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(共42张PPT)
专题3　焦耳定律
必备知识 夯根基
实验探究 提素养
重点难点 释疑难
聚焦湖南中考 模拟
思维导图 建体系
思维导图 建体系
必备知识 夯根基
1.电流的热效应:电流通过导体时电能转化成__________的现象。
2.电热的计算——焦耳定律:
(1)表述:电流通过导体产生的热量跟电流的____________成正比,跟导体的
__________成正比,跟______________成正比。
(2)计算公式:___________。
3.电热的利用和防止:
(1)利用:电热水器、电饭锅、电熨斗、电热孵化器等。
(2)防止:用电器通过安装风扇、散热片、热管等散热。
　内能　
　二次方　
　电阻　
　通电时间　
　Q=I2Rt　
【教材图片解读】
【练一练】焦耳定律
如图是探究电流通过导体时产生热量与__________的关系,当通过R1的电流是
2 A时,10 s内电流通过R1产生的热量是__________。
　电阻　
　200 J　
实验探究 提素养
主题　探究电流通过导体产生的热量的多少跟哪些因素有关
核心解读
【实验装置】
【考点解读】
1.实验方法
(1)控制变量法:
①探究电流通过导体产生热量与电阻的关系,应控制____________________相同,让__________不同,实验装置如图中________。
②探究电流通过导体产生热量与电流的关系,应控制____________________相同,让__________不同,实验装置如图中________。
③探究电流通过导体产生热量与通电时间的关系,应控制________________相同,让______________不同。
　电流和通电时间　
　电阻　
　甲　
　电阻和通电时间　
　电流　
　乙　
　电流和电阻　
　通电时间　
(2)转换法:
电阻丝产生的热量被两个密闭容器中的空气吸收,通过比较两个U形管中_____
__________的变化来比较热量的多少,U形管中______________的变化越大,说明电阻丝产生的热量越多。
2.实验选择空气为加热物质的原因:
空气的____________小,吸收热量后温度升高得________,效果更明显。
3.结论
(1)在电流、通电时间相同的情况下,__________越大,电流产生的热量越多;
(2)在电阻、通电时间相同的情况下,__________越大,电流产生的热量越多;
(3)在电流、电阻相同的情况下,______________越长,电流产生的热量越多。
　液
面高度　
　液面高度　
　比热容　
　快　
　电阻　
　电流　
　通电时间　
【示范案例】如图是探究“电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”的实验装置。两个相同的透明容器中密封着等量的空气,将1、2和3、4导线分别接到电源两端。
[基础探究]
(1)组装之前,U形管内注入适量红墨水,U形管__________(选填“属于”或“不属于”)连通器。
(2)实验中通过观察___________________变化反映密闭空气温度的变化,这里应用的实验方法是____________,在研究许多物理问题时都会用到这种方法,下列研究实例采用的研究方法与此相同的是__________。
A.探究电流与电压、电阻的关系
B.探究动能的大小与哪些因素有关
C.研究光的传播时,引入“光线”
D.扩散现象表明分子在不停地做无规则运动
　属于　
　U形管液面高度　
　转换法　
　B、D　
(3)某实验小组发现通电一段时间后,其中一个U形管中的液面高度几乎不变,发生此现象的原因可能是_______________________________________。
(4)甲图所示的装置用来探究电流通过电阻丝产生的热量与__________的关系,通电一段时间,_______(选填“a”或“b”)容器中电流产生的热量较多。
(5)通过观察乙图中的实验现象,可知_______(选填“c”或“d”)容器中电阻丝的阻值大。
　透明容器密闭性不好(或透明容器漏气)　
　电流　
　a　
　d　
[创新拓展]
