18.4 焦耳定律（分层作业）物理新教材人教版九年级全一册

18.4 焦耳定律 目 录 A组 巩固过关 知识点1：电流的热效应与焦耳定律 知识点2：焦耳定律的简单计算 知识点3：探究电流产生的热量与哪些因素有关 知识点4：电热的利用与防止 B组 能力进阶 C组 思维拔高 电流的热效应与焦耳定律知识点1 1. 请完成下列填空。 （1）电流通过导体时，电能转化为______能，这种现象叫做电流的______。 （2）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______，跟导体的电阻成______，跟通电时间成______。 （3）焦耳定律的公式是______，其中I的单位是______，R的单位是______，t的单位是______，Q的单位是______。 【答案】（1）内；热效应 （2）正比；正比；正比 （3）Q=I2Rt；安培（A）；欧姆（Ω）；秒（s）；焦耳（J） 【详解】 电流通过导体时，由于导体有电阻，电能会转化为内能，这就是电流的热效应。焦耳定律定量描述了电流产生的热量与电流、电阻、通电时间的关系，公式为 Q=I2Rt，计算时单位必须统一为A、Ω、s、J。 2. 关于焦耳定律 Q=I2Rt，下列说法正确的是（ ） A. 焦耳定律只适用于纯电阻电路 B. 焦耳定律适用于所有电路 C. 导体电阻越大，产生的热量一定越多 D. 通电时间越长，产生的热量一定越多 【答案】B 【详解】 焦耳定律适用于所有电路，A错误，B正确。由Q=I2Rt可知，热量多少与 I2、R、t都有关，不能只凭电阻大或时间长就判断热量一定多，C、D错误。故选B。 3. 在纯电阻电路中，电热与电功的关系是 Q______W（选填“＞”“＜”或“＝”）；在非纯电阻电路中，如电动机工作时，电功______电热（选填“大于”“小于”或“等于”）。 【答案】＝；大于 【详解】 纯电阻电路中，电能全部转化为内能，所以 Q=W，可用 Q=W=UIt=I2Rt=U2/Rt计算。非纯电阻电路中，电能一部分转化为机械能等其他形式能，只有一部分转化为内能，所以 W>Q，但电热仍用 Q=I2Rt计算。 焦耳定律的简单计算知识点2 4．如图为烤火炉的简化电路图，电源电压220V，两个发热电阻阻值均为88Ω，该烤火炉有低温和高温两个挡位，则烤火炉处于高温挡时的功率为 W，处于低温挡工作1min产生的电热为 J。 【答案】1100 33000 【详解】 [1]当两个开关都闭合时，两个电阻并联，此时电路的总电阻最小，由可知，功率最大，为高温挡。单个电阻的功率 两个电阻并联，总功率 即烤火炉处于高温挡时的功率为1100W。 [2]当只闭合开关S时，只有一个电阻接入电路，此时电路总电阻较大，由可知，功率较小，为低温挡。低温挡的功率 工作时间 根据 可知，低温挡工作1min产生的电热为 5．图（甲）是分别探究导体A、B、C两端电压与所通过电流的关系时得到的U-I图像，现选择其中一个导体设计成额定电压为220V的电热水壶。 (1)电热水壶工作时，电能转化为 能； (2)求导体B的电阻； (3)从烧水快的角度考虑，应选择哪个导体，请说明理由；计算出该电热水壶的功率并将图（乙）的铭牌补充完整。 【答案】(1)内 (2)110Ω (3)C，见解析；1100 【详解】 （1）电热水壶工作时，利用电流的热效应，将电能转化为内能。 （2）由图像可知，对于导体B，当UB=220V时，IB=2.0A。根据欧姆定律得，导体B的电阻 （3） 烧水快意味着电热水壶的功率大，根据P = UI，在额定电压一定时，电流越大，功率越大。由图像可知，当U=220V时，导体B的电流IB=2.0A，导体A的电流IA=1.0A，导体C的电流IC>2.5A，所以导体C的电流最大，功率最大，应选择导体C。 导体C的电阻 该电热水壶的功率 所以乙图铭牌中额定功率应补充为1100W。 6．如图所示R1=10Ω，R2=20Ω，闭合开关后，电流表的示数为0.3A。 (1)通过R2的电流是多少？ (2)通电1minR1产生的热量是多少？ 【答案】(1)0.15A (2)54J 【详解】 （1）设R1两端电压为U，由欧姆定律得U = I1R1= 0.3A × 10Ω = 3V 因R1与R2并联，由并联电路电压规律可知R₂两端电压也为3V，则由欧姆定律可得通过R2的电流为 （2）由焦耳定律可得通电1minR1产生的热量是Q =I12R 1t=0.3A×0.3A×10Ω× 60s= 54J 探究电流产生的热量与哪些因素有关知识点3 7．如图是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验，下列正确的是（  ） A．甲，乙两实验都可以用来研究电流通过导体产生的热量与通电时间的关系 B．甲实验中两个电阻串联在同一个电路中只是为了保证流过两个电阻的电流相等 C．将乙图中右侧容器外接电阻换小一些，则右侧U形管高度变化会更明显 D．乙实验通电一段时间后，左右两侧容器内空气的温度之比约为 【答案】A 【详解】 A．