过观察U形管中______的变化来比较导体所产生热量的多少； （2）用甲装置进行实验时，一段时间后，______侧密闭容器中电阻丝产生的热量较多；（选填“左”、“右”） （3）乙装置中是探究电流产生的热量跟______的关系，若把右侧并联的两根电阻丝都放入透明容器内，一段时间后，______侧密闭容器中电阻丝产生的热量较多。（选填“左”、“右”） 【答案】 液面高度差 右 电流 左 【详解】（1）[1]电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但容器中气体温度的变化可以通过U形管中液面高度差的变化来反映，容器中气体的温度越高，U形管中液面高度差越大，这种研究方法叫转换法。 （2）[2]如图甲，两个电阻串联在电路中，通过两个电阻的电流相同，通电时间相同，电阻不同，右侧的电阻大于左侧的电阻，一段时间后，右侧U形管中液面高度差的变化较大，因此右侧容器中电阻丝产生的热量多。 （3）[3]图乙装置中右侧两个5Ω的电阻并联后再与左侧一个5Ω的电阻串联，根据串联电路的电流特点可知，通过右侧两个电阻的总电流和左侧电阻通过的电流相等，即左、右两侧容器中的电阻相同，通过的电流不同，因此乙装置中可以探究电流产生的热量跟电流大小的关系。 [4]把右侧并联的两根电阻丝都放入容器内，右侧两个5Ω的电阻并联，此时左侧电阻和右侧电阻是串联的，则通过左、右两侧的电流和通电时间都相同，右侧两个电阻并联后的电阻 根据焦耳定律可知，电流、通电时间相同，则产生的热量比值为 若把右侧并联的两根电阻丝都放入透明容器内，一段时间后，左侧密闭容器中电阻丝产生的热量较多。 2．如图甲是某品牌家用电吹风，其电路如图乙所示，、为发热电阻丝，M为电动机。通过调节开关，可使电吹风分别处于“停止”“冷风”“暖风”或“热风”四种状态。如图乙，要使电吹风处于“暖风”状态，应闭合开关________。已知电吹风处于“暖风”状态时，从出风口吹出的空气温度升高了20℃；处于“热风”状态时，相同时间从出风口吹出的空气温度升高了30℃。假设这两种状态下的热效率相同，相同时间内吹出的空气质量相同，则_________。 【答案】 S、S2 【详解】电吹风的“冷风”状态只有电动机工作，不产生额外热量；“暖风”状态需要电动机工作，同时只有一个发热电阻工作；“热风”状态是电动机和两个发热电阻同时工作。 观察电路图，要使电吹风处于“暖风”状态，应闭合开关S、S2。 设相同时间为t，空气比热容为c，相同时间吹出的空气质量为m，热效率为η，家庭电路电压为。暖风状态下，只有R1​发热，产生的热量用来升温 热风状态下，和同时发热， 解得 基础通关 一、单选题 1．下列用电器中，利用电流热效应工作的是（　　） A．电视机 B．电冰箱 C．电褥子 D．电风扇 【答案】C 【详解】电流通过导体时将电能转化成内能，这种现象叫做电流的热效应。也就是说，利用电流热效应工作的用电器主要是将电能转化为内能。 A．电视机工作时，主要是将电能转化为光能、声能等，而不是主要转化为内能，所以它不是利用电流热效应工作的，故A不符合题意； B．电冰箱工作时，是利用压缩机将制冷剂压缩，实现制冷功能，主要是将电能转化为机械能来实现制冷循环，并非主要利用电流热效应，故B不符合题意； C．电褥子工作时，电流通过电阻丝，将电能转化为内能，从而产生热量，是典型的利用电流热效应工作的用电器，故C符合题意； D．电风扇工作时，主要是将电能转化为机械能，使扇叶转动，产生风，而不是主要转化为内能，所以它不是利用电流热效应工作的，故D不符合题意。 故选C。 2．两个电热器的阻值之比为2:5，把它们并联起来接入电路中，相同时间内它们产生的热量之比是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】由题意可知，两个电热器并联起来接入电路中，且两电阻之比为 由于并联电路中各支路两端的电压相等，所以由可得，相同时间内产生的热量之比 3．已知一台直流电动机两端的电压为9V，通过电动机的电流为2A，线圈的电阻为，则在1内电动机消耗的电能及产生的热量分别为（　　） A．120J；120J B．1080J；120J C．1080J；1080J D．900J；120J 【答案】B 【详解】电动机1min消耗的电能为 产生的热量为 故选B。 4．相同规格（铭牌上标着220V，100W）的电炉子、电视机、电风扇，在额定电压下工作相同的时间，下列说法正确的是（　　） A．它们消耗的电能不同，电风扇产生的热量最多 B．它们消耗的电能相同，电视机产生的热量最多 C．它们消耗的电能相同，电炉子产生的热量最多 D．它们消耗的电能不同，电视机产生的热量最多 【答案】C 【详解】各用电器的额定功率相同，在额定电压下工作时它们的实际功率与额定功率相等。工作相同时间，由W=Pt可知，消耗的电能相同。电视机工作时主要是把电能转化为声能、光能和内能，产生的热量较少；电风扇工作时消耗电能大部分转化为机械能，产生很少的热量；电炉子工作时消耗的电能全部转化为内能，因此电流通过电炉子产生的热量最多。故C正确，ABD错误。 故选C。 5．如图是探究电流通过导体产生热量影响因素的实验装置，初始U形细管中各液面高度相平，容器中有等量空气且密闭良好，，将A、B接入电路中，下列说法正确的是（    ） A．通过和的电流相等 B．通电一段时间右侧U形管中液面高度差较大 C．该装置能探究电流通过导体产生热量的多少与通电时间的关系 D．若要探究电流通过导体产生热量的多少与电流的关系，必须满足 【答案】C 【详解】AB．