18.4 焦耳定律（重难点专练）物理新教材人教版九年级全一册

18.4 焦耳定律 ▌题型01 电流热效应与焦耳定律的理解 ▌题型02 焦耳定律的计算与纯电阻、非纯电阻辨析 ▌题型03 探究电流产生的热量与哪些因素有关 ▌题型04 电热比例、动态电路与综合应用 ▌题型01 电流热效应与焦耳定律的理解 1. 核心知识 （1）电流的热效应：电流通过导体时，电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应。 （2）焦耳定律内容：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。 （3）公式： 其中 I的单位是安培（A），R的单位是欧姆（Ω），t的单位是秒（s），Q的单位是焦耳（J）。 （4）适用范围：焦耳定律适用于所有电路，包括纯电阻电路和非纯电阻电路。 （5）纯电阻电路：电能全部转化为内能，Q=W，可用 非纯电阻电路（如电动机）：电能只有一部分转化为内能，W>Q，电热仍只能用 Q=I2Rt计算。 2. 解题技巧 判断“热量与谁成正比”时，先看控制了什么量。由 Q=I2Rt可知：电流、时间一定时，Q∝R；电阻、时间一定时，Q∝I2；电阻、电流一定时，Q∝t。不能笼统说“电阻越大热量越多”。 1．如图所示为一款利用高温水蒸气熨烫衣服的便携式挂烫机，它的正常工作电压为220 V，有高、低两个加热挡位。设计师最初设计的内部电路有如图所示的甲、乙两种接法，其中电热丝，，熔断器的电阻忽略不计。下列说法正确的是（      ） A．图甲中开关旋转至“1、2”触点之间时，电路处于低挡位 B．图甲电路中高挡位加热1 min可产生48400 J的热量 C．图甲和图乙中低挡位电功率之比为26∶15 D．若熔断器允许通过的最大电流为8A，则设计师应选择图甲电路 【答案】D 【详解】 A．图甲中开关旋转至1、2触点之间时，被短路，只有接入电路，总电阻，电阻最小，根据，功率最大，为高挡位，故A错误； B．图甲高挡位只有工作， 产生的热量 ， 故B错误； C．图甲低挡位、串联，总电阻 图乙低挡位只有大电阻接入，功率比 故C错误； D．图甲最大电流（高挡位）： ， 符合要求； 图乙最大电流（、并联）： 超过熔断器允许电流，不符合要求； 因此应选择图甲电路，故D正确。 故选：D。 2．某品牌手机电池的部分参数如下表所示。右下图所示的两个充电器，一个标注“输出5V 4.5A”另一个标注“输出11V 6A”，其中有一个是快速充电器，其充电效率为90%，以下说法错误的是（　　） 电池名称 锂离子电池 电压 3.7V 容量 4400mAh A．当电池充满电时，储存的电能是58608J B．选用快速充电器将电池从零充满需要14.8min C．给手机电池充电时，是将电能转化为化学能 D．快充的充电线比普通手机充电线要粗一些，目的是使充电过程中产生的热量少一些 【答案】B 【详解】 A．电池充满电储存的电能 ， 故A正确； B．普通充电器功率 快充充电器功率 功率更大的是快充。 已知充电效率，即充电器输出的电能只有90%转化为电池储存的电能 因此总输出电能 充电时间 ， 故B错误； C．给手机电池充电时，电能转化为电池内部的化学能储存，故C正确； D．快充充电电流更大，充电线更粗，横截面积更大，导线电阻更小，根据焦耳定律，相同充电时间内，导线产生的热量更少，故D正确。 故选：B。 3．如图所示的电路中，电源电压恒定，R1、R2均为定值电阻，R1的阻值为5 Ω。 (1)闭合开关S1、断开开关S2，电流表示数为0.6A，求电源电压； (2)闭合开关S1、S2，电流表示数为0.9A，求电阻R2的阻值； (3)闭合开关S1、S2，通电10s，求电路产生的热量。 【答案】 3V 10Ω 27J 【详解】 （1）闭合、断开时，电路为仅的简单电路，电流表测通过的电流。 根据欧姆定律可得电源电压 （2）闭合、时，与并联，电流表测干路总电流。 并联电路各支路独立工作，因此通过的电流仍为；根据并联电路电流规律，通过的电流 并联电路各支路电压等于电源电压，由欧姆定律可得的阻值 （3）由于该电路为纯电阻电路，所以电路总热量 4．如图所示，电源电压恒为4V，定值电阻，，则开关闭合后，电流表的示数是________A，通电5min，定值电阻产生的热量是________J。 【答案】 0.3 120 【详解】 由图可知，R1与R2并联，电流表测干路电流。通过R1的电流 通过R2的电流 由并联电路干路电流等于各支路电流之和可知，电流表示数 定值电阻R1产生的热量 5．在如图所示的电路中，电源电压保持不变，电阻R1的阻值为20Ω。闭合开关S，电流表A1的示数为0.3A，电流表A2的示数为0.2A。求： (1)电源电压U； (2)电阻R2的阻值； (3)通电2min，整个电路产生的热量。 【答案】(1)6V (2)30Ω (3)360J 【详解】 （1）由电路图可知，R1与R2并联，电流表A1测R1支路的电流，电流表A2测R2支路的电流。因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，由可得，电源的电压 U=U1=I1R1=0.3A×20Ω=6V （2）根据并联电路电压的特点和欧姆定律可得，电阻R2的阻值 （3）根据并联电路电流的特点可知，干路中电流 I=I1+I2=0.3A+0.2A=0.5A 通电2min电阻R1产生的热量 Q=W=UIt=6V×0.5A×120s=360J ▌题型02 焦耳定律的计算与纯电阻、非纯电阻辨析 1. 