(6)加热过程中,只以甲图中a容器内的电阻丝为研究对象,观察到与a容器相连的U形管两侧液面高度差越来越大,说明在__________、__________一定时,电流产生的热量跟______________有关。
(7)请根据以上实验结论简要解释“电炉工作时,电炉丝发红,而与电炉丝相连的导线却不怎么发热”:____________________________________________________
_______________________________________________________。
　电阻　
　电流　
　通电时间　
　电炉丝与导线是串联的,电流和通电时间相等,电炉丝的电
阻较大,产生的热量较多,而导线的电阻极小,所以几乎不发热　
重点难点 释疑难
考点1　电流的热效应和焦耳定律
【示范题1】(2025·衡阳模拟)如图是电热水壶内部的电路图,电热水壶有“加热”和“保温”两个挡,R1=1 100 Ω,R2=100 Ω。电热水壶是利用电流的________效应来工作的;当开关S1、S2都闭合时,该电热水壶处于__________挡;当S2断开时,电热水壶通电100 s产生的热量是__________J。
　热　
　加热　
　4 400　
【变式训练】(2025·天津中考)国家标准《家用和类似用途电器的安全》中规定,电水壶电源线一般不应长于75 cm。这是通过缩短电源线长度来减小_________,从而__________(选填“增加”或“减少”)电源线通电时产生的热量。
　电阻　
　减少　
考点2　电功、电功率、电热的综合计算
【示范题2】(2025·湖南模拟)如图是一款手持式两挡电煮锅及其简化电路图,R1、R2均为定值电阻。高温挡功率为1 000 W,低温挡时R1、R2的总功率为220 W。请计算:
(1)R2的阻值;
(2)在标准大气压下,将2 kg水从20 ℃烧开,
水吸收的热量;[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(3)若电煮锅的热效率为80%,在标准大气压下,用高温挡将2 kg水从20 ℃烧开,需要多长时间。
解:(1)由电路图可知,当开关S1闭合、S2断开时,R1、R2串联,根据串联电路的电阻特点可知,此时电路中的总电阻最大,由P=可知,电路的总功率最小,电煮锅处于低温挡;当开关S1、S2都闭合时,只有R1工作,电路中的总电阻最小,总功率最大,电煮锅处于高温挡,由P=可知,R1的阻值:
R1===48.4 Ω
电煮锅处于低温挡时,电路中的总电阻:
R1+R2===220 Ω
R2的阻值:R2=220 Ω-48.4 Ω=171.6 Ω
(2)标准大气压下,水的沸点是100 ℃,水吸收的热量:Q吸=c水mΔt
=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃-20 ℃)=6.72×105 J
(3)由η=可知,电煮锅消耗的电能:
W===8.4×105 J
加热需要的时间:
t===840 s
【提分必备】
1.焦耳定律公式:Q=I2Rt=t=UIt。
2.电能、电功率、电热在计算时的公式比较如表:
物理量 纯电阻电路 非纯电阻电路
电　能 W=UIt=I2Rt=t W=Pt W=UIt
W=Pt
电功率 P==UI=I2R= P==UI
电热 Q=I2Rt=UIt=t Q=I2Rt
发热功率 P热=I2R 3.电热结合的综合计算:
(1)水吸收的热量的计算:Q=cmΔt。
(2)用电器消耗电能放出的热量:I2Rt=Q=W=Pt=UIt=t(纯电阻电路)。
【变式训练】
1. (2024·长沙中考)小明为爷爷设计了一款有“速热”和“保温”两挡的防寒服,内部电路简化如图所示。电源两端电压为6 V,电热丝R1、R2的阻值恒定,R1=4 Ω。
(1)只闭合开关S1时,通过R1的电流是多大
(2)只闭合开关S1时,R1的电功率是多少
(3)电源两端电压为6 V时,“速热”挡的电功率为36 W。若更换成电压为5 V的电源,则使用“速热”挡通电10 s产生的热量是多少
解:(1)只闭合开关S1时,通过R1的电流为I1===1.5 A
(2)只闭合开关S1时,R1的电功率为
P1=UI1=6 V×1.5 A=9 W
(3)电源两端电压为6 V时,干路电流为
I===6 A
通过R2的电流为I2=I-I1=6 A-1.5 A=4.5 A
R2的阻值为R2=== Ω
电源两端电压为5 V时,干路电流为
I'=+=+=5 A
使用“速热”挡通电10 s产生的热量为
Q=W=U'I't=5 V×5 A×10 s=250 J
2.(2025·岳阳一模)某款电热养生壶内部简化电路如图甲,S1为总开关,S2为自动控制开关。当S1、S2都闭合为加热过程,加热好后S2会自动断开进入保温阶段。已知养生壶加热和保温全过程的电功率随时间变化图像如图乙,求:
(1)加热过程中电路中的电流;
(2)加热10 min电热养生壶消耗的电能;
(3)R2的电阻。
解:(1)由乙图可知,电热养生壶的加热功率为880 W。
由P=UI可知,加热过程中电路中的电流:
I===4 A
(2)加热10 min电热养生壶消耗的电能:
W=P加热t=880 W×600 s=5.28×105 J
(3)S1、S2均闭合为加热过程,电路中只有R1工作,根据欧姆定律可知,R1的电阻:
R1===55 Ω
S1闭合,S2断开进入保温阶段,R1、R2串联,由P=可知,R1、R2的串联总电阻:
R总===275 Ω
R2的电阻:
R2=R总-R1=275 Ω-55 Ω=220 Ω
聚焦湖南中考 模拟
基础达标
题组1　电流的热效应和焦耳定律
1.(2025·娄底模拟)小邦家的电热取暖器的电源线坏了,他在网上新买了一根,使用时闻到橡胶的焦糊味,他立即拔下电源插头,发现这根电源线很热,其他用电器仍然正常工作,你认为引起电源线过热的原因可能是( )
A.新买的电源线太短　 B.新买的电源线太粗
C.新买的电源线太细 D.电路的电压不稳定
C
2.(2023·湘潭中考)取口香糖锡纸,剪成如图1所示形状,其中AB和CD段等长。戴好防护手套,将锡纸条(带锡的一面)两端连接电池正、负极,如图2所示,发现锡纸条很快开始冒烟、着火。下列分析正确的是( )
A.通过AB和CD段的电流不相等
B.正常情况下,AB段会先着火
C.AB和CD段的电压相等
D.AB和CD段的电阻相等
B
3.(2025·湖南模拟)某款家用多功能茶吧机有制冷、保温等功能,其内部发热电阻为44 Ω,在220 V电路中正常工作5 min,电流产生的热量是____________J。电流的热效应有时对我们有益,有时也有害,请举出生活中一个防止电流热效应危害而采取的措施:________________________。
4.(2023·益阳中考)有三个用电器,一个是“220 V　60 W”的电风扇,一个是“220 V　40 W”的电热毯,另一个是“220 V　45 W”的LED节能灯,都正常工作相同的时间,产生热量最多的用电器是____________;若该用电器工作时的实际电压只有额定电压的80%,则它在100 s内产生的热量为__________J(不考虑温度对其电阻的影响)。
　3.3×105　
　电视机后盖的散热孔　
　电热毯　
　2 560　
题组2　探究电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关
5.(2024·湖南模拟)学习小组“探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”。实验装置如图所示,两个透明容器中密封着等量的空气,左、右两侧U形管中液面最初相平。
(1)如图甲所示,闭合开关S,通电一段时间后,若发现U形管的液面高度几乎不变,出现该现象的原因可能是__________________;
排除故障后,继续通电一段时间,______(选填“左”或“右”)侧U形管中液面高度差较大;
　透明容器漏气　
　右
(2)通电时间相同时,图乙装置是用来探究电热与__________的关系;
(3)生活中,我们经常见到“电炉丝热得发红,而与它相连的导线却不怎么热”这一现象,可用图________(选填“甲”或“乙”)的实验结论来解释。
　电流　
　甲　
题组3　电热的相关计算
6.(2025·长沙模拟)如图甲,某款小型电火锅通过旋转开关可实现高、中、低三挡控温功能,图乙是它的简化电路图。R1、R2、R3均为加热电阻(阻值保持不变),已知R1=66 Ω,
R2=R3,中温挡的功率为880 W。
(1)让该电火锅在低温挡工作,应将旋钮开关旋至_______(选填“bc”“cd”或“de”)位置。
(2)该电火锅中温挡正常工作10 min消耗的电能为_____________J。
(3)该电火锅正常工作时,高温挡的功率与低温挡的功率之比为___________。
　bc　
　5.28×105　
　22∶5　
7.(2025·邵阳模拟)如图分别是江涛网购的速热式电热水器说明书部分及等效工作电路图(图中R是给水加热的电阻。电热水器的电阻恒定,结果保留一位小数)。则:
型号 HX201504
额定电压 220 V 额定功率 6.3 kW 自身质量 0.8 kg 底盘面积 200 cm2 (1)该电热水器正常工作10 min消耗的电能是多少
(2)以上消耗的电能转化的内能90%被水吸收,能使16.2 kg的水温度升高多少摄氏度
[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(3)用电高峰时,若此电热水器两端的实际电压仅为200 V,它的实际功率为多少瓦 (保留整数)
解:(1)根据W=Pt可知,该电热水器正常工作10 min消耗的电能:W=Pt=
6.3 kW×10× h=1.05 kW·h
(2)水吸收的热量:Q吸=ηW=90%×1.05 kW·h=90%×3.78×106 J=3.402×106 J
水升高的温度:
Δt===50 ℃
(3)根据P=得出加热电阻的阻值:
R==≈7.7 Ω
用电高峰时,若此电热水器两端的实际电压仅为200 V,根据P=得出实际功率
P实==≈5 195 W
能力提升
8.(2025·长沙中考)冬天,为了给鱼缸内的水加热,小星购买了标有“220 V　440 W”的电热丝R1和标有“220 V　275 W”的电热丝R2各一根,电热丝的电阻不随温度变化。
(1)求电热丝R1正常工作时的电流;
(2)将R1和R2串联接入电路中,求R1与R2两端的电压之比;
(3)为了给鱼缸提供适宜的水温,小星想设计的加热电路需要满足以下要求:
(a)当水温低于20 ℃时,启动高挡快速加热,功率为440 W;
(b)当水温在20 ℃至30 ℃之间时,启动低挡保温;
(c)当水温高于30 ℃时,断开整个电路。
为此,他找到了4个温控开关(功能见表),从中选择两个开关设计了如图所示的电路。
①请在电路图相应的位置标出电热丝和所选开关的符号;
②按设计连好电路后,为调整功率,小星取下某一根电热丝,剪掉一截后接回原电路。再启动低温挡,测得其中一根电热丝两端的电压为99 V,请计算此时电路的总功率。
元件类型 符号 功能
温控开关 S1 温度低于20 ℃时闭合,高于20 ℃时断开
S2 温度低于20 ℃时断开,高于20 ℃时闭合
S3 温度低于30 ℃时闭合,高于30 ℃时断开
S4 温度低于30 ℃时断开,高于30 ℃时闭合
解:(1)电热丝R1正常工作时的电流:
I1===2 A
(2)电阻丝R1的电阻:R1===110 Ω
电阻丝R2的电阻:R2===176 Ω
根据串联电压之比等于电阻之比有:===
(3)①当水温低于20 ℃时,启动高挡快速加热,电路中电流较大,故把电阻丝短路,故选择S1与左侧电阻并联,当水温高于30 ℃时,断开整个电路,
选择S3放在右侧;根据启动高挡快速加热,功率为440 W;选择标有“220 V　440 W”的电热丝R1是右侧的电阻,如图所示:
②未剪前,低挡R1和R2串联,R1两端的电压:U1=IR1=×110 Ω≈84.6 V
R2两端的电压:U2=U-U1=220 V-84.6 V=135.4 V
情况一:若剪短的是R1,将它接回原电路时,由串联分压的规律可知U1将减小,U2将增大,都不可能变为99 V,不符合题意;
情况二:若剪短的是R2,将它接回原电路时,由串联分压的规律可知U2将减小,U1将增大,都有可能变为99 V,符合题意;
(a)若R2剪短后接回原电路,R1两端的电压U1'=99 V,低挡时电路的实际电流:I=I1===0.9 A
此时低挡的总功率:P总=UI=220 V×0.9 A=198 W
(b)若R2剪短后接回原电路后,R2两端的电压为U2'=99 V,低挡时电路的实际电流:
I'=I1'===1.1 A
此时低挡的总功率:P总'=UI'=220 V×1.1 A=242 W
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