图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可知 则通过左侧容器中电阻的电流大小大于通过右侧容器中电阻的电流，而通电时间相同，由可知，通电一段时间后左侧容器内电阻丝R1产生的热量多，因此左侧U形管中液面高度差较大，故AB错误； C．在实验过程中，通过开关的闭合和断开可以改变通电时间，并观察不同时间内同一电阻丝所在容器U形管中液面高度差的变化，所以能探究电流通过导体产生的热量与通电时间的关系，故C正确； D．要探究电流通过导体产生热量的多少与电流的关系，保持电阻和通电时间相同，通过两个电阻的电流不同，不是必须要求，只要R3有分流作用即可，故D错误。 故选C。 二、填空题 6．如图甲所示是超市常用的塑料袋封口夹，图乙是它的电路原理图。电源电压为，电热丝R的阻值为。闭合开关S，电路内产生的热量为__________J。 【答案】600 【详解】由题图可知，电路是的简单电路，则1min内产生的热量为 7．如图是一款烧水壶的简化电路，有加热和保温两种状态。烧水壶是利用电流的________效应工作的，当开关S1和S2均闭合时，烧水壶处于________（选填“加热”或“保温”）挡。 【答案】 热 加热 【详解】烧水壶工作时将电能转化为内能，是利用电流的热效应工作的；电源电压保持不变，根据电功率公式可知，电路总电阻越小，总功率越大，大功率挡位为加热挡。 当S1​和S2​均闭合时，R1​被短路，电路中只有R2​接入，总电阻小于S1​闭合，S2​断开时，R1、R2​串联的总电阻，此时总功率更大，因此烧水壶处于加热挡。 8．如图所示，开关S闭合后，发现、两只电流表的指针恰好偏转到同一位置，若通过的电流为，，则通电电阻产生的热量为________。 【答案】96 【详解】由图可知，与并联，并联电路各支路电压相等，两端电压为 电流表测量干路电流；电流表测量通过的支路电流。根据并联电路电流规律，可知干路电流大于支路电流。因为、两只电流表的指针恰好偏转到同一位置，说明二者选用的量程不同，选用大量程，分度值为；选用小量程，分度值为，相同指针位置下，大量程电流表的示数是小量程电流表示数的倍，即，由，可得，解得。通电1min电阻产生的热量为 三、计算题 9．通过某电阻丝的电流为2A时，测得它的电阻是2Ω，该电阻丝1min产生多少热量? 【答案】480J 【详解】电阻丝1min产生的热量 10．如图所示的电路中，电阻，电源电压保持不变，闭合开关后，电流表的示数为0.6A，电流表A的示数为0.9A。求： (1)消耗的功率是多少？ (2)的阻值是多少？ (3)电路工作5min，电阻产生的热量为多少？ 【答案】(1) 3.6W (2) 20Ω (3) 540J 【详解】（1）闭合开关后，R1与R2并联，A1测R1支路电流，A测干路电流。R1消耗的功率 （2）电源电压 由并联电路电流规律得，通过R2的电流 R2的阻值 （3）工作时间 R2产生的热量 11．某款小型电火锅具有高、中、低三挡控温功能，如图是它的简化电路图。开关可接触点1或2，、为加热电阻且，电火锅的部分参数如表所示，。画出三个挡位的等效电路图，求 电源电压/V 220 低温挡功率/W _______ 中温挡功率/W 550 高温挡功率/W 1100 (1)的阻值。 (2)电火锅在低温挡工作时的电流。 (3)在标准大气压下，使用高温挡将质量为、初温为的水烧开需要的时间（不计热量损失）。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）根据电源电压不变时，总电阻越大，总功率越小； 高温挡：闭合，接触点“2”时，与并联，总电阻最小，总功率最大； 低温挡：断开，接触点“1”时，与串联，总电阻最大，总功率最小 中温挡：只闭合，只有接入电路工作；已知中温挡功率。由得 （2）与串联时，总电阻最大，处于低温挡。因，故总电阻 由得 （3）与并联，总电阻最小，处于高温挡，总功率，不计热量损失时。标准大气压下沸水温度为，水吸收的热量 由得 四、实验题 12．如图所示为“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”实验的部分装置，两个相同的透明容器中封闭着等量的空气。 (1)实验中通过观察____________的变化来反映电阻产生热量的多少。 (2)连接好电路后闭合开关，通电一段时间，观察到右侧液面高于左侧液面，如图甲所示，表明在电流和通电时间相同的情况下，____________越大，产生的热量越多。 (3)乙图中R3与R2并联，目的是使通过R1与R2的____________不同。 【答案】(1)U形管两侧液面的高度差 (2)电阻 (3)电流 【详解】（1）电流产生的热量无法直接观测，但给导体通电后产生热量，容器内空气受热膨胀会带动相连U形管的液面出现高度差，电阻产热越多，空气膨胀越明显，U形管液面高度差就越大，因此通过U形管两侧液面高度差的变化反映产生热量的多少。 （2）图甲中两个电阻串联，通过的电流和通电时间完全相同，只有电阻大小不同，右侧电阻更大、液面更高说明产生热量更多，因此可得结论：电流和通电时间相同时，电阻越大，导体产生的热量越多。 （3）图乙中和并联后，再与串联，根据并联电路的电流规律，干路电流等于各支路电流之和，因此通过的电流是干路总电流，通过的电流只是支路的分电流，二者电流大小不相等，这一设计的目的就是探究产生热量多少与电流大小的关系。 13．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，在装有相同初温、质量的煤油的瓶子内装入铜丝和镍铬合金丝（R铜<R镍铬），如图所示。 (1)实验中是通过观察__________来显示电流产生热量的多少； (2)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，是因为煤油具有比热容__________、吸热升温__________的特点。 (3)如图所示，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，一段时间后观察到乙瓶中温度计的示数大于甲瓶中温度计的示数，可得出结论：电流和通电时间一定时，__________越大，电流产生的热量越多； (4)该实验装置还可以探究通电时间一定时导体产生的热量与__________的关系。 【答案】(1)温度计示数的变化 (2) 小 快 (3) 电流 电阻 (4)电流 【详解】（1）实验中，为了显示电流产生热量的多少，采用了转换法的思想，即通过观察温度计示数的变化来反映电流产生热量的多少，温度计示数变化越大，说明电流产生的热量越多。 （2）为了在较短的时间内达到明显的实验效果，应选用比热容较小的液体，因为比热容小的液体在吸收相同热量时，温度变化快。 在煤油和水两种液体中，煤油的比热容较小，因此应选用煤油。 （3）串联电路电流处处相等，实验中将铜丝和镍铬合金丝串联，是为了控制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，一段时间后观察到乙瓶中温度计的示数大于甲瓶中温度计的示数。由于乙瓶中的镍铬合金丝电阻大于甲瓶中的铜丝电阻，且通过它们的电流和通电时间相同，因此得出结论：在电流和通电时间一定时，电阻越大，电流通过导体产生的热量越多。 （4）该实验装置还可以探究通电时间一定时导体产生的热量与电流的关系，可以选择其中任一烧瓶，保证电阻和通电时间相同，通过滑动变阻器改变电路中的电流，可以得出结论：在电阻和通电时间一定时，电流越大，产生的热量越多。 素养提升 一、单选题 1．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 【详解】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。 2．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 【详解】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。 3．环境湿度对文物保存影响显著：湿度高于70%易腐蚀，低于30%易开裂。小明设计湿度检测装置，电路如图甲，电源电压12V，R为湿敏电阻，其阻值随湿度变化如图乙，定值电阻，下列说法正确的是（　　） A．环境湿度增大时，湿敏电阻R的阻值将变大 B．若将电压表改装为湿度表，要求湿度增大时示数随之增大，则该表应并联在两端 C．当环境湿度减小时，的电功率将增大 D．环境湿度稳定，电流表示数为0.2A，在10s内产生的焦耳热为0.6J 【答案】B 【详解】A．由图乙可知，环境湿度增大，电阻减小，故A错误； B．湿度增大时，电阻减小，根据串联分压可知其两端电压减小，总电压不变，则电阻两端电压增大，电压表应并联在电阻两端，故B正确； C．环境湿度减小，电阻增大，电路中电流减小，根据公式可知，电阻电功率减小，故C错误； D．当时，电阻产生的焦耳热为，故D错误。 故选B。 4．某款智能坐姿矫正器的简化电路如图所示。为定值电阻，可变电阻为距离传感器，眼睛与屏幕的距离越近，的阻值越小。电源电压恒为6 V，当电压表示数大于或等于4 V时，系统启动提醒功能。某次使用中，眼睛与屏幕的距离过近，电流表示数为0.2 A，此时系统刚好启动提醒。下列说法正确的是（     ） A．眼睛靠近屏幕时，电流表的示数变小 B．眼睛靠近屏幕时，电压表与电流表示数的比值变大 C．此时电路消耗的总功率为1.2 W D．10 s内电流通过产生的热量为12 J 【答案】C 【详解】A．眼睛靠近屏幕时，阻值减小，电路总电阻减小，电源电压不变，由可知，电路电流变大，电流表示数变大，故A错误； B．电压表与电流表示数的比值等于定值电阻的阻值，阻值不变，所以比值不变，故B错误； C．已知电源电压，此时电流，电路总功率，故C正确； D．系统刚好启动时，两端电压，内产生的热量，故D错误。 故选 C。 5．如图所示电路，电源电压为24V且保持不变，小灯泡L的规格为“12V  6W”（阻值不变），滑动变阻器R2的最大阻值为72Ω，电流表的量程为0~3A．当只闭合S1时，小灯泡恰能正常发光，在保证电路安全的情况下，下列说法正确的是（   ） A．只闭合S1时，5min内R1所产生的热量是30J B．只闭合S2时，L的电功率变化范围为1.5W~6W C．只闭合S2时，滑动变阻器R2的最大功率为4.5W D．开关都闭合时，电路总功率的变化范围为32W~62W 【答案】B 【详解】A．根据可得小灯泡的电阻 当只闭合时，与串联，小灯泡恰能正常发光，则此时电路中的电流 因为串联电路中总电压等于各分电压之和，所以两端的电压 5min内R1所产生的热量 故A错误； B．只闭合时，与串联。当时，两端电压等于电源电压，超过其额定电压，会被烧坏，这种情况不考虑。 当取最大值72Ω时，电路中的总电阻 电路中的电流 的最小电功率 而正常发光时功率为，所以的电功率变化范围是 故B正确； C．‌消耗的功率 当时，消耗的功率有最大值，最大值为 故C错误； D．开关都闭合时，与并联，被短路。已知只闭合时，，根据可得 与并联时，的电功率 因为电流表量程为，中的电流 则中的最大电流 则的最大功率 的最小功率 电路最大总功率 电路总功率的变化范围为 故D错误。 故选B。 二、填空题 6．