核心知识 （1）基本计算： 必须用通过导体的电流、导体本身的电阻和通电时间。 （2）纯电阻电路： 四种形式均可使用。 （3）非纯电阻电路： 求电热只能用 Q=I2Rt，不能用 Q=U2/Rt 或 Q=UIt。 （4）电动机输出机械能： 2. 解题技巧 先判断电路是纯电阻还是非纯电阻。纯电阻可灵活选公式；非纯电阻求电热必须回到Q=I2Rt，求电功仍用W=UIt。 6．如图所示，当开关闭合时，电压表V1、V2的示数分别为10V和4V，已知电动机M的线圈电阻为1Ω，R是阻值为4Ω的定值电阻，下列说法正确的是（　　） A．R两端的电压为6V B．通过电动机的电流为4A C．1s内电动机产生的机械能为5J D．电动机消耗的电功率为1W 【答案】C 【详解】 由电路图可知，电阻R和电动机串联，电压表V1测电源的电压，V2测电阻R两端的电压； A．由于电压表V1测电源的电压，则电源电压为U=10V；由于电压表V2测电阻R两端的电压，所以电阻R两端的电压为UR=4V，故A错误； B．根据串联电路的电压规律可知，电动机两端的电压为 UM＝U﹣UR＝10V﹣4V＝6V 电路中的电流为 故B错误； C．1s内电动机消耗的电能为 W＝UMIMt＝6V×1A×1s＝6J 电动机产生的热量为 Q＝I2RMt＝(1A)2×1Ω×1s＝1J 1s内电动机产生的机械能为 E＝W﹣Q＝6J﹣1J＝5J 故C正确； D．电动机消耗的电功率为 PM＝UMIM＝6V×1A＝6W 故D错误。 故选：C。 7．图甲为某品牌家用空气炸锅，空气炸锅在工作时通过电动机向内部吹风，借助空气的循环达到迅速升温的目的，电动机上标有“220 V，11 W”字样。空气炸锅内部部分简化电路如图乙所示，其额定电压为220 V。发热元件为和两个定值电阻，阻值分别为和。S为定时开关，通过调节开关和（是单刀双掷开关），可实现高温档、中温档和低温档三个挡位的切换。下列说法正确的是（     ） A．电动机正常工作时的电阻是 B．闭合定时开关S，断开开关，接a端时为高温挡 C．闭合定时开关S，闭合开关，接a端时，电路1 min内产生的热量为27720 J D．空气炸锅在正常工作时，电路中的总功率最大为1331 W 【答案】D 【详解】 A．若电动机是纯电阻，正常工作时的电阻是 ， 但电动机是非纯电阻，电能转化为机械能和内能，欧姆定律不使用，则，因此电阻不是，故A错误； BC．闭合定时开关，断开开关，接端时，和串联，总电阻最大；闭合定时开关，断开开关，接端时，和都没有接入电路；闭合定时开关，闭合开关，接端时，被短路，只有接入电路；闭合定时开关，闭合开关，接端时，和并联，总电阻最小，电源电压不变，由可知，总电阻越大，功率越小，闭合定时开关，断开开关，接端时为低温挡； 闭合定时开关，闭合开关，接端时，与电动机并联，产生的热量 电动机消耗的电能 电路消耗的电能 由于电动机为非纯电阻，电路产生的热量小于，故BC错误； D．由前面分析可知，闭合定时开关，闭合开关，接端时，和并联，电路的总电阻最小，由可知，总功率最大，电路中的总功率最大为 ， 故D正确。 故选：D。 8．某型号电热水瓶具有加热、保温、电动出水及干烧断电功能，其简化电路如图所示。三个开关的功能分别是：壶底温控开关通常是闭合的，当壶底发热盘的温度达到120℃自动断开防止干烧；壶壁温控开关通常是断开的，按下时对水加热，水烧开后自动断开；电动出水开关通常是断开的，按下时电磁泵将水抽出。已知电热水瓶加热功率为1000W，电磁泵的规格是“12V；12W”，的阻值为968Ω。电热水瓶正常工作时下列结论正确的是（　　） ①是壶底温控开关，是壶壁温控开关 ②的阻值为48.4Ω ③电热水瓶保温功率是270W ④加热同时将水抽出，电流通过电热水瓶在30s内产生的热量是 A．① B．①② C．②③ D．③④ 【答案】A 【详解】 ①壶底温控开关通常是闭合的，当壶底发热盘的温度达到120℃自动断开防止干烧，是壶底温控开关，壶壁温控开关通常是断开的，按下时对水加热，水烧开后自动断开，是壶壁温控开关，闭合后，R1、R2并联加热，电动出水开关通常是断开的，按下时电磁泵将水抽出，说明S3控制电动机，是电动出水开关，故①正确； ②的阻值为968Ω，则的功率为 的功率为 的阻值为 故②错误； ③当壶壁温控开关S2断开时，只有R2工作，此时为保温，电热水瓶保温功率是50W，故③错误； ④电磁泵的规格为“12V 12W”，则电磁泵支路的电流为 电磁泵支路的总功率为 电磁泵将电能转化为内能与机械能，主要转化为机械能，产生的热量较少，则保温同时将水抽出，电流通过电热水瓶在30s内产生的热量是 故④错误。 综上所述，①正确；②③④错误，故A正确；BCD错误。 故选：A。 9．在如图所示的电路中，定值电阻R0的阻值为20Ω，电动机线圈电阻为2Ω，闭合开关，电流表A1、A2的示数分别为0.8A、0.3A，则该电路电源电压为 V，10s内电路消耗的电能为 J，10s内电流通过电动机产生的热量为 J，10s内电动机消耗的电能为 J。 【答案】 6 48 5 30 【详解】 [1]由图可知，定值电阻R0与电动机M并联，电流表A1测干路电流，电流表A2测R0支路的电流；定值电阻R0两端的电压为 因并联电路中各支路两端的电压相等，则电源电压为 [2]10s内电路消耗的电能为 [3]根据并联电路的电流特点可知，通过电动机的电流 10s内电流通过电动机产生的热量 [4]10s内电动机消耗的电能 10．一个“220V  10W”的灯两端如果加上220V电压，灯的实际电功率为___________W；如果加上110V的电压，灯的实际电功率为___________W（假设灯丝电阻不变）。一台电动机的额定电压是220V，其电阻是1Ω。正常工作时，通过的电流为 5A，则电动机的额定总功率为___________W；因发热损失的电功率为___________W。 【答案】 10 2.5 1100 25 【详解】 当灯两端的电压为220V时，实际电压等于额定电压，则灯的实际功率 灯丝电阻 当灯两端的电压为110V时，实际功率为 电动机额定总功率 电动机发热损失功率 ▌题型03 探究电流产生的热量与哪些因素有关 1. 核心知识 （1）实验方法：转换法——用U形管两侧液面高度差或温度计示数变化反映电阻丝产生热量的多少。 （2）控制变量法： · 探究热量与电阻的关系：两电阻丝串联，控制电流和通电时间相同，选择阻值不同的电阻丝； · 探究热量与电流的关系：控制电阻和通电时间相同，改变通过电阻丝的电流（常利用并联电阻分流）； · 探究热量与时间的关系：控制电阻和电流相同，改变通电时间。 （3）结论表述： · 电流、通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多； · 电阻、通电时间相同时，电流越大，产生的热量越多； · 电阻、电流相同时，通电时间越长，产生的热量越多。 2. 解题技巧 看到“串联”先想到电流相同，看到“并联”先想到电压相同；探究热量与电阻关系必须串联，探究热量与电流关系必须让通过电阻丝的电流不同。 11．如图所示，是探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验，两个透明容器中密闭着等质量的空气，下列分析不正确的是（　 　） A．该实验装置是为了探究电流产生的热量与电流的关系 B．通电一段时间后，与左侧容器相连的U形管液面高度差比右侧大 C．通电一段时间后，若两侧U形管液面高度差相同，可能原因是电阻丝C断路 D．在相同时间内，A、B两电阻丝产生的热量之比是2：1 【答案】D 【详解】 A．装置中一个5Ω的电阻与两个5Ω的电阻并联后再串联，右端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，两个5Ω的电阻并联，两电阻阻值相等，则支路中电流相等，I1＝I2，所以右边容器中的通过电阻的电流是左侧通过电流的一半，由于通电时间和电阻相同，故A正确，A不符合题意； B．由于左侧电阻中的电流大于右侧盒中电阻的电流，左侧盒中的电热多，通电一段时间后，与左侧容器相连的U形管液面高度差比右侧大，故B正确，B不符合题意； C．电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，即可以通过液面高度差的变化来反映，通电一段时间后，两侧U形管液面高度差相同，说明热量相等、通电时间相同，说明两电阻丝的电流相等，则没有电流经过C，可能原因是电阻丝C断路，故C正确,C不符合题意； D．根据选项A分析IA＝2IB，由可得 故D错误，D符合题意。 故选：D。 12．如图所示是“探究电流通过导体时产生热的多少与哪些因素有关”的实验装置。两透明空气盒中密封着等量的空气。下列说法正确的是（　　） A．U形管液面高度变化反映密封空气温度的变化 B．图甲中，通电一段时间后左右两边容器内电阻产生的热量之比是2：1 C．图乙所示的装置，若右边容器外5Ω的电阻换成20Ω后实验效果更明显 D．通电后空气盒中电阻丝内能增大是通过热传递方式改变的 【答案】A 【详解】A．电流通过电阻丝产生热量，使密封的空气温度升高、体积膨胀，导致U形管两侧液面出现高度差，因此液面高度变化反映了空气温度的变化，故A正确。 B．图甲中两电阻串联，电流和通电时间相同，根据焦耳定律，产生的热量与电阻成正比，所以热量之比 故B错误。 C．在图乙中，右侧容器内电阻与外部电阻并联，其电流是干路电流的一部分。若将外部电阻换成，根据并联分流规律，通过右侧容器内电阻的电流占干路电流的比例将增大，导致其与左侧干路电流的差异减小，热量差异减小，实验效果更不明显，故C错误。 D．通电后，电阻丝的内能增大是由于电流做功，将电能转化为内能，不是热传递，故D错误。 故选：A。 13．如图是“探究电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气，U 形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。下列说法正确的是（　　） A．通电后，电阻丝内能增大方式和容器中空气内能增大方式是相同的 B．乙图中实验装置探究的是电流产生热量的多少与电阻的关系 C．U形管中液面高度发生变化是因为U形管中液体的热胀冷缩造成的 D．通电后，乙图左、右容器中电阻丝的发热功率之比是9：4 【答案】D 【详解】 A．通电后，通过电阻丝的电流做功，将电能转化为内能，是通过做功增大内能，而容器中空气内能是通过热传递增大的，故A错误； B．装置乙中右侧容器中5Ω的电阻与容器外的10Ω电阻并联后再与左侧容器中的5Ω电阻串联，右侧容器中5Ω的电阻处在支路上，左侧容器中5Ω的电阻处在干路上，所以左右两个容器内电阻的电流不同，电阻相同，根据控制变量法可知乙图中实验装置探究的是电流产生热量的多少与电流的关系，故B错误； C．