甲、乙两实验中，都可以通过控制变量，改变通电时间，观察 U 形管液面高度变化，来研究电流通过导体产生的热量与通电时间的关系，故A 正确； B．甲实验中两个电阻串联在同一电路中，不仅是为了保证流过两个电阻的电流相等，还能控制通电时间相同，故B错误； C．乙图中右侧容器外接电阻换小一些，根据并联电阻的规律，并联部分的总电阻变小，由分压原理，并联部分两端的电压变小，则通过右侧容器内电阻的电流会变小，由 可知，产生的热量减少，右侧U 形管高度变化会更不明显，故C 错误； D．乙实验中，左侧电阻电流 I左 ，右侧电阻与外接 5Ω 电阻并联，根据并联电路电流规律，右侧电阻电流。由 ，R相同，t相同，可得 ，则左右两侧容器内空气的温度之比约为 4:1 ，故D 错误。 故选：A。 8．如图甲所示为小明家的电能表，若小明家此时只有电炉在烧水，该电能表的转盘在 2min 内转了 30 转，则这段时间内小明家消耗的电能为 kW∙h，可以算得电炉子的功率为 W，小明观察到图乙电炉丝热得发红，而跟电炉丝连接的导线却发热不明显，可以通过比较图丙实验中的 （选填“A、B、C”）两个液柱高度可解释说明这种情况。 【答案】 0.05 1500 B、C 【详解】 [1]图甲中，电能表每消耗1kW∙h的电能转盘转动600转，2min内，消耗的电能 [2]电炉子的功率 [3]电炉丝与连接的导线串联连接，通过的电流相同，发热情况不同，是因为两者的电阻不同，图丙中，A和B、C中通过的电流不同，B和C通过的电流相同，电阻不同，所以由B和C两个液柱高度可解释说明。 9．在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”时，小明和小华同时进行了实验，小明设计的实验电路如图A所示，在两个完全相同的玻璃瓶甲、乙内插入温度计a、b。 (1)为了让实验效果更显著，小明应在图A的甲、乙两瓶中加入质量、初温 （选填“不同”或“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______（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)爱思考的小明还利用该实验装置比较不同物质的吸热能力，在图A甲、乙两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体，且换用两根电阻丝的阻值 。闭合开关，一段时间后，若温度计a比温度计b温度升高得快，则甲、乙两瓶内液体比热容的关系为 ；（均选填“>”“<”或“=”） (4)另一小组的小华同学用图B所示装置探究电流通过导体产生的热量与电流关系的实验，实验中给装置通电， （选填“左边”或“右边”）U形管内的液面高度变化较快。若通过左侧容器中电阻丝的电流是2A，则右侧容器中电阻丝在1min内产生的热量是 J。 【答案】(1)相同 煤油 (2)B (3)= ＜ (4)左边 300 【详解】 （1）[1][2]为了让实验效果更显著，即温度计的示数变化的更明显，小明应在图A的甲、乙两瓶中加入比热容较小的煤油，这样才吸收相同的热量时，煤油升高得温度更多，实验效果更显著，而根据控制变量法可知两瓶中的煤油的初温和质量都应相同。 （2）本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。 A．电流与电压、电阻均有关，每次只能探究一个因素，主要用到的探究方法是控制变量法，故A不符合题意； B．电阻的大小不易直接观察，探究导体电阻的大小与哪些因素有关，通过电流表的示数反映电阻的大小，用到了转换法，故B符合题意； C．“伏安法”测电阻是欧姆定律的应用，故C不符合题意。 故选B。 （3）[1]比较不同物质的吸热能力时，要保证两种物质吸收的热量相同，所以甲乙两瓶中的电阻丝阻值应相等，这样在相同时间内电阻丝产生的热量相同，可以保证两种液体吸收的热量相同。 [2]根据公式Q=cmΔt可知，质量和初温都相同时，吸收相同的热量，甲液体温度升高得比乙液体多，说明甲液体比热容小于乙液体的比热容。 （4）[1]如图所示，一个阻值为5Ω的电阻与两个5Ω电阻并联后的整体串联，则由串、并联电路的电流规律可知，通过乙容器中的电阻的电流是通过甲容器中电阻的电流的一半，根据焦耳定律可知，相同时间内甲容器中的电阻产生的热量更多，其中的气体受热膨胀得更快，则与之相连的左边的U形管内的液面高度变化较快。 [2]如图所示，可知通过左侧容器中电阻丝的电流2A为干路电流，根据并联电路的电流规律可知，通过右侧容器中电阻丝的电流为1A，则由焦耳定律的在1min内它产生的热量是Q=I2Rt=（1A）2×5Ω×60s=300J 电热的利用与防止知识点4 10．下列应用属于电热防止的是（　　） A．鸡苗孵化器 B．手机内安装石墨片 C．电热毯 D．通电的电炉丝 【答案】B 【详解】 ACD．鸡苗孵化器、电热毯、通电的电炉丝，都是利用电流的热效应来获得需要的热量，属于电热的利用，故ACD不符合题意； B．