如图所示，这是具有高温、低温两挡的某电热器的电路原理图，高温挡额定功率为660W；发热体由 R1 和 R2 两个电热丝构成，其中R1 的阻值为110Ω。当开关S1、S2 闭合时，电热器处于______挡，通过R2 的电流为_______A；电热器处于低温挡正常工作5min内产生的热量为_______J。 【答案】 高温 1 1.32×105 【详解】[1]当开关S1​、S2​闭合时，R1​与R2​并联，总电阻最小。根据，电压U不变时，电阻越小，功率越大，因此电热器处于高温挡。 [2]当开关S1​、S2​闭合时，R1​与R2​并联，电热器处于高温挡。R1消耗的功率为 则R2的功率 通过R2的电流 [3]S1闭合，S2断开时，只有R1​工作，为低温挡时。功率 时间 产生的热量 7．如图甲所示电路中，已知定值电阻。开关闭合后，两个完全相同的电流表、指针均指在同一位置，如图乙所示，则与的电阻之比______，在______s时间内产生的热量为72J。 【答案】 10s 【详解】[1]由电路图知，R1和R2并联，A1测干路电流，A2测R2支路电流；根据并联电路电流特点可知，干路电流等于各支路电流之和，而两电流表指针偏转角度相同，所以A1使用的是的量程，A2使用的是的量程，由乙图知，A1示数为1.5A，A2示数为0.3A，即干路电流，通过电阻R2中的电流 由并联电路电流规律可知，通过电阻R1中的电流 由得，电阻R1两端的电压 R1和R2并联，两端电压相等，即 由得，电阻R2的阻值 则R1与R2的电阻之比 [2]由题意可知，电阻R2的阻值，通过电阻R2中的电流，电阻R2产生的热量，由得，电阻R2的发热时间 8．如图所示，灯泡标有“12V  6W”字样，标有“10Ω  1.5A”，为标有“20Ω  1A”的滑动变阻器，电源电压恒定，闭合所有开关，灯泡恰好正常发光，则电源电压是_________V，10s内产生的热量为_________J；断开、，允许调节的最小阻值为_________Ω，移动滑片的过程中，的电功率与电路总功率之比最大为_________。 【答案】 12 144 2 2:3 【详解】[1]闭合所有开关，滑动变阻器被短路，定值电阻R1和灯泡并联，灯泡正常发光，因此电源电压为12V。 [2] R1电流 10s内产生的热量为 [3]断开S1、S2，R1 R2串联，R1允许的最大电流为1.5A，R2允许的最大电流为1A，为了安全，电路允许电流为1A，此时R2有最小阻值，电路总电阻为 R2有最小阻值 [4]移动R2滑片的过程中，根据串联分压，R2的电功率与电路总功率之比 R2的阻值越大，比值越大，当R2为20欧时，比值有最大值为 三、计算题 9．物理兴趣小组设计了如图所示电路，用于孵化鸡蛋。灯泡L的作用是通过光来检查鸡蛋的孵化情况，其标有“”字样；为孵化鸡蛋的加热电阻丝，总阻值为，当开关接2时，接入的阻值为。当只闭合开关时，灯泡L正常发光。求： (1)灯泡L正常工作时的电流。 (2)当只闭合开关、接1时，在内产生的热量。 (3)该电路的最大功率。 【答案】(1)0.5A (2)500J (3)15W 【详解】（1）根据公式，可得灯泡L正常工作的电流为 （2）当只闭合开关S、S1时，电路中只接入灯泡，灯泡L正常发光，说明电源电压 当只闭合开关、接1时，电路中只接入了R，且接入电路的阻值为 内产生的热量为 （3）当开关、都闭合，接2时，灯泡与的一半并联，此时电路总电阻最小，由可知，功率最大。 R接入一半的电功率为 电路总功率 10．随着我国经济发展，人民生活水平日益提高，出现了越来越多的潜水爱好者。为了保障安全，潜水员潜水时会佩戴图甲所示的水压表和深度表。图乙是某深度表的工作原理简化电路图，电源电压且恒定不变，定值电阻，电压表量程为，是阻值随水深度变化的电阻，其变化关系图像如图丙所示，允许通过的最大电流为0.24A。求： (1)深度表在水面上时，电路中的电流（计算结果保留1位小数）； (2)电压表示数为2V时，潜水员下潜的深度； (3)保证电路安全的情况下，潜入能承受的最大深度，1min产生的电热是多少？ 【答案】(1)0.1A (2)10m (3)36J 【详解】（1）由图乙可知，和串联，电压表测两端的电压。 深度表在海面上时，即时，由图丙可知，此时 由串联电路的电阻特点和欧姆定律可知电路中的电流为 （2）当电压表示数为时，即两端的电压为 通过的电流 即电路中的电流 由串联电路的电压特点可知两端的电压为 则此时的阻值为 由图丙可知，此时潜水员下潜的深度为 （3）由电压表量程知，当两端的电压最大，即时，电路中电流最大，连入电路的阻值最小，由图象知，潜入的深度最大， 此时电路电流为 此时电路总电阻为 的电阻为 1min产生的电热 迁移创新 一、综合题 1．生活中需要把两个分开的金属用焊锡连在一起，可以用电烙铁进行焊接。 (1)焊接时，电烙铁的温度很高，可以使固态的焊锡______（填写物态变化的名称）； (2)某种节能型电烙铁，其内部电路如图所示，其中R是发热电阻丝，L是指示灯。已知发热电阻R的阻值为1100Ω，正常工作时通过发热电阻的电流为0.20A，该电烙铁正常工作10s所放出的热量为______J； (3)该电烙铁工作时，正确的说法是______。（不定项选择） A．断开开关S2，L发光，电烙铁处于焊接状态 B．断开开关S2，L发光，电烙铁处于预热状态 C．闭合开关S2，L熄灭，电烙铁处于焊接状态 D．闭合开关S2，L熄灭，电烙铁处于预热状态 【答案】(1)熔化 (2)440 (3)BC 【详解】（1）焊接时，固态焊锡吸热变为液态，该物态变化为熔化。 （2）该电烙铁正常工作10s所放出的热量为 （3）AB.