通电后，透明容器中电阻丝的电流做功，将电能转化为内能，空气的内能增加，温度升高，空气的体积膨胀，会引起U形管液面高度变化，故C错误； D．装置乙中右侧容器中的5Ω电阻与容器外10Ω的电阻并联后再与左侧容器中5Ω的电阻串联，根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，右侧容器的内外两个电阻阻值之比为1∶2，根据并联电流规律可知电流之比为2∶1，所以左右两个容器内电阻的电流之比为3∶2，根据可知，通电一段时间后左右两边容器内电阻产生的热量之比是9∶4。故D正确。 故选：D。 14．用如图所示的装置可探究电流产生热量与 （填“电流”或“电阻”）的关系，装置中的U形管 （选填“是”或“不是”）连通器；电流通过电阻与产生的热量之比为 ；若将更换为10Ω的电阻， （填“仍能”或“不能”）完成该实验探究。 【答案】 电流 不是 1∶4 仍能 【详解】 [1]由图可知，R2与R3并联后与R1串联，根据串、并联电路电流特点可知，通过R2的电流小于通过R1的电流，R1和R2电阻相同，电路中各电阻同时通电，通电时间相同，所以可以探究电流产生的热量与电流大小的关系。 [2]上端开口、底部连通的容器叫做连通器。图中U形管上端都不开口，因此不是连通器。 [3]由串并联电路电流特点可知，通过R2的电流为通过R1电流的一半，即，由可知，电流通过电阻与产生的热量之比为 [4]若将R3更换为10Ω的电阻，R1、R2阻值相同，通过R1、R2的电流仍不相等，仍能完成该实验探究。 15．如图是探究“电流通过导体时产生热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着初温、质量相同的空气。 (1)由于电流产生的热量不易直接测量，因此在实验中是通过观察 来显示容器内空气温度的变化； (2)图甲装置将两段阻值不同的电阻丝 （填电路连接方式），是为了探究电流产生的热量与 的大小的关系，通电一段时间后， （选填“左”或“右”）侧容器产生的热量更多； (3)图乙装置可以探究电流通过导体时产生的热量与 的大小的关系，R1和R2两根电阻丝在相等的时间内产生的热量之比为Q1：Q2＝ 。为了使左右两个U形管内液面高度差差异更大，R3应选用 （从2Ω、5Ω和10Ω的定值电阻中选出一个定值电阻）； (4)图乙中，若接通电路一段时间后，右侧U形管的液面高度差逐渐变大，但左侧U形管的液面高度不变，经检查电路也没有出现故障，则可能的原因是 ； (5)图乙中，若接通电路一段时间后，左侧U形管的液面高度差明显变大，但右侧U形管液面高度差不变，后发现是由于电路故障引起的，则原因可能是______。 A．R1电阻丝断路 B．R2电阻丝断路 C．R3电阻丝断路 D．R3电阻丝短路 【答案】(1)U形管中液面高度变化 (2)串联 电阻 右 (3)电流 4∶1 2Ω (4)左侧容器漏气 (5)BD 【详解】 （1）实验中，运用转换法通过观察U形管液面的高度差来得到容器内空气温度的变化，即U形管液面的高度差越大，容器内空气温度越高。 （2）[1]甲图中，容器内两电阻丝收尾顺次相连，是串联的。 [2][3]根据串联电路中电流的特点可知，两电阻丝电流相等，通电时间也相等，所以该实验是来探究电流产生的热量与电阻之间的关系，由可知，电阻越大产生的热量越多，因此右侧容器产生的热量多。 （3）[1]图乙中，R2与R3并联，再与R1串联，此时R1在干路上，R2在支路上，电流的大小不同，电阻及通电时间相同，所以是探究电流产生的热量与电流之间的关系。 [2]因为R2与R3的阻值相同，并联后电流相同，所以通过R1的电流是R2的2倍，根据可知 [3]根据并联电路中电阻的特点可知，总电阻小于最小的分电阻，所以当R3阻值越小，经过左侧容器的电流越大，左右两个U形管内液面高度差差异更大，因此选用2Ω电阻丝。 （4）通电一段时间后，右侧U形管的液面高度差逐渐变大，说明电路是通路，左侧U形管的液面高度不变，可能是左侧装置气密性不好，漏气。 （5）实验中，左侧U形管的液面高度差明显变大，而右侧U形管的液面高度差没有变化，若是由于电路故障引起的，说明左侧容器内的电阻丝没有故障，右侧容器内无电阻丝产生热量，因此可能是R2电阻丝断路、R2电阻丝短路或R3电阻丝短路，故BD符合题意，AC不符合题意。 故选：BD。 ▌题型04 电热比例、动态电路与综合应用 解题必备 1. 核心知识 （1）串联电热比例：电流、时间相同时： （2）并联电热比例（纯电阻）：电压、时间相同时： （3）同一电阻：电阻、时间相同时： （4）动态电路中的电热：定值电阻与滑动变阻器串联时，滑动变阻器接入阻值增大，总电流减小，定值电阻产生的热量 Q0=I2R0t 减小。 （5）电热器效率： 2. 解题技巧 比例题先写公式、约去相同量。串联电热比等于电阻比，并联电热比等于电阻反比。动态题先判断电流变化，再用 Q=I2Rt判断定值电阻电热变化。 16．如图所示的是某型号电暖气的简化电路图，其中R1、R2为加热电阻丝，R1=55Ω，R2=44Ω。该电暖气工作时分高温、中温、低温三挡。下列说法中正确的是（　　） A．若要使电暖气在“低温挡”工作，只需要闭合开关S2 B．电暖气在“中温挡”正常工作时功率为880W C．电暖气在“高温挡”正常工作5min，电路产生的热量为5.94×105J D．闭合开关S1、S2时，通过R1、R2的电流之比为5∶4 【答案】C 【详解】 AB．当开关闭合、断开时，只有工作，当开关闭合、断开时，只有工作，当开关、都闭合时，、并联；根据并联电路的电阻特点可知，当开关、都闭合时，、并联，电路中的总电阻最小，由可知，电路中的总功率最大，电暖气处于高温挡；由于，所以，当开关闭合、断开时，只有工作，电路中的总电阻最大，总功率最小，电暖气处于低温挡，当开关闭合、断开时，只有工作，电暖气处于中温挡，所以电暖气在“中温挡”正常工作时，接入电路的电阻丝阻值为，电功率 故AB错误； C．当开关、都闭合时，、并联，电路中的总功率最大，电暖气处于高温挡；高温挡的电功率 电暖气在“高温挡”正常工作5分钟，电路产生的热量 故C正确； D．闭合、时，、并联，根据并联电路的特点可知，、两端的电压相等，都等于电源电压，通过、的电流之比 故D错误。 故选：C。 17．如图，电路中标有“3V 2W”的灯泡L1和标有“3V 1W”的灯泡L2灯以及滑动变阻器R串联，电源电压恒为6V，不考虑灯丝电阻的变化。下列说法正确的是（　　） A．闭合开关S，通过两灯泡的电流之比是2∶1 B．保证两灯安全的情况下，通电1min电路产生的热量最多是180J C．保证两灯安全的情况下，滑动变阻器R连入电路的最小值为4.5Ω D．滑片P从最左端向右端移动；使其中一盏灯泡刚好正常发光，则另一盎灯的实际功率为1W 【答案】C 【详解】 A．串联电路电流处处相等，所以通过两灯泡的电流之比是1：1，故A错误； BCD．灯泡L1的额定电流 灯泡L2的额定电流 灯泡L1的正常发光时的电阻 灯泡L2的正常发光时的电阻 由于灯泡L1的额定电流I额1大于灯泡L2的额定电流I额2，所以当其中一灯正常发光时，正常发光的灯泡是L2，根据串联电路电流规律可知，此时通过灯泡L1的电流 灯泡L1两端的电压 灯泡L1的实际功率 在电路安全情况下，电路中的最大电流为，当灯泡是L2正常发光时，灯泡L1两端的电压 此时滑动变阻器两端的电压 滑动变阻器连入电路中的最小阻值 保证两灯安全的情况下，通电1min电路产生的热量最多 故C正确，BD错误。 故选：C。 18．如图所示的电路中，电源电压U恒定，灯泡L上标有“2.5V  1.25W”字样（忽略温度对灯丝电阻的影响），定值电阻阻值为15Ω，滑动变阻器的规格为“20Ω  1A”，电流表量程为0~0.6A，电压表量程为0~3V。闭合开关S，断开开关、，缓慢移动滑动变阻器滑片移至中点时，电流表示数为0.3A；然后在确保电路各元件安全的情况下，继续移动滑片，使滑动变阻器接入电路的最小阻值为。闭合开关S、、，在确保电路各元件安全的情况下，滑动变阻器在电路中消耗的最大功率为P，定值电阻在10s内产生的热量为Q。小明同学根据以上条件，计算出以下结果： ①U=6V  ②  ③  ④，则其中（　　） A．只有①④正确 B．只有①②正确 C．只有②③正确 D．只有②③④正确 【答案】D 【详解】 由题可知，灯泡L上标有“2.5V  1.25W”字样，则灯泡的电阻为 闭合开关S，断开开关、，最大阻值为20Ω的滑动变阻器和小灯泡串联，缓慢移动滑动变阻器滑片移至中点时，电流表示数为0.3A；则电源电压为 故①错误。 由题可知灯泡正常工作时的电流为 为了确保电路各元件安全，电路中允许通过最大电流为0.5A，由串联电路电压规律可知，此时灯泡电压为2.5V，则滑动变阻器有最小阻值为时两端电压为 串联电路电流处处相等为0.5A，则滑动变阻器接入电路的最小阻值为 故②正确。 闭合开关S、S1、S2，小灯泡被短路，R1、R2并联，根据并联电路电压特点可知，每条支路的电压都相等为4.5V；则通过R1的电流为 由于电流表量程为0～0.6A，根据并联电路中电流规律可知，通过滑动变阻器的最大电流为 所以滑动变阻器在电路中消耗的最大功率P为 故③正确。 定值电阻在10s内产生的热量为 故④正确。 综上所述，ABC不符合题意，D符合题意。 故选：D。 19．如图甲所示的模拟调光灯电路，电源电压恒定，R1为定值电阻。闭合开关S后，将滑动变阻器R2的滑片P由最右端向左移动，直至灯泡L正常发光。此过程中，电流表A的示数随两电压表V1、V2（电压表V2未画出）示数变化关系图像如图乙所示。下列说法正确的是（      ） A．电源电压为4V B．滑片处于最右端的时候，定值电阻R1与灯泡L的电功率之比为1∶1 C．灯泡正常发光时，定值电阻R1在1min内产生的热量为11.25J D．为使灯泡能正常发光且安全，滑动变阻器接入电路的阻值范围为0~35Ω 【答案】B 【详解】 由电路图可知，灯泡L、定值电阻R1、滑动变阻器R2串联，电压表V1测灯泡L两端电压，电压表V2测滑动变阻器R2两端电压。滑片向左移动时，R2接入电路的阻值减小，电路电流增大，灯泡L两端电压增大，故图乙中①为灯泡L的I-U图像，即电压表V1的示数变化图像；②为滑动变阻器R2的I-U图像，即电压表V2的示数变化图像。 A．由图像可读出两组数据 以及 由电源电压恒定，分别有 联立解得电源电压不是4V，故A错误。 B．滑片在最右端时，根据和可得定值电阻R1的电功率 灯泡的电功率 因此故B正确。 C．灯泡正常发光时，由图像可知定值电阻R1在1min内产生的热量 不是11.25J，故C错误。 D．灯泡正常发光时，滑动变阻器接入电路的阻值最小，由图像可知根据串联电路电压关系可得 滑片在最右端时，滑动变阻器接入电路的阻值最大 因此R2的阻值范围为3Ω~35Ω，不是0~35Ω，故D错误。 故选：B。 20．当空气湿度比较低时，很多人家里都会使用电热加湿器（如图甲），其工作原理如图乙，电热加湿器的电热丝浸没在加热仓的水中产生热量，使加热仓中的水沸腾变成水蒸气喷出；当加热仓中的水减少到一定程度时，自动阀门智能打开。 工作电压/V 220 工作频率/Hz 50 最大运行功率/W 40 储水箱容量/L 2.4 气雾调节器最大电阻/Ω 990 (1)当电热加湿器以最大运行功率工作时，电热丝R1的阻值为多大？ (2)如果加热仓内冷水的温度为20℃，用最大运行功率正常工作，经过5min36s恰好使水沸腾产生水蒸气，求加热仓中水的质量？假设电热丝R1产生的热量全部被水吸收，当地气压为1标准大气压，水的比热容为 (3)电热加湿器以最低气雾量工作时，求气雾调节器R2消耗的电功率？ 【答案】(1)1210Ω (2)0.04kg (3)9.9W 【详解】 （1）当气雾调节器R2的滑片移到最左边时，它接入电路中的电阻为0，电路为R1的简单电路，加湿器以最大运行功率工作，由表格数据可知，加湿器的最大运行功率，由可得电热丝R1的阻值为 （2）电阻丝R1产生的热量 水吸收的热量 由可得加热仓中水的质量 （3）当滑片移到最右端时，接入电路中的电阻最大，此时R1与R2串联，加湿器以最低气雾量工作，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，电路中的电流为 此时气雾调节器R2消耗的电功率 2 / 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 $可学科网·上好课 www.zxxk.com 上好每一堂课 18.4焦耳定律 参考答秦 题型01电流热效应与焦耳定律的理解 1.D 2.B 3.3V 10227J 4.0.3 120 5.(1)6V (2)302 (3)360J 题型02焦耳定律的计算与纯电阻、非纯电阻辨析 题型精练 6.C 7.D 8.A 9.6 48 530 10.10 2.5 1100 25 题型03探究电流产生的热量与哪些因素有关 三 题型精练 11.D 12.A 13.D 14.电流 不是 1:4 仍能 15.(1)U形管中液面高度变化(2)串联 电阴 右(3)电流 4:1 22(4)左侧容器漏气 (5)BD 1/2 可学科网·上好课 Www.z×xk.com 上好每一堂课 题型04电热比例、动态电路与综合应用 16.C 17.C 18.D 19.B 20.(1)12102 (2)0.04kg (3)9.9w 2/2 18.4 焦耳定律 ▌题型01 电流热效应与焦耳定律的理解 ▌题型02 焦耳定律的计算与纯电阻、非纯电阻辨析 ▌题型03 探究电流产生的热量与哪些因素有关 ▌题型04 电热比例、动态电路与综合应用 ▌题型01 电流热效应与焦耳定律的理解 1. 核心知识 （1）电流的热效应：电流通过导体时，电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应。 （2）焦耳定律内容：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。 （3）公式： 其中 I的单位是安培（A），R的单位是欧姆（Ω），t的单位是秒（s），Q的单位是焦耳（J）。 （4）适用范围：焦耳定律适用于所有电路，包括纯电阻电路和非纯电阻电路。 （5）纯电阻电路：电能全部转化为内能，Q=W，可用 非纯电阻电路（如电动机）：电能只有一部分转化为内能，W>Q，电热仍只能用 Q=I2Rt计算。 2. 解题技巧 判断“热量与谁成正比”时，先看控制了什么量。由 Q=I2Rt可知：电流、时间一定时，Q∝R；电阻、时间一定时，Q∝I2；电阻、电流一定时，Q∝t。不能笼统说“电阻越大热量越多”。 1．如图所示为一款利用高温水蒸气熨烫衣服的便携式挂烫机，它的正常工作电压为220 V，有高、低两个加热挡位。设计师最初设计的内部电路有如图所示的甲、乙两种接法，其中电热丝，，熔断器的电阻忽略不计。下列说法正确的是（      ） A．图甲中开关旋转至“1、2”触点之间时，电路处于低挡位 B．图甲电路中高挡位加热1 min可产生48400 J的热量 C．图甲和图乙中低挡位电功率之比为26∶15 D．若熔断器允许通过的最大电流为8A，则设计师应选择图甲电路 2．某品牌手机电池的部分参数如下表所示。右下图所示的两个充电器，一个标注“输出5V 4.5A”另一个标注“输出11V 6A”，其中有一个是快速充电器，其充电效率为90%，以下说法错误的是（　　） 电池名称 锂离子电池 电压 3.7V 容量 4400mAh A．当电池充满电时，储存的电能是58608J B．选用快速充电器将电池从零充满需要14.8min C．给手机电池充电时，是将电能转化为化学能 D．快充的充电线比普通手机充电线要粗一些，目的是使充电过程中产生的热量少一些 3．如图所示的电路中，电源电压恒定，R1、R2均为定值电阻，R1的阻值为5 Ω。 (1)闭合开关S1、断开开关S2，电流表示数为0.6A，求电源电压； (2)闭合开关S1、S2，电流表示数为0.9A，求电阻R2的阻值； (3)闭合开关S1、S2，通电10s，求电路产生的热量。 4．如图所示，电源电压恒为4V，定值电阻，，则开关闭合后，电流表的示数是________A，通电5min，定值电阻产生的热量是________J。 5．在如图所示的电路中，电源电压保持不变，电阻R1的阻值为20Ω。闭合开关S，电流表A1的示数为0.3A，电流表A2的示数为0.2A。求： (1)电源电压U； (2)电阻R2的阻值； (3)通电2min，整个电路产生的热量。 ▌题型02 焦耳定律的计算与纯电阻、非纯电阻辨析 1. 核心知识 （1）基本计算： 必须用通过导体的电流、导体本身的电阻和通电时间。 （2）纯电阻电路： 四种形式均可使用。 （3）非纯电阻电路： 求电热只能用 Q=I2Rt，不能用 Q=U2/Rt 或 Q=UIt。 （4）电动机输出机械能： 2. 解题技巧 先判断电路是纯电阻还是非纯电阻。纯电阻可灵活选公式；非纯电阻求电热必须回到Q=I2Rt，求电功仍用W=UIt。 6．如图所示，当开关闭合时，电压表V1、V2的示数分别为10V和4V，已知电动机M的线圈电阻为1Ω，R是阻值为4Ω的定值电阻，下列说法正确的是（　　） A．R两端的电压为6V B．通过电动机的电流为4A C．1s内电动机产生的机械能为5J D．电动机消耗的电功率为1W 7．图甲为某品牌家用空气炸锅，空气炸锅在工作时通过电动机向内部吹风，借助空气的循环达到迅速升温的目的，电动机上标有“220 V，11 W”字样。空气炸锅内部部分简化电路如图乙所示，其额定电压为220 V。发热元件为和两个定值电阻，阻值分别为和。S为定时开关，通过调节开关和（是单刀双掷开关），可实现高温档、中温档和低温档三个挡位的切换。下列说法正确的是（     ） A．电动机正常工作时的电阻是 B．闭合定时开关S，断开开关，接a端时为高温挡 C．闭合定时开关S，闭合开关，接a端时，电路1 min内产生的热量为27720 J D．空气炸锅在正常工作时，电路中的总功率最大为1331 W 8．某型号电热水瓶具有加热、保温、电动出水及干烧断电功能，其简化电路如图所示。三个开关的功能分别是：壶底温控开关通常是闭合的，当壶底发热盘的温度达到120℃自动断开防止干烧；壶壁温控开关通常是断开的，按下时对水加热，水烧开后自动断开；电动出水开关通常是断开的，按下时电磁泵将水抽出。已知电热水瓶加热功率为1000W，电磁泵的规格是“12V；12W”，的阻值为968Ω。电热水瓶正常工作时下列结论正确的是（　　） ①是壶底温控开关，是壶壁温控开关 ②的阻值为48.4Ω ③电热水瓶保温功率是270W ④加热同时将水抽出，电流通过电热水瓶在30s内产生的热量是 A．① B．①② C．②③ D．③④ 9．在如图所示的电路中，定值电阻R0的阻值为20Ω，电动机线圈电阻为2Ω，闭合开关，电流表A1、A2的示数分别为0.8A、0.3A，则该电路电源电压为 V，10s内电路消耗的电能为 J，10s内电流通过电动机产生的热量为 J，10s内电动机消耗的电能为 J。 10．一个“220V  10W”的灯两端如果加上220V电压，灯的实际电功率为___________W；如果加上110V的电压，灯的实际电功率为___________W（假设灯丝电阻不变）。一台电动机的额定电压是220V，其电阻是1Ω。正常工作时，通过的电流为 5A，则电动机的额定总功率为___________W；因发热损失的电功率为___________W。 ▌题型03 探究电流产生的热量与哪些因素有关 1. 核心知识 （1）实验方法：转换法——用U形管两侧液面高度差或温度计示数变化反映电阻丝产生热量的多少。 （2）控制变量法： · 探究热量与电阻的关系：两电阻丝串联，控制电流和通电时间相同，选择阻值不同的电阻丝； · 探究热量与电流的关系：控制电阻和通电时间相同，改变通过电阻丝的电流（常利用并联电阻分流）； · 探究热量与时间的关系：控制电阻和电流相同，改变通电时间。 （3）结论表述： · 电流、通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多； · 电阻、通电时间相同时，电流越大，产生的热量越多； · 电阻、电流相同时，通电时间越长，产生的热量越多。 2. 解题技巧 看到“串联”先想到电流相同，看到“并联”先想到电压相同；探究热量与电阻关系必须串联，探究热量与电流关系必须让通过电阻丝的电流不同。 11．如图所示，是探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关的实验，两个透明容器中密闭着等质量的空气，下列分析不正确的是（　 　） A．该实验装置是为了探究电流产生的热量与电流的关系 B．通电一段时间后，与左侧容器相连的U形管液面高度差比右侧大 C．通电一段时间后，若两侧U形管液面高度差相同，可能原因是电阻丝C断路 D．在相同时间内，A、B两电阻丝产生的热量之比是2：1 12．如图所示是“探究电流通过导体时产生热的多少与哪些因素有关”的实验装置。两透明空气盒中密封着等量的空气。下列说法正确的是（　　） A．U形管液面高度变化反映密封空气温度的变化 B．图甲中，通电一段时间后左右两边容器内电阻产生的热量之比是2：1 C．图乙所示的装置，若右边容器外5Ω的电阻换成20Ω后实验效果更明显 D．通电后空气盒中电阻丝内能增大是通过热传递方式改变的 13．如图是“探究电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气，U 形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。下列说法正确的是（　　） A．通电后，电阻丝内能增大方式和容器中空气内能增大方式是相同的 B．乙图中实验装置探究的是电流产生热量的多少与电阻的关系 C．U形管中液面高度发生变化是因为U形管中液体的热胀冷缩造成的 D．通电后，乙图左、右容器中电阻丝的发热功率之比是9：4 14．用如图所示的装置可探究电流产生热量与 （填“电流”或“电阻”）的关系，装置中的U形管 （选填“是”或“不是”）连通器；电流通过电阻与产生的热量之比为 ；若将更换为10Ω的电阻， （填“仍能”或“不能”）完成该实验探究。 15．如图是探究“电流通过导体时产生热量与哪些因素有关”的实验装置，两个透明容器中密封着初温、质量相同的空气。 (1)由于电流产生的热量不易直接测量，因此在实验中是通过观察 来显示容器内空气温度的变化； (2)图甲装置将两段阻值不同的电阻丝 （填电路连接方式），是为了探究电流产生的热量与 的大小的关系，通电一段时间后， （选填“左”或“右”）侧容器产生的热量更多； (3)图乙装置可以探究电流通过导体时产生的热量与 的大小的关系，R1和R2两根电阻丝在相等的时间内产生的热量之比为Q1：Q2＝ 。为了使左右两个U形管内液面高度差差异更大，R3应选用 （从2Ω、5Ω和10Ω的定值电阻中选出一个定值电阻）； (4)图乙中，若接通电路一段时间后，右侧U形管的液面高度差逐渐变大，但左侧U形管的液面高度不变，经检查电路也没有出现故障，则可能的原因是 ； (5)图乙中，若接通电路一段时间后，左侧U形管的液面高度差明显变大，但右侧U形管液面高度差不变，后发现是由于电路故障引起的，则原因可能是______。 A．R1电阻丝断路 B．R2电阻丝断路 C．R3电阻丝断路 D．R3电阻丝短路 ▌题型04 电热比例、动态电路与综合应用 解题必备 1. 核心知识 （1）串联电热比例：电流、时间相同时： （2）并联电热比例（纯电阻）：电压、时间相同时： （3）同一电阻：电阻、时间相同时： （4）动态电路中的电热：定值电阻与滑动变阻器串联时，滑动变阻器接入阻值增大，总电流减小，定值电阻产生的热量 Q0=I2R0t 减小。 （5）电热器效率： 2. 解题技巧 比例题先写公式、约去相同量。串联电热比等于电阻比，并联电热比等于电阻反比。动态题先判断电流变化，再用 Q=I2Rt判断定值电阻电热变化。 16．如图所示的是某型号电暖气的简化电路图，其中R1、R2为加热电阻丝，R1=55Ω，R2=44Ω。该电暖气工作时分高温、中温、低温三挡。下列说法中正确的是（　　） A．若要使电暖气在“低温挡”工作，只需要闭合开关S2 B．电暖气在“中温挡”正常工作时功率为880W C．电暖气在“高温挡”正常工作5min，电路产生的热量为5.94×105J D．闭合开关S1、S2时，通过R1、R2的电流之比为5∶4 17．如图，电路中标有“3V 2W”的灯泡L1和标有“3V 1W”的灯泡L2灯以及滑动变阻器R串联，电源电压恒为6V，不考虑灯丝电阻的变化。下列说法正确的是（　　） A．闭合开关S，通过两灯泡的电流之比是2∶1 B．保证两灯安全的情况下，通电1min电路产生的热量最多是180J C．保证两灯安全的情况下，滑动变阻器R连入电路的最小值为4.5Ω D．滑片P从最左端向右端移动；使其中一盏灯泡刚好正常发光，则另一盎灯的实际功率为1W 18．如图所示的电路中，电源电压U恒定，灯泡L上标有“2.5V  1.25W”字样（忽略温度对灯丝电阻的影响），定值电阻阻值为15Ω，滑动变阻器的规格为“20Ω  1A”，电流表量程为0~0.6A，电压表量程为0~3V。闭合开关S，断开开关、，缓慢移动滑动变阻器滑片移至中点时，电流表示数为0.3A；然后在确保电路各元件安全的情况下，继续移动滑片，使滑动变阻器接入电路的最小阻值为。闭合开关S、、，在确保电路各元件安全的情况下，滑动变阻器在电路中消耗的最大功率为P，定值电阻在10s内产生的热量为Q。小明同学根据以上条件，计算出以下结果： ①U=6V  ②  ③  ④，则其中（　　） A．只有①④正确 B．只有①②正确 C．只有②③正确 D．只有②③④正确 19．如图甲所示的模拟调光灯电路，电源电压恒定，R1为定值电阻。闭合开关S后，将滑动变阻器R2的滑片P由最右端向左移动，直至灯泡L正常发光。此过程中，电流表A的示数随两电压表V1、V2（电压表V2未画出）示数变化关系图像如图乙所示。下列说法正确的是（      ） A．电源电压为4V B．滑片处于最右端的时候，定值电阻R1与灯泡L的电功率之比为1∶1 C．灯泡正常发光时，定值电阻R1在1min内产生的热量为11.25J D．为使灯泡能正常发光且安全，滑动变阻器接入电路的阻值范围为0~35Ω 20．当空气湿度比较低时，很多人家里都会使用电热加湿器（如图甲），其工作原理如图乙，电热加湿器的电热丝浸没在加热仓的水中产生热量，使加热仓中的水沸腾变成水蒸气喷出；当加热仓中的水减少到一定程度时，自动阀门智能打开。 工作电压/V 220 工作频率/Hz 50 最大运行功率/W 40 储水箱容量/L 2.4 气雾调节器最大电阻/Ω 990 (1)当电热加湿器以最大运行功率工作时，电热丝R1的阻值为多大？ (2)如果加热仓内冷水的温度为20℃，用最大运行功率正常工作，经过5min36s恰好使水沸腾产生水蒸气，求加热仓中水的质量？假设电热丝R1产生的热量全部被水吸收，当地气压为1标准大气压，水的比热容为 (3)电热加湿器以最低气雾量工作时，求气雾调节器R2消耗的电功率？ 2 / 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 $