手机工作时产生的热量会损坏内部电子元件，安装石墨片是利用石墨良好的导热性散发热量，避免热量堆积，属于电热的防止，故B符合题意。 故选：B。 11．电流的热效应在科研、生产、生活中被广泛应用，有时使用不当也会给人们带来危害。下列情况中属于利用电流热效应的是（　　） A．电脑两侧有散热孔 B．冬天用电暖气取暖 C．电视机的后盖有许多孔 D．“超导体”技术在远距离输电中的应用 【答案】B 【详解】AC．电脑两侧的散热孔和电视机后盖上的孔，都是为了使用电器工作时产生的热量及时散发，避免用电器过热，故AC不符合题意； B．冬天用电暖气取暖是利用电流热效应产生的热量，故B符合题意； D．“超导体”电阻为0，所以在输电的过程中，不会产生热量，故D不符合题意。 故选B。 12．小明家夏天常用的电热驱蚊器是利用电流的 效应工作的，其发热元件是一个阻值为2420Ω的电阻。将该电热驱蚊器接在家庭电路中正常通电1小时，它产生的热量为 J。 【答案】 热 7.2×104 【详解】 夏天常用的电热驱蚊器是利用电流的热效应工作的。 我国家庭电路电压为220V，电热驱蚊器正常通电1小时，产生的热量为 13．雨、雪等在冬季有时会冻结在输电线上，如图所示。为了保证正常供电，通常要给输电线除冰：在短时间内让输电线不经过用电器而直接接通，使输电线中的电流______（选填“增大”“减小”或“不变”），产生的热量______（选填“增多”“减少”或“不变”），从而使冰熔化。 【答案】 增大 增多 【详解】 [1]输电线不经过用电器直接接通，相当于短路，此时电路中电阻减小，根据欧姆定律（电压U不变），电流会增大。 [2]根据焦耳定律，电流增大，在电阻R和时间t不变的情况下，产生的热量增多，从而使冰熔化。 14．将两根发热电阻丝串联起来接在电路中，如图所示，若，经过足够长的时间，则先被点燃的火柴是（    ） A．火柴甲 B．火柴乙 C．同时点燃 D．无法确定 【答案】B 【详解】 因为两电热丝R1、R2串联，所以通过它们的电流和通电时间都相同；根据焦耳定律Q=I2Rt可知，在电流和通电时间一定时，电阻越大产生的热量越多；因为R1＜R2，所以Q1＜Q2，电炉丝R2的温度高，火柴先被点燃。 故选：B。 15．关于电功、电能、电热和电功率，下列说法中正确的是（　　） A．对所有用电器来说，电流做功的多少等于用电器消耗电能的多少 B．电视机消耗电能的多少等于电视机中产生电热的多少 C．某用电器的电功率越大，它消耗的电能越多 D．电流产生热量相同的用电器，消耗的电能一定相同 【答案】A 【详解】 A．电流做功的过程就是用电器消耗电能的过程，电流做了多少功，用电器就消耗了多少电能，故A正确； B．电视机工作时，电能主要转化为光能、声能等其他形式的能，只有少量转化为电热，因此消耗的电能远大于产生的电热，故B错误； C．用电器消耗的电能由电功率和通电时间共同决定，公式为，电功率大的用电器，若通电时间很短，消耗的电能也可能很少，故C错误； D．不同用电器的能量转化情况不同，例如电暖器电能几乎全部转化为电热，而电风扇电能主要转化为机械能，只有少量转化为电热，因此电流产生热量相同时，消耗的电能不一定相同，故D错误。 故选：A。 16．如图所示是两个实验室中常用的定值电阻和，两电阻均由粗细均匀、材料相同的电阻丝缠绕在相同的圆柱形绝缘棒上制成，绕制比绕制所用的电阻丝更粗、且缠绕的圈数更少。将、并联在电路中工作一段时间。关于和相关物理量的比较，下列说法正确的是（　　） A．通过的电流更小 B．两端的电压更大 C．消耗电能更快 D．电流通过产生的热量更多 【答案】C 【详解】 AB．电阻的大小与导体的材料、长度、横截面积和温度有关。两电阻丝材料相同，R1的电阻丝更粗，即横截面积大、缠绕圈数更少，即长度更短，则。并联电路中各支路两端的电压相等，都等于电源电压，所以R1和R2两端的电压相等；根据欧姆定律，可知通过R1的电流大于通过R2的电流，故AB错误； C．电功率表示电流做功的快慢，R1和R2两端的电压相等，且，根据，可知R1的电功率大于R2的电功率，即R1消耗电能更快，故C正确； D．R1和R2两端的电压相等，工作时间相同，且，根据公式，可知电流通过R1产生的热量更多，故D错误。 故选：C。 17．小曹连接如图所示电路，闭合开关，发现灯泡比更亮，分析此时两个灯泡相关物理量的大小关系，下列判断正确的是（　　） A．相同时间内流过灯泡的实际电流产生的热量更少 B．灯泡的电阻更小 C．相同时间内灯泡消耗的电能更多 D．灯泡的实际功率更小 【答案】C 【详解】 图中 L1与 L2 串联，串联电路中电流处处相等。灯泡亮度由实际功率决定， L1更亮，说明 L1的实际功率更大。 B．根据 ，电流 I 相同， L1实际功率大，则电阻R更大，故B错误； A．根据 ，电流 I 、时间 t 相同， L1实际功率大，则电阻 R 更大，产生的热量更多，故A错误； C．根据  ，时间t相同， L1实际功率大，则消耗的电能更多，故C正确； D．灯泡亮度由实际功率决定， L1更亮，实际功率更大，故D错误。 故选：C。 17．利用图中5个阻值相等的电阻完成“焦耳定律”的探究实验，以下说法错误的是（    ） A．本实验采用的研究方法有“控制变量法”和“转换法” B．通电后会发现在相同时间内乙产生的热量是丙产生热量的2倍 C．若要探究导体的电阻对电热的影响，应该选择观察甲、乙 D．图丙中外接5Ω电阻的作用是改变流过电阻E的电流，使通过电阻A、E的电流不同 【答案】B 【详解】 A．电流通过电阻丝产生的热量越多，容器内空气吸收的热量越多，气体的温度越高，容器内气体压强就越大，气体推动U形管中液体移动，则U形管中液面的高度差就越大，即通过U形管中液面高度差的变化可以反映电流产生热量的多少，采用了转换法；由于电流通过导体产生的热量跟电流、电阻和通电时间有关，所以探究电流通过导体产生的热量跟某个因素的关系时，要用到控制变量法，故A正确，不符合题意； B．由图可知，乙容器中的电阻是丙容器中的电阻的2倍，乙的电流是丙的电流的2倍，根据Q=I2Rt可知，乙中产生的热量是丙的8倍；故B错误，符合题意； C．要探究电阻对电热的影响，应控制通电时间和电流大小相同，电阻大小不同，故应该选用甲和乙，故C正确，不符合题意； D．如图所示，图丙中外连接5Ω电阻使得电阻D、E并联，电阻A处在干路上，根据并联电路电流规律可知，通过电阻A的电流大于通过电阻E的电流，故外接5Ω电阻的作用是使通过金属丝A、E的电流不同，故D正确，不符合题意。 故选：B。 18．如图所示，在串联电路中有两个装有等质量煤油的密闭烧瓶A、B，两个烧瓶中分别放有加热电阻丝RA和RB，闭合开关后经过一段时间烧瓶A、B中的温度计示数分别为40℃和60℃。已知温度计初始温度均为20℃。则电阻RA和RB的比值为（　　） A．1∶2 B．2∶3 C．2∶1 D．3∶2 【答案】A 【详解】 由题意知两电阻丝串联，电流相同，通电时间相同，但电阻阻值不同，A、B的质量相同，则吸收的热量之比 由题意可知，吸收的热量等于电阻产生的热量，根据焦耳定律Q=I2Rt得 故选：A。 19．在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”时，小明和小华同时进行了实验，小明设计的实验电路如图A所示，在两个完全相同的玻璃瓶甲、乙内插入温度计a、b。 (1)为了让实验效果更显著，小明应在图A的甲、乙两瓶中加入质量、初温 （选填“不同”或“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______（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)爱思考的小明还利用该实验装置比较不同物质的吸热能力，在图A甲、乙两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体，且换用两根电阻丝的阻值 。闭合开关，一段时间后，若温度计a比温度计b温度升高得快，则甲、乙两瓶内液体比热容的关系为 ；（均选填“>”“<”或“=”） (4)另一小组的小华同学用图B所示装置探究电流通过导体产生的热量与电流关系的实验，实验中给装置通电， （选填“左边”或“右边”）U形管内的液面高度变化较快。若通过左侧容器中电阻丝的电流是2A，则右侧容器中电阻丝在1min内产生的热量是 J。 【答案】(1)相同 煤油 (2)B (3)= ＜ (4)左边 300 【详解】 （1）[1][2]为了让实验效果更显著，即温度计的示数变化的更明显，小明应在图A的甲、乙两瓶中加入比热容较小的煤油，这样才吸收相同的热量时，煤油升高得温度更多，实验效果更显著，而根据控制变量法可知两瓶中的煤油的初温和质量都应相同。 （2）本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。 A．电流与电压、电阻均有关，每次只能探究一个因素，主要用到的探究方法是控制变量法，故A不符合题意； B．电阻的大小不易直接观察，探究导体电阻的大小与哪些因素有关，通过电流表的示数反映电阻的大小，用到了转换法，故B符合题意； C．“伏安法”测电阻是欧姆定律的应用，故C不符合题意。 故选B。 （3）[1]比较不同物质的吸热能力时，要保证两种物质吸收的热量相同，所以甲乙两瓶中的电阻丝阻值应相等，这样在相同时间内电阻丝产生的热量相同，可以保证两种液体吸收的热量相同。 [2]根据公式Q=cmΔt可知，质量和初温都相同时，吸收相同的热量，甲液体温度升高得比乙液体多，说明甲液体比热容小于乙液体的比热容。 （4）[1]如图所示，一个阻值为5Ω的电阻与两个5Ω电阻并联后的整体串联，则由串、并联电路的电流规律可知，通过乙容器中的电阻的电流是通过甲容器中电阻的电流的一半，根据焦耳定律可知，相同时间内甲容器中的电阻产生的热量更多，其中的气体受热膨胀得更快，则与之相连的左边的U形管内的液面高度变化较快。 [2]如图所示，可知通过左侧容器中电阻丝的电流2A为干路电流，根据并联电路的电流规律可知，通过右侧容器中电阻丝的电流为1A，则由焦耳定律的在1min内它产生的热量是Q=I2Rt=（1A）2×5Ω×60s=300J 20．小付同学过年时买了一个电热杯垫给妈妈，如图所示。电热杯垫有加热和保温两挡功能（通过闭合或断开开关来实现该功能），通过USB接口接到电脑上可以随时喝上热饮。杯垫内部简化电路如图所示，R1、R2为加热元件，USB接口的输出电压为5V，R1电阻10Ω，当处于加热状态时，整个电路消耗的功率为7.5W。求： （1）只闭合S1时，通过R1的电流是多少A？ （2）保温30min时产生的热量是多少J？ （3）电阻R2的阻值是多少Ω？ 【答案】（1）0.5A；（2）4500J；（3）5Ω 【详解】 （1）由电路图可知，当只闭合S1时，只有电阻R1工作，此时电路中电阻最大，电源电压一定，根据P知，电功率最小，为保温状态；两开关都闭合时，两电阻并联，电路中电阻最小，电功率最大，为加热状态；则只闭合S1时，通过R1的电流，即整个电路的电流为 I10.5A （2）保温30min时产生的热量为 QR1t=(0.5A)2×10Ω×30×60s=4500J （3）当S1、S2同时闭合时，R1与R2并联，处于加热状态，由P=UI可得，加热状态时整个电路的电流为 I1.5A 因为并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以通过R2的电流为 I2=I-I1=1.5A-0.5A=1A 由欧姆定律可得 R25Ω 答：（1）只闭合S1时，通过R1的电流是0.5A； （2）保温30min时产生的热量是4500J； （3）电阻R2的阻值是5Ω。 21．如图甲所示电路，电源电压保持不变，闭合开关S，滑动变阻器的滑片P从b端移到a端的过程中，电流表示数I与电压表示数U的关系如图乙所示。下列说法中（　　） ①电源电压为6V ②定值电阻R的阻值为5Ω ③滑动变阻器的最大阻值为10Ω ④滑片P在b端时，通电1min电阻R产生的热量为27J A．①④正确 B．①③正确 C．②③④正确 D．①②④正确 【答案】C 【详解】 ①②由图甲可知，定值电阻R与滑动变阻器 RP 串联，电流表测电路中的电流，电压表测定值电阻R两端的电压，当滑片P在a端时，RP连入电路的电阻为0，电路中只有R工作，则电压表示数最大且等于电源电压，由图乙可知，电源电压U=Ua=4.5V 此时电路中的电流Ia=0.9A，根据欧姆定律可得，定值电阻R的阻值 故①错误，②正确； ③当滑片P在b端时，变阻器连入电路的电阻最大，电路的总电阻最大，由欧姆定律可知电路中的电流最小，由图乙可知，R两端的电压Ub=1.5V，此时电路中的电流Ib=0.3A，根据串联电路的电压规律，RP两端电压UP=U-Ub=4.5V-1.5V=3V 根据欧姆定律可得，滑动变阻器的最大阻值 故③正确； ④滑片P在b端时，通电1min电阻R产生的热量为Q=Ib2Rt=(0.3A)2×5Ω×60s=27J 故④正确。 故选：C。 22．如图甲所示电路中，电源电压不变，电流表的量程为0~0.6A，电压表的量程为0~15V，小灯泡参数模糊不清。第一次只闭合开关S、S1，滑片P从a端移到b端；第二次只闭合开关S、S2，保证电路中所有元件都安全的前提下，最大范围内移动滑片P。图乙是这两次实验过程绘制的电压表与电流表示数的关系图像。下列说法正确的是（　　） A．电源电压为10V B．小灯泡的参数为“2V  0.4A” C．只闭合S、S2，为保证电路安全，滑动变阻器的阻值范围为7.5~30Ω D．只闭合S、S1，滑片P移至b端时，通电10s，R0产生的热量为32J 【答案】D 【详解】 由图乙可知，第一次只闭合开关S、S1，滑动变阻器与定值电阻R0串联，电压表测滑动变阻器两端电压，电流表测电路中的电流；第二次只闭合开关S、S2，滑动变阻器与灯泡L串联，电压表测滑动变阻器两端电压，电流表测电路中的电流；第一次只闭合开关S、S1，滑片P从a端移到b端，当滑片移动到b端时，滑动变阻器接入电路中的电阻为0，其分得的电压为0，即电压表示数为0，所以图乙中直线为滑动变阻器与R0串联时的图像，曲线为滑动变阻器与灯泡L串联时的图像。 A．只闭合开关S、S1，滑片P移动到b端时，电路中只有R0，此时电路中电流最大为 滑片P在a端时，滑动变阻器与定值电阻串联，电路中的电流最小，最小为0.2A；由欧姆定律得，电源电压 即 解得R0＝20Ω 电源电压 故A错误； B．图乙中曲线为滑动变阻器与灯泡串联时的图像，由图像可知，电压表示数最小为3V时，灯泡正常发光，则灯泡的额定电压 此时电路中的电流为 则小灯泡的参数为“5V  0.4A”，故B错误； C．保证电路中所有元件都安全的前提下，最大范围内移动滑片P，由图乙知，当电压表示数最大为6.4V时，滑动变阻器连入电路中的电阻最大，由图知，此时的电流为0.32A，由欧姆定律可得，滑动变阻器连入电路的最大电阻为 因为电流表的量程为0~0.6A，小灯泡的额定电流为0.4A，所以电路中的最大电流为0.4A，此时滑动变阻器连入电路中的电阻最小，此时小灯泡两端电压为5V，因为串联电路两端电压等于各部分电路两端电压的总和，所以滑动变阻器两端的电压为 滑动变阻器的最小电阻为 所以滑动变阻器的范围为7.5Ω~20Ω，故C错误； D．只闭合S、S1，滑片P移至b端时，只有R0接入电路，电路中电流最大，为0.4A，通电10s，R0产生的热量为 故D正确。 故选：D。 23．如图，电源电压U=6V，R1=20Ω，滑动变阻器的最大电阻R2=40Ω，小灯泡的额定电压为12V（灯丝电阻不随温度变化），闭合开关S。求： (1)当开关S1、S2都断开时，电路的最小电功率是多少？ (2)当开关S1、S2都闭合，滑动变阻器的滑片P在最右端时，电流表的读数为0.4A。小灯泡的额定功率是多少？ (3)当开关S2闭合，S1断开时，电流表的最大示数是多少？此时通电5min，电阻R1产生的热量是多少？ 【答案】(1)0.6W (2)6W (3)0.3A；540J 【详解】 （1）由图可知，当开关S闭合，S1、S2断开，滑片P在最右端时，R1与滑动变阻器串联，电路的总功率最小，因为串联电路中总电阻等于各分电阻之和，电路中的总电阻R总=R1+R2=20Ω+40Ω=60Ω 此时电路的最小电功率 （2）当开关S、S1、S2都闭合，滑片P在最右端时，灯与滑动变阻器的最大阻值并联，因为并联电路中各支路两端的电压相等，则U=U灯=U2=6V 根据欧姆定律可得，通过滑动变阻器的电流 因为并联电路中干路电流等于各支路电流之和，则通过灯泡的电流I灯=I-I2=0.4A-0.15A=0.25A 灯泡的电阻 灯泡的额定功率 （3）当开关S、S2闭合，S1断开，滑片P在最左端时，电路为R1的简单电路，电流表示数最大，则 此时通电5min，电阻R1产生的热量Q=I大2R1t=(0.3A)2×20Ω×5×60s=540J 24．周末小杰妈妈在超市买了一个电煮锅如图甲，图乙为该电煮锅简化电路图。其中开关为单刀双掷开关，和都是用于加热的定值电阻，电煮锅的部分参数如下表所示。 项目 额定电压（V） 低温挡功率（W） 中温挡功率（W） 高温挡功率（W） 参数 220 550 1100 2200 (1)电煮锅处于中温挡正常工作时，求：电路中的电流大小； (2)电煮锅处于中温挡正常工作5min，求：整个电路消耗的电能； (3)电煮锅处于低温挡正常工作10min，求：产生的热量。 【答案】(1)5A (2) (3) 【详解】 （1）由得，电煮锅处于中温挡，电路中的电流为 （2）电煮锅处于中温挡正常工作5min，时间为 整个电路消耗的电能为 （3）当闭合，接B时，电路为两电阻并联，此时电路中电阻最小，由可知，电路处于高温挡； 当闭合，接A时，只有工作，此时电路中电阻处于中间大小，由可知，电煮锅处于中温挡，由得，R1的阻值为     当断开，置于A端时，与串联，此时电路中的电阻最大，由可知，电煮锅处于低温挡，已知低温挡功率为550W，由可得，电路中的电流为     已知工作时间为 则产生的热量为 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 18.4 焦耳定律 参考答案 电流的热效应与焦耳定律知识点1 1．（1）内；热效应 （2）正比；正比；正比 （3）Q=I2Rt；安培（A）；欧姆（Ω）；秒（s）；焦耳（J） 2． B 3．＝；大于 焦耳定律的简单计算知识点2 4．1100 33000 5．(1)内 (2)110Ω (3)C，见解析；1100 6．(1)0.15A (2)54J 电功率公式P=UI与额定功率、实际功率知识点3 7．A 8．0.05 1500 B、C 9．(1)相同 煤油 (2)B (3)= ＜ (4)左边 300 10．220 40 1210 10 简单电路中的电功率分析知识点4 10．B 11．B 12．热 7.2×104 13．增大 增多 14．B 15．A 16．C 17．C 18．B 19．A 20．(1)相同 煤油 (2)B (3)= ＜ (4)左边 300 21．（1）0.5A；（2）4500J；（3）5Ω 22．C 23．D 24．(1)0.6W (2)6W (3)0.3A；540J 25．(1)5A (2) (3) 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 18.4 焦耳定律 目 录 A组 巩固过关 知识点1：电流的热效应与焦耳定律 知识点2：焦耳定律的简单计算 知识点3：探究电流产生的热量与哪些因素有关 知识点4：电热的利用与防止 B组 能力进阶 C组 思维拔高 电流的热效应与焦耳定律知识点1 1. 请完成下列填空。 （1）电流通过导体时，电能转化为______能，这种现象叫做电流的______。 （2）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______，跟导体的电阻成______，跟通电时间成______。 （3）焦耳定律的公式是______，其中I的单位是______，R的单位是______，t的单位是______，Q的单位是______。 2. 关于焦耳定律 Q=I2Rt，下列说法正确的是（ ） A. 焦耳定律只适用于纯电阻电路 B. 焦耳定律适用于所有电路 C. 导体电阻越大，产生的热量一定越多 D. 通电时间越长，产生的热量一定越多 3. 在纯电阻电路中，电热与电功的关系是 Q______W（选填“＞”“＜”或“＝”）；在非纯电阻电路中，如电动机工作时，电功______电热（选填“大于”“小于”或“等于”）。 焦耳定律的简单计算知识点2 4．如图为烤火炉的简化电路图，电源电压220V，两个发热电阻阻值均为88Ω，该烤火炉有低温和高温两个挡位，则烤火炉处于高温挡时的功率为 W，处于低温挡工作1min产生的电热为 J。 5．图（甲）是分别探究导体A、B、C两端电压与所通过电流的关系时得到的U-I图像，现选择其中一个导体设计成额定电压为220V的电热水壶。 (1)电热水壶工作时，电能转化为 能； (2)求导体B的电阻； (3)从烧水快的角度考虑，应选择哪个导体，请说明理由；计算出该电热水壶的功率并将图（乙）的铭牌补充完整。 6．如图所示R1=10Ω，R2=20Ω，闭合开关后，电流表的示数为0.3A。 (1)通过R2的电流是多少？ (2)通电1minR1产生的热量是多少？ 探究电流产生的热量与哪些因素有关知识点3 7．如图是研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验，下列正确的是（  ） A．甲，乙两实验都可以用来研究电流通过导体产生的热量与通电时间的关系 B．甲实验中两个电阻串联在同一个电路中只是为了保证流过两个电阻的电流相等 C．将乙图中右侧容器外接电阻换小一些，则右侧U形管高度变化会更明显 D．乙实验通电一段时间后，左右两侧容器内空气的温度之比约为 8．如图甲所示为小明家的电能表，若小明家此时只有电炉在烧水，该电能表的转盘在 2min 内转了 30 转，则这段时间内小明家消耗的电能为 kW∙h，可以算得电炉子的功率为 W，小明观察到图乙电炉丝热得发红，而跟电炉丝连接的导线却发热不明显，可以通过比较图丙实验中的 （选填“A、B、C”）两个液柱高度可解释说明这种情况。 9．在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”时，小明和小华同时进行了实验，小明设计的实验电路如图A所示，在两个完全相同的玻璃瓶甲、乙内插入温度计a、b。 (1)为了让实验效果更显著，小明应在图A的甲、乙两瓶中加入质量、初温 （选填“不同”或“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______（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)爱思考的小明还利用该实验装置比较不同物质的吸热能力，在图A甲、乙两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体，且换用两根电阻丝的阻值 。闭合开关，一段时间后，若温度计a比温度计b温度升高得快，则甲、乙两瓶内液体比热容的关系为 ；（均选填“>”“<”或“=”） (4)另一小组的小华同学用图B所示装置探究电流通过导体产生的热量与电流关系的实验，实验中给装置通电， （选填“左边”或“右边”）U形管内的液面高度变化较快。若通过左侧容器中电阻丝的电流是2A，则右侧容器中电阻丝在1min内产生的热量是 J。 电热的利用与防止知识点4 10．下列应用属于电热防止的是（　　） A．鸡苗孵化器 B．手机内安装石墨片 C．电热毯 D．通电的电炉丝 11．电流的热效应在科研、生产、生活中被广泛应用，有时使用不当也会给人们带来危害。下列情况中属于利用电流热效应的是（　　） A．电脑两侧有散热孔 B．冬天用电暖气取暖 C．电视机的后盖有许多孔 D．“超导体”技术在远距离输电中的应用 12．小明家夏天常用的电热驱蚊器是利用电流的 效应工作的，其发热元件是一个阻值为2420Ω的电阻。将该电热驱蚊器接在家庭电路中正常通电1小时，它产生的热量为 J。 13．雨、雪等在冬季有时会冻结在输电线上，如图所示。为了保证正常供电，通常要给输电线除冰：在短时间内让输电线不经过用电器而直接接通，使输电线中的电流______（选填“增大”“减小”或“不变”），产生的热量______（选填“增多”“减少”或“不变”），从而使冰熔化。 14．将两根发热电阻丝串联起来接在电路中，如图所示，若，经过足够长的时间，则先被点燃的火柴是（    ） A．火柴甲 B．火柴乙 C．同时点燃 D．无法确定 15．关于电功、电能、电热和电功率，下列说法中正确的是（　　） A．对所有用电器来说，电流做功的多少等于用电器消耗电能的多少 B．电视机消耗电能的多少等于电视机中产生电热的多少 C．某用电器的电功率越大，它消耗的电能越多 D．电流产生热量相同的用电器，消耗的电能一定相同 16．如图所示是两个实验室中常用的定值电阻和，两电阻均由粗细均匀、材料相同的电阻丝缠绕在相同的圆柱形绝缘棒上制成，绕制比绕制所用的电阻丝更粗、且缠绕的圈数更少。将、并联在电路中工作一段时间。关于和相关物理量的比较，下列说法正确的是（　　） A．通过的电流更小 B．两端的电压更大 C．消耗电能更快 D．电流通过产生的热量更多 17．小曹连接如图所示电路，闭合开关，发现灯泡比更亮，分析此时两个灯泡相关物理量的大小关系，下列判断正确的是（　　） A．相同时间内流过灯泡的实际电流产生的热量更少 B．灯泡的电阻更小 C．相同时间内灯泡消耗的电能更多 D．灯泡的实际功率更小 17．利用图中5个阻值相等的电阻完成“焦耳定律”的探究实验，以下说法错误的是（    ） A．本实验采用的研究方法有“控制变量法”和“转换法” B．通电后会发现在相同时间内乙产生的热量是丙产生热量的2倍 C．若要探究导体的电阻对电热的影响，应该选择观察甲、乙 D．图丙中外接5Ω电阻的作用是改变流过电阻E的电流，使通过电阻A、E的电流不同 18．如图所示，在串联电路中有两个装有等质量煤油的密闭烧瓶A、B，两个烧瓶中分别放有加热电阻丝RA和RB，闭合开关后经过一段时间烧瓶A、B中的温度计示数分别为40℃和60℃。已知温度计初始温度均为20℃。则电阻RA和RB的比值为（　　） A．1∶2 B．2∶3 C．2∶1 D．3∶2 19．在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”时，小明和小华同时进行了实验，小明设计的实验电路如图A所示，在两个完全相同的玻璃瓶甲、乙内插入温度计a、b。 (1)为了让实验效果更显著，小明应在图A的甲、乙两瓶中加入质量、初温 （选填“不同”或“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______（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)爱思考的小明还利用该实验装置比较不同物质的吸热能力，在图A甲、乙两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体，且换用两根电阻丝的阻值 。闭合开关，一段时间后，若温度计a比温度计b温度升高得快，则甲、乙两瓶内液体比热容的关系为 ；（均选填“>”“<”或“=”） (4)另一小组的小华同学用图B所示装置探究电流通过导体产生的热量与电流关系的实验，实验中给装置通电， （选填“左边”或“右边”）U形管内的液面高度变化较快。若通过左侧容器中电阻丝的电流是2A，则右侧容器中电阻丝在1min内产生的热量是 J。 20．小付同学过年时买了一个电热杯垫给妈妈，如图所示。电热杯垫有加热和保温两挡功能（通过闭合或断开开关来实现该功能），通过USB接口接到电脑上可以随时喝上热饮。杯垫内部简化电路如图所示，R1、R2为加热元件，USB接口的输出电压为5V，R1电阻10Ω，当处于加热状态时，整个电路消耗的功率为7.5W。求： （1）只闭合S1时，通过R1的电流是多少A？ （2）保温30min时产生的热量是多少J？ （3）电阻R2的阻值是多少Ω？ 21．如图甲所示电路，电源电压保持不变，闭合开关S，滑动变阻器的滑片P从b端移到a端的过程中，电流表示数I与电压表示数U的关系如图乙所示。下列说法中（　　） ①电源电压为6V ②定值电阻R的阻值为5Ω ③滑动变阻器的最大阻值为10Ω ④滑片P在b端时，通电1min电阻R产生的热量为27J A．①④正确 B．①③正确 C．②③④正确 D．①②④正确 22．如图甲所示电路中，电源电压不变，电流表的量程为0~0.6A，电压表的量程为0~15V，小灯泡参数模糊不清。第一次只闭合开关S、S1，滑片P从a端移到b端；第二次只闭合开关S、S2，保证电路中所有元件都安全的前提下，最大范围内移动滑片P。图乙是这两次实验过程绘制的电压表与电流表示数的关系图像。下列说法正确的是（　　） A．电源电压为10V B．小灯泡的参数为“2V  0.4A” C．只闭合S、S2，为保证电路安全，滑动变阻器的阻值范围为7.5~30Ω D．只闭合S、S1，滑片P移至b端时，通电10s，R0产生的热量为32J 23．如图，电源电压U=6V，R1=20Ω，滑动变阻器的最大电阻R2=40Ω，小灯泡的额定电压为12V（灯丝电阻不随温度变化），闭合开关S。求： (1)当开关S1、S2都断开时，电路的最小电功率是多少？ (2)当开关S1、S2都闭合，滑动变阻器的滑片P在最右端时，电流表的读数为0.4A。小灯泡的额定功率是多少？ (3)当开关S2闭合，S1断开时，电流表的最大示数是多少？此时通电5min，电阻R1产生的热量是多少？ 24．周末小杰妈妈在超市买了一个电煮锅如图甲，图乙为该电煮锅简化电路图。其中开关为单刀双掷开关，和都是用于加热的定值电阻，电煮锅的部分参数如下表所示。 项目 额定电压（V） 低温挡功率（W） 中温挡功率（W） 高温挡功率（W） 参数 220 550 1100 2200 (1)电煮锅处于中温挡正常工作时，求：电路中的电流大小； (2)电煮锅处于中温挡正常工作5min，求：整个电路消耗的电能； (3)电煮锅处于低温挡正常工作10min，求：产生的热量。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $