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期末复习 焦耳定律及其应用
一、知识目标
重点 1. 电流的热效应； 2. 焦耳定律的内容； 3. 电热的利用和防止
难点 1. 串并联电路电热特点；
二、考情分析
考查题型：单选、填空、计算
考查分值：中考分值2-4分
知识点1 电流的热效应
1. 电流的热效应
（1）定义：电流通过导体时电能转化为热（电能转化为内能）的现象。
（2）几乎所有的用电器通电后，都会发热。例如长时间使用手机后手机发热，长时间使用电脑后电脑发热，电暖气通电后发热等。
（3）超导体通电后不发热，因为超导体的电阻为零。
2. 电热实验
（1）实验目的：研究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关？
（2）实验方法：控制变量法，转换法
先保持电流相等，探究发热量与电阻的关系；再保持电阻相等，探究发热量与电流的关系。（两种情况下都保持时间相等）
①Q与R的关系：
实验结论：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多。
②Q与I的关系：
实验结论：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过一个电阻的电流越大，这个电阻产生的热量越多。
考点1 电流的热效应
例题1 难度：★★
小明在研究影响“电流的热效应”的因素时，做了如图所示的实验，该实验是研究产生电热的多少与____是否有关的实验，你判断的依据是__________。
变式1-1 难度 ★★
（通州一模）小明在探究“电流通过电阻产生的热量是否跟电阻阻值有关”时，设计了如图所示的实验装置，将电阻丝R1、R2分别密封在两个装有相等质量煤油的相同烧瓶中，每个烧瓶中装有一支温度计，已知R1＞R2，电源电压保持不变，则：
（1）实验中控制的变量是____________________；
（2）实验中电流通过导体产生热量的多少是通过______________来比较的。
变式1-2 难度 ★★
下列关于电流的热效应的说法正确的是（ ）
A．在电流相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多
B．在通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多
C．在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，这个电阻产生的热量越多
D．在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越小，这个电阻产生的热量越多
变式1-3 难度 ★★
下列关于如图所示实验的说法中错误的是（ ）
A．该实验研究的是电流的热效应
B．实验中采用了控制变量法
C．观察实验现象可知：在其他条件相同时，电阻越大产生的热量越少
D．实验中是通过观察温度计示数的高低来判断电流通过导体时产生热量的多少
知识点2 焦耳定律
1. 焦耳定律
（1）焦耳定律：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。（英国物理学家焦耳）
（2）计算式：Q=I2Rt（适用于所有电路）
导出式：①Q= W= UIt
②Q=t
③Q= Pt（P指电功率）
（3）总结：在纯电阻电路中，电流做功消耗的电能全部转化为内能，即Q＝W，求电功和电热时都可以用公式Q＝W=UIt=I2Rt=t=Pt；在非纯电阻电路中，电能除了转化为内能，还要转化为其他形式的能量，即W >Q，求电功只能用W=UIt（有时可用W=P总t），求电热只能用Q=I2Rt。
2. 串并联电路电热特点：
（1）在串联电路和并联电路中，电流产生的总热量等于各部分电热之和，即Q＝Q1＋Q2＋…Qn。
（2）串联电路中，各部分电路的热量与其电阻成正比，即=（串联电路中常用公式：Q＝I2Rt，Q1：Q2：Q3：…：Qn＝R1：R2：R3：…：Rn）。
（3）并联电路中，各部分电路的热量与其电阻成反比，即=（并联电路中常用公式：Q＝U2t/R，Q1：Q2＝R2：R1）（各支路通电时间都相同）。
考点2 焦耳定律
例题2 难度：★★
通过电阻R的电流为I，在时间t内产生的热量是Q，当电阻为2R，电流是时，在相等的时间内产生的热量为（　　）
A．4Q B．2Q C． D．
变式2-1 难度 ★★
（安庆）把两个完全相同的电阻丝串联后接在电压为U的电源上，它们在时间t内产生的热量为Q1；若把它们并联起来接在电压为U的电源上，在相同的时间内产生的热量为Q2，则（　　）
A．Q1：Q2=1：4 B．Q1：Q2=4：1 C．Q1：Q2=1：2 D．Q1：Q2=2：1
变式2-2 难度 ★★
如图为“探究电流通过导体产生热量与哪些因素有关”的实验装置。将阻值分别为5Ω和10Ω的电热丝R1和R2，按如图方式接入电压为3V的电路中，则电流通过______（选填“R1”或“R2”）电热丝产生的热量多；通电l0min，R2产生的热量是___________。
变式2-3 难度 ★★
将两根电热丝R1和R2串联起来，接在如图所示的电路中通电，若R1＞R2则（ ）
A．甲火柴先被点燃 B．乙火柴先被点燃
C．两根火柴同时被点燃 D．无法比较
考点3 电功与电热综合计算
例题3 难度：★★
如图所示的电路中，灯泡L标有“10 V 10 W”字样，电源电压为15 V．
（1）S1闭合、S2断开，滑动变阻器的滑片P在R的中点位置，灯泡L恰能正常发光，求此时滑动变阻器连入电路的阻值．
（2）S1、S2都闭合，滑动变阻器的滑片P在R最右端，通电5 min，求R产生的热量．
变式3-1 难度 ★★
把一个标有“10 V 3 W”的小灯泡和定值电阻R串联后接在电压为12 V的电源上（如图所示），小灯泡恰能正常工作．通过计算回答：
（1）通过小灯泡的电流是多少？
（2）串联在电路中的定值电阻的阻值多大？
（3）该电路工作10 s，定值电阻产生的热量是多少？
变式3-2 难度 ★★
如图所示是家庭常用的电热水壶，其铭牌数据如表所示。若加热电阻的阻值不随温度变化而改变，且此时的大气压为1标准大气压，则：
（1）电热水壶正常工作时，其加热电阻的阻值是多少欧姆？
（2）装满水后，壶中水的质量是多少千克？（1L=1×10-3m3）
（3）将一满壶20℃的水在1标准大气压下烧开，需要吸收多少热量？[c水=4.2×103J/（kg ℃）]
（4）不考虑热量损失，烧开这壶水，需要多长时间？
变式3-3 难度 ★★
如图所示，电源电压恒定不变，电阻R1的阻值为20 Ω，滑动变阻器的最大阻值R2为40 Ω，小灯泡的额定电压为18 V，灯丝电阻不随温度发生变化，闭合开关S。当开关S1、S2都断开时，滑动变阻器的滑片P移到中点时，电流表的读数为0.3 A；当开关S1、S2都闭合时，滑动变阻器的滑片P移到最右端时，电流表的示数为0.9 A。
（1）求电源电压是多少。
（2）当开关S1、S2都断开时，通电1 min，电路中产生的最大热量是多少？
（3）小灯泡的额定功率是多少？
知识点3 电热的利用和防止
1. 电热的利用
（1）利用电热的设备主要组成部分是发热体，发热体电阻大、熔点高。
（2）利用电热的例子：热水器、电饭锅、电熨斗、电热毯、电热孵化器等。
2. 电热的防止
（1）如果用电器及输电线发热过多，就会浪费电能、使元器件老化，甚至引发火灾。因此许多情况下我们并不希望用电器的温度过高，这时候我们就要防止电热的产生。
（2）要减少产热，用电器往往通过减小导体的电阻来减小发热量；输电导线则用导电性能好的材料、高压输送。
（3）防止电热的例子：电视机外壳的散热窗；计算机内的散热风扇、电动机外壳的散热片等。
考点4 电热的利用和防止
例题4 难度：★★
如图所示机器工作时应用电流热效应的是（ ）
A．电热水壶 B．电风扇
C．刷卡机 D．太阳能玩具车
变式4-1 难度 ★★
下列属于电热的防止的是（ ）
A．用电饭锅煮饭
B．用电熨斗熨衣服
C．用电热孵卵器孵小鸡
D．收音机外壳加散热窗
变式4-2 难度 ★★
小明家购买一台电饭煲，在使用时闻到橡胶的焦糊味，用手摸其电源线发现很热，而其他用电器仍正常工作，发生这一现象的原因可能是（　　）
A．电压太高 B．导线太粗 C．导线太短 D．导线太细
变式4-3 难度 ★★
如图所示是一款劣质墙壁插座，由于插头与插座接触不牢，导致插头连接处比别处更容易发热，加速老化，甚至引起火灾。则下列关于连接处更容易发热的形成原因的说法正确的是（　　）
A．插座没接地线形成的
B．没安装空气开关形成的
C．连接处的电流比别处大形成的
D．连接处接触不牢电阻变大形成的

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