断开开关：发热电阻与指示灯串联，总电阻大，电源电压不变，由可知，的功率小、产热少，发光，电烙铁处于预热状态，故A错误，B正确。 CD.闭合开关：指示灯被短路，熄灭，电路中只有接入，总电阻小，的功率大、产热多，电烙铁处于需要高温的焊接状态，故C正确，D错误。 故选BC。 2．如图甲所示是便携式封口机 (1)工作时利用电流的________效应，使发热电阻温度快速升高，熔化塑料包实现封口。 (2)若封口时由于发热电阻温度过低，使用效果不佳，小华同学设计了几个改进方案，可行的是________； A．将发热电阻换成阻值更大的电阻，其余电路条件保持不变 B．将发热电阻换成阻值更小的电阻，其余电路条件保持不变 C．在电路中再串联一个电阻，其余电路条件保持不变 【答案】(1)热 (2)B 【详解】（1）封口机的发热电阻是利用电流的热效应工作来熔化塑料完成封口的。 （2）AB．因电源电压不变，发热电阻为纯电阻，由可知，相同时间内，发热电阻阻值越小，产生的热量越多，温度越高。换阻值更小的电阻可提升发热温度，故A错误，B正确； C．由串联电路电压规律可知，串联电阻都会使发热电阻电压减小，由可知电阻R产热减少，温度更低，故C错误。 故选B。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第13章 电功率 第3节 焦耳定律 课标要点 1. 理解电流的热效应的概念； 2. 知道电流产生的热量与哪些因素有关； 3. 学习焦耳定律的内容； 4. 焦耳定律的公式、计算及应用； 5. 电功、电热的有关公式及适用范围，及它们的联系与区别； 6. 电流热效应的应用。 学习重难点 重点：电流产生的热量与哪些因素有关；焦耳定律的内容、公式，有关计算及其应用。 难点：灵活运用电功、电热的计算公式及其适用范围；焦耳定律的综合应用。 知识点 电流通过导体产生热量的影响因素 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。 举例：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、自主活动 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。 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 13-3-2（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。 现象：乙瓶中的温度计示数大于甲瓶中温度计示数。 结论：电流通过导体产生的热量与电阻有关。且导体电流、通电时间一定时，导体电阻越大，产生的热量越多。 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 13-3-2（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、丙两瓶中煤油的最终温度。 现象：（以通过丙电热丝的电流比甲的大为例）丙瓶中的温度计示数大于甲瓶中温度计示数。 结论：电流通过导体产生的热量与电流有关。且导体电阻、通电时间一定时，通过导体的电流越大，产生的热量越多。 小结：电流通过导体产生的热量与通电时间、电流和电阻有关。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。 3、焦耳定律 焦耳通过实验研究，于 1840 年发现了电流 通过导体时产生的热量与电流、电阻、通电时间的定量关系： 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。 这一规律称为焦耳定律，可表示为 Q = I2Rt 其中，电流I的单位是安（A），电阻R的单位是欧(Ω), 时间t的单位是秒（s），电流产生热量Q的单位是焦（J ）。 注意： 1. 从公式我们能看出，电流通过导体产生的热量受电流的影响最大。 2. 在应用焦耳定律的表达式来解决问题时，应该根据具体情况进行分析选用，例如，当几个导体串联起来时，由于通过导体的电流相等，通电时间也相等，应用表达式Q = I2Rt分析，此时导体产生的热量与电阻R成正比；当几个导体并联起来时，由于加在导体两端的电压相等，通电时间也相等，应用表达式Q =分析，此时导体产生的热量与电阻成反比。 3.电功、电功率和焦耳定律计算公式对比 只有在纯电阻电路中可以用电功公式计算电热。因为在纯电阻电路中，电流做的功全部用来产生热量，此时电功等于电热，即W=Q。而在非纯电阻电路中，电流所做的功只有一部分用来产生热量，如电动机工作时，既产生热量又产生机械能，电功等于热量与机械能之和，即W>Q，故此时就不能用电功的公式来计算电热了。 随学随练 1．下列几种用电器，它们的额定电压和额定功率都相同，它们都正常工作1h，产生的热量最多的是（　　） A．电风扇 B．电脑 C．电冰箱 D．电烙铁 2．一个“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。 3．家用智能保温杯额定电压220V，正常加热时电阻为550Ω，正常工作电流为______A；通电10min产生的热量为______J。 4．如图所示的电路中，电源电压恒为6V，定值电阻R1的阻值为5Ω，闭合开关S后，电压表的示数为1.5V。求： (1)通过 R1的电流； (2)定值电阻R2的阻值； (3)整个电路1min产生的热量。 5．如图所示电路，电源电压恒为6V，灯泡L上标有“6V  3W”的字样（不考虑温度对电阻的影响）。闭合开关S，此时电流表的示数为1.5A，求： (1)通过灯泡L的电流； (2)通电10s，电阻R产生的热量； (3)电路消耗的总功率。 6．图为某品牌具有加热、保温两挡的电饭锅的简化电路图，额定电压为220V，是阻值不变的电热丝且，保温挡额定功率为220W。 (1)电饭锅是利用电流的_________效应工作的；当只闭合开关时，电饭锅处于_________挡。 (2)保温挡正常工作时的电流为_________A。 (3)加热挡正常工作100s产生的热量为_________J。 7．小强用如图装置，探究电流通过导体时产生热量的多少与电阻大小的关系：甲、乙两个相同的烧瓶中盛有等质量等初温的煤油，烧瓶中电阻丝的阻值分别为和，且。 (1)甲、乙两电阻串联的目的是为了控制通电时间和______相同，通电一段时间后，小强通过观察比较温度计示数的变化情况来比较两电阻的发热量，这是实验方法中的______法。当观察到乙瓶中的温度计示数升高得快，由此得出的实验结论是：______。 (2)将甲中的煤油，换成等质量等初温的水，并更换甲中的电阻丝，使，保持两电阻串联的连接方式不变，通电后可以观察到烧瓶______（选填“甲”或“乙”）中的液体升温更快。比较同一时刻水和煤油的吸热量：______（选填“水多”、“煤油多”或者“一样多”）。 (3)由此可以得出结论：______的吸热能力更强。 知识点 电流热效应的常见现象 1、电流热效应的有关现象 ①人们利用电流的热效应开发了各式各样的电加热器，如生活中常用的电热水器、烤面包机等。图13-3-3所示的电烙铁是焊接电路的常用工具，用发热的烙铁头熔化焊锡可以连接电路元件。如图13-3-4所示，工②人正在铺设发热电缆， 这是电地暖的主要部件之一。此外，串联在电路中的熔丝（俗称“保险丝”），也利用了电流热效应，当通过熔丝的电流超过一定限度时，其温度将达到熔点而熔断，电路随之切断，以此保证用电安全。 2、 电流通过导体产生的热量有时是“无用”的。除了电热器外，大多数通过用电器的电流做功将一部分电能转化为内能，也就是说，电流产生的热量小于电功。例如，电动机工作时，消耗的电能大部分转化为机械能，但有一小部分转化为 “无用”的内能。白炽灯消耗的电能只有一小部分转化为光能，其余大部分转化为“无用”的内能。与之相比，LED灯将电能转化为光能的效率更高一些，比较节能。 3、 电流的热效应除了消耗电能外，还可能造成一些危害。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。因此需要实时检查电路和电气设备，避免发生事故。 随学随练 1．下列用电器工作的过程中，电能主要转化为内能的是（     ） A．电水壶 B．电风扇 C．笔记本电脑 D．节能灯 2．下列用电器中，利用电流热效应工作的是（　　） A．电热水壶 B．计算器 C．电冰箱 D．收音机 3．下列利用电流热效应工作的用电器是（     ） A．电风扇 B．电视机 C．扫地机 D．电饭煲 4．下图中的家用电器主要利用电流的热效应工作的是（     ） A．洗衣机 B．电暖器 C．笔记本电脑 D．台灯 5．规格均为“220 V  100 W”的用电器在额定电压下工作15 min，产生热量最多的是（     ） A．电热毯 B．电风扇 C．电视机 D．洗衣机 题型 概念辨析及其应用 1．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 2．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 3．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”）。 活学活用 1．电热毯通电后发热，此过程_________能转化为_________能；灯丝的发红而导线却几乎不发热，原因是导线的电阻远远______（选填“大于”或“小于”）灯丝的电阻。 2．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。 题型 电热的有关计算 1．如图所示电路，电源电压恒为3V，，闭合开关、，电流表的示数为0.5A，通电5min，产生的热量是______J。 2．如图所示的电路中，电源电压不变。电阻的阻值为，闭合开关S，电流表的示数为0.4A，电流表的示数为0.6A，求： (1)电源电压； (2)通电1min，产生热量为多少？ 3．如图所示电路中，电源电压不变，电阻的阻值为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，求电阻在2min内产生的热量。 活学活用 1．如图甲是一款车载电热水杯，其简化电路如图乙所示。正常工作时，车上电压为12V且保持不变，通过发热电阻R的电流为3A，指示灯L上标有“12V  0.3A”。请计算： (1)发热电阻R的阻值； (2)指示灯L的额定功率P额； (3)10s内电流通过发热电阻R产生的热量Q。 2．如图是一款具有低温和高温两种模式的家用电热器简化电路图，和都是用来加热的电阻，阻值为。闭合、断开，电热器处于低温模式；闭合和，电热器处于高温模式，总功率为。[水的比热容]求： (1)低温模式，电路中的电流； (2)高温模式，电阻的电功率； (3)用高温模式对、的水加热，水升高的温度。（设电热器产生的热量全部被水吸收） 题型 焦耳定律的综合应用；实验题 1．某小组在研究“电流产生的热量与电阻的关系”的实验。 (1)如图所示，将甲、乙两根电热丝，分别浸入装有煤油的瓶中，瓶内各插入一支温度计进行实验。电流通过电热丝时将电能转化为电热丝的______能； (2)实验中通过观察______来比较电流产生热量的多少； A．温度计示数的变化量 B．加热时间 (3)煤油的温度升高是通过______的方式增加了煤油的内能。 A．做功 B．热传递 2．某品牌电热水壶的简化电路如图所示，其中R1和R2为两根阻值不同的电热丝，S1为电源开关，S2为单刀双掷温控开关，可实现“煮沸”和“恒温”两档切换。该水壶的铭牌参数如下表所示。 项目 参数 额定电压 220V “煮沸”档额定功率 1000W “恒温”档额定功率 200W 容量 1.5L 电热水壶利用__________原理工作的，当开关S1闭合，S2接至触点1时，电热水壶处于_________档，电热丝R1的阻值为__________Ω。 活学活用 1．如图是“探究电流通过导体时产生热量”的实验。甲、乙两套装置中各有两个相同的透明容器。其中密封着等量的空气和一段电阻丝（阻值在图中已标出），U形管中装有等量的液体，接通电源，观察现象。 （1）实验中通过观察U形管中______的变化来比较导体所产生热量的多少； （2）用甲装置进行实验时，一段时间后，______侧密闭容器中电阻丝产生的热量较多；（选填“左”、“右”） （3）乙装置中是探究电流产生的热量跟______的关系，若把右侧并联的两根电阻丝都放入透明容器内，一段时间后，______侧密闭容器中电阻丝产生的热量较多。（选填“左”、“右”） 2．如图甲是某品牌家用电吹风，其电路如图乙所示，、为发热电阻丝，M为电动机。通过调节开关，可使电吹风分别处于“停止”“冷风”“暖风”或“热风”四种状态。如图乙，要使电吹风处于“暖风”状态，应闭合开关________。已知电吹风处于“暖风”状态时，从出风口吹出的空气温度升高了20℃；处于“热风”状态时，相同时间从出风口吹出的空气温度升高了30℃。假设这两种状态下的热效率相同，相同时间内吹出的空气质量相同，则_________。 基础通关 一、单选题 1．下列用电器中，利用电流热效应工作的是（　　） A．电视机 B．电冰箱 C．电褥子 D．电风扇 2．两个电热器的阻值之比为2:5，把它们并联起来接入电路中，相同时间内它们产生的热量之比是（　　） A． B． C． D． 3．已知一台直流电动机两端的电压为9V，通过电动机的电流为2A，线圈的电阻为，则在1内电动机消耗的电能及产生的热量分别为（　　） A．120J；120J B．1080J；120J C．1080J；1080J D．900J；120J 4．相同规格（铭牌上标着220V，100W）的电炉子、电视机、电风扇，在额定电压下工作相同的时间，下列说法正确的是（　　） A．它们消耗的电能不同，电风扇产生的热量最多 B．它们消耗的电能相同，电视机产生的热量最多 C．它们消耗的电能相同，电炉子产生的热量最多 D．它们消耗的电能不同，电视机产生的热量最多 5．如图是探究电流通过导体产生热量影响因素的实验装置，初始U形细管中各液面高度相平，容器中有等量空气且密闭良好，，将A、B接入电路中，下列说法正确的是（    ） A．通过和的电流相等 B．通电一段时间右侧U形管中液面高度差较大 C．该装置能探究电流通过导体产生热量的多少与通电时间的关系 D．若要探究电流通过导体产生热量的多少与电流的关系，必须满足 二、填空题 6．如图甲所示是超市常用的塑料袋封口夹，图乙是它的电路原理图。电源电压为，电热丝R的阻值为。闭合开关S，电路内产生的热量为__________J。 7．如图是一款烧水壶的简化电路，有加热和保温两种状态。烧水壶是利用电流的________效应工作的，当开关S1和S2均闭合时，烧水壶处于________（选填“加热”或“保温”）挡。 8．如图所示，开关S闭合后，发现、两只电流表的指针恰好偏转到同一位置，若通过的电流为，，则通电电阻产生的热量为________。 三、计算题 9．通过某电阻丝的电流为2A时，测得它的电阻是2Ω，该电阻丝1min产生多少热量? 10．如图所示的电路中，电阻，电源电压保持不变，闭合开关后，电流表的示数为0.6A，电流表A的示数为0.9A。求： (1)消耗的功率是多少？ (2)的阻值是多少？ (3)电路工作5min，电阻产生的热量为多少？ 11．某款小型电火锅具有高、中、低三挡控温功能，如图是它的简化电路图。开关可接触点1或2，、为加热电阻且，电火锅的部分参数如表所示，。画出三个挡位的等效电路图，求 电源电压/V 220 低温挡功率/W _______ 中温挡功率/W 550 高温挡功率/W 1100 (1)的阻值。 (2)电火锅在低温挡工作时的电流。 (3)在标准大气压下，使用高温挡将质量为、初温为的水烧开需要的时间（不计热量损失）。 四、实验题 12．如图所示为“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”实验的部分装置，两个相同的透明容器中封闭着等量的空气。 (1)实验中通过观察____________的变化来反映电阻产生热量的多少。 (2)连接好电路后闭合开关，通电一段时间，观察到右侧液面高于左侧液面，如图甲所示，表明在电流和通电时间相同的情况下，____________越大，产生的热量越多。 (3)乙图中R3与R2并联，目的是使通过R1与R2的____________不同。 13．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，在装有相同初温、质量的煤油的瓶子内装入铜丝和镍铬合金丝（R铜<R镍铬），如图所示。 (1)实验中是通过观察__________来显示电流产生热量的多少； (2)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，是因为煤油具有比热容__________、吸热升温__________的特点。 (3)如图所示，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，一段时间后观察到乙瓶中温度计的示数大于甲瓶中温度计的示数，可得出结论：电流和通电时间一定时，__________越大，电流产生的热量越多； (4)该实验装置还可以探究通电时间一定时导体产生的热量与__________的关系。 素养提升 一、单选题 1．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．、 2．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 3．环境湿度对文物保存影响显著：湿度高于70%易腐蚀，低于30%易开裂。小明设计湿度检测装置，电路如图甲，电源电压12V，R为湿敏电阻，其阻值随湿度变化如图乙，定值电阻，下列说法正确的是（　　） A．环境湿度增大时，湿敏电阻R的阻值将变大 B．若将电压表改装为湿度表，要求湿度增大时示数随之增大，则该表应并联在两端 C．当环境湿度减小时，的电功率将增大 D．环境湿度稳定，电流表示数为0.2A，在10s内产生的焦耳热为0.6J 4．某款智能坐姿矫正器的简化电路如图所示。为定值电阻，可变电阻为距离传感器，眼睛与屏幕的距离越近，的阻值越小。电源电压恒为6 V，当电压表示数大于或等于4 V时，系统启动提醒功能。某次使用中，眼睛与屏幕的距离过近，电流表示数为0.2 A，此时系统刚好启动提醒。下列说法正确的是（     ） A．眼睛靠近屏幕时，电流表的示数变小 B．眼睛靠近屏幕时，电压表与电流表示数的比值变大 C．此时电路消耗的总功率为1.2 W D．10 s内电流通过产生的热量为12 J 5．如图所示电路，电源电压为24V且保持不变，小灯泡L的规格为“12V  6W”（阻值不变），滑动变阻器R2的最大阻值为72Ω，电流表的量程为0~3A．当只闭合S1时，小灯泡恰能正常发光，在保证电路安全的情况下，下列说法正确的是（   ） A．只闭合S1时，5min内R1所产生的热量是30J B．只闭合S2时，L的电功率变化范围为1.5W~6W C．只闭合S2时，滑动变阻器R2的最大功率为4.5W D．开关都闭合时，电路总功率的变化范围为32W~62W 二、填空题 6．如图所示，这是具有高温、低温两挡的某电热器的电路原理图，高温挡额定功率为660W；发热体由 R1 和 R2 两个电热丝构成，其中R1 的阻值为110Ω。当开关S1、S2 闭合时，电热器处于______挡，通过R2 的电流为_______A；电热器处于低温挡正常工作5min内产生的热量为_______J。 7．如图甲所示电路中，已知定值电阻。开关闭合后，两个完全相同的电流表、指针均指在同一位置，如图乙所示，则与的电阻之比______，在______s时间内产生的热量为72J。 8．如图所示，灯泡标有“12V  6W”字样，标有“10Ω  1.5A”，为标有“20Ω  1A”的滑动变阻器，电源电压恒定，闭合所有开关，灯泡恰好正常发光，则电源电压是_________V，10s内产生的热量为_________J；断开、，允许调节的最小阻值为_________Ω，移动滑片的过程中，的电功率与电路总功率之比最大为_________。 三、计算题 9．物理兴趣小组设计了如图所示电路，用于孵化鸡蛋。灯泡L的作用是通过光来检查鸡蛋的孵化情况，其标有“”字样；为孵化鸡蛋的加热电阻丝，总阻值为，当开关接2时，接入的阻值为。当只闭合开关时，灯泡L正常发光。求： (1)灯泡L正常工作时的电流。 (2)当只闭合开关、接1时，在内产生的热量。 (3)该电路的最大功率。 10．随着我国经济发展，人民生活水平日益提高，出现了越来越多的潜水爱好者。为了保障安全，潜水员潜水时会佩戴图甲所示的水压表和深度表。图乙是某深度表的工作原理简化电路图，电源电压且恒定不变，定值电阻，电压表量程为，是阻值随水深度变化的电阻，其变化关系图像如图丙所示，允许通过的最大电流为0.24A。求： (1)深度表在水面上时，电路中的电流（计算结果保留1位小数）； (2)电压表示数为2V时，潜水员下潜的深度； (3)保证电路安全的情况下，潜入能承受的最大深度，1min产生的电热是多少？ 迁移创新 一、综合题 1．生活中需要把两个分开的金属用焊锡连在一起，可以用电烙铁进行焊接。 (1)焊接时，电烙铁的温度很高，可以使固态的焊锡______（填写物态变化的名称）； (2)某种节能型电烙铁，其内部电路如图所示，其中R是发热电阻丝，L是指示灯。已知发热电阻R的阻值为1100Ω，正常工作时通过发热电阻的电流为0.20A，该电烙铁正常工作10s所放出的热量为______J； (3)该电烙铁工作时，正确的说法是______。（不定项选择） A．断开开关S2，L发光，电烙铁处于焊接状态 B．断开开关S2，L发光，电烙铁处于预热状态 C．闭合开关S2，L熄灭，电烙铁处于焊接状态 D．闭合开关S2，L熄灭，电烙铁处于预热状态 2．如图甲所示是便携式封口机 (1)工作时利用电流的________效应，使发热电阻温度快速升高，熔化塑料包实现封口。 (2)若封口时由于发热电阻温度过低，使用效果不佳，小华同学设计了几个改进方案，可行的是________； A．将发热电阻换成阻值更大的电阻，其余电路条件保持不变 B．将发热电阻换成阻值更小的电阻，其余电路条件保持不变 C．在电路中再串联一个电阻，其余电路条件保持不变 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $