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(共32张PPT)
模块四　电和磁
第29讲
焦耳定律　电学综合
新课标 内容要求 1.通过实验探究，探究并了解焦耳定律。
2.用焦耳定律说明生产、生活中的一些现象。
3.理解电功和电功率，并能进行简单计算。
4.能区分用电器的额定功率和实际功率。
【教材导航】 人教教材九年级P99～101；粤沪教材九上P98～101
考点1　 焦耳定律
1.电流的热效应：电流通过导体时，电能转化为内能的现象，叫电流的〔1〕 　热效应　 。
2.焦耳定律：电流通过导体产生的热量与〔2〕 　电流的二次方　 成正比，与导体的〔3〕 　电阻　 成正比，与〔4〕 　通电时间　 成正比。写成公式为〔5〕 　Q＝I2Rt　 。
热效应
电流的二次方
电阻
通电时间
Q＝I2Rt
考点2　 焦耳定律相关的计算
3.焦耳定律的推导公式：〔6〕 　Q＝t　 与〔7〕 　Q＝UIt　 。焦耳定律的推导公式是将欧姆定律公式代入焦耳定律公式整理而成的，欧姆定律仅适用于〔8〕 　电能全部转化为内能的电路　 ，所以焦耳定律的推导公式也只适用于电能全部转化为内能的电路。
4.多挡位问题的计算：电压一定时，电热器的电阻越〔9〕 　小　 ，电流通过电热器产生的热量越多；电流一定时，电热器的电阻越〔10〕 　大　 ，电流通过电热器产生的热量越多。
Q＝t
Q＝UIt
电
能全部转化为内能的电路
小
大
1.额定功率相同的电风扇、电视机、电饭锅、节能灯均正常工作相同时间，产生热量最多的是（　C　）
A.电风扇 B.电视机 C.电饭锅 D.节能灯
C
2.（改编自人教教材然九年级　图18.4－3）如图所示是“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。下列说法中正确的是（　C　）
A.甲实验是为了探究电流产生的热量与电压的关系
B.甲实验通电一段时间后，左侧容器内空气吸收的热量更多
C.乙实验是为了探究电流产生的热量与电流的关系
D.乙实验通电一段时间后，右侧U形管中液面的高度差比左侧的大
C
3.甲、乙两个电热器的电阻之比为5∶4，通过的电流之比为2∶1，通电时间之比为1∶2，则电流通过甲、乙两个电热器产生的热量之比为（　B　）
A.5∶4 B.5∶2 C.2∶5 D.10∶1
4.通过一根电阻丝的电流为2 A，通电1 min产生了2.4×104 J的热量，则它的电阻为（　C　）
A.60 Ω B.6 000 Ω C.100 Ω D.200 Ω
5.一个电炉的电阻丝和一台电动机线圈的电阻相同，工作时通过它们的电流也相同，电动机正常运转，则在相同的时间内（　A　）
A.电炉和电动机产生的热量相等 B.电炉产生的热量大于电动机产生的热量
C.电炉和电动机消耗的电能相等 D.电动机消耗的电能小于电炉消耗的电能
B
C
A
实验27　探究焦耳定律
小红用如图1所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，在相同烧瓶内装满了煤油，在烧瓶口塞一细管，与容器内煤油相连。
　　　　 答图
答图
（1）烧瓶中装入的煤油是 　绝缘体　 （填“导体”或“绝缘体”）。选用煤油不选用水的原因是 　煤油的比热容小，质量相同的煤油吸收相同的热量升高的温度更高　 。实验中，通过观察 　吸管内煤油上升的高度　 来比较导体放热的多少，用到的实验方法是 　转换法　 。
（2）请根据实物电路，在图2虚线框内画出对应的电路图。
（3）为达到实验目的，选用的两电阻丝R1与R2的阻值应 　相同　 ；通过R1的电流 　小于　 通过R2的电流，利用的串、并联电路中的电流规律是 　并联电路中干路电流大于每条支路电流　 。
（4）通电一段时间后，乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大，说明： 　在电阻和通电时间相同时，通过导体的电流越大，导体产生的热量越多　 。
绝缘体
煤油的比热容小，质量相同的煤油吸收相同的热量升高的温度更
高
吸管内煤油上升的高度
转换法
相同
小于
并联电路中干路
电流大于每条支路电流
在电阻
和通电时间相同时，通过导体的电流越大，导体产生的热量越多
（5）小红用如图3所示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”，经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流I的关系图象。根据焦耳定律可知，图4中能正确反映h－I关系的是 　A　 （填“A”“B”或“C”）。
　　　 　
A
（6）邻组的小刚用如图5所示的实验装置探究“电流通过导体产生的热量与电阻的关系”。
①连接好电路，将滑动变阻器的滑片移至 　B　 （填“A”或“B”）端，分别标记两烧瓶内玻璃管中液面的起始位置；
②闭合开关，通电t0的时间后，分别标记此时两烧瓶内玻璃管内液面的位置；
③比较发现 　R1　 电阻丝所在烧瓶内玻璃管中的液面上升的高度更大；
④在电流和通电时间相同时，电阻越大，导体产生的热量 　越多　 。
B
R1
越多
图5
疑难点1　 动态电路分析
1.（2022·临沂）如图所示电路，闭合开关后，将滑动变阻器的滑片从最右端向左移动一小段距离的过程中（　D　）
A.电流表示数变小
B.电压表示数变小
C.灯泡的功率变大
D.电路总功率变大
D
【突破指引】判断电流表示数的变化要先分析电流表测哪部分电路的电流，依据欧姆定律I＝进行判断；并联电路各支路两端电压相等，只要电压表前后都有示数，示数将保持不变；判断电功率变化则依据P＝UI公式进行判断，注意明确判断对象和各物理量要对应。
2.如图所示电路，电源电压不变，开关闭合后，将滑动变阻器的滑片P从中点向右滑动过程中，下列说法正确的是（　B　）
A.电流表A1的示数变大 B.电流表A2的示数不变
C.电压表V的示数变小 D.小灯泡L的亮度变暗
B
3.（2022·重庆）小林受穿戴式“智能体温计”（如图甲所示）的启发，设计了一个如图乙所示的体温计电路图，用电表示数大小反映温度高低，热敏电阻R1的阻值随温度的升高而增大，定值电阻R2起保护电路的作用。下列分析正确的是（　D　）
A.该电路中的电表是电流表 B.温度变化时R2两端电压不变
C.温度升高时电路中电流变大 D.温度降低时电路的总功率变大
D
疑难点2　 电热综合
4.有一种电水壶，其铭牌如图所示，求：
××牌电水壶
型号：JYK－301
额定电压：220 V－50 Hz
额定功率：1 600 W
容量：1.5 L
警告：1.禁止无水干烧
2.禁止浸入水中清洗
（1）烧开初温为20 ℃的一壶水需要吸收的热量；
[水量为最大容量，c水＝4.2×103 J/（kg·℃），气压为一标准大气压]
（2）电水壶正常工作的热效率为90%，烧开这样的一壶水需要的时间。
解：（1）最大容量下水的质量
m＝ρV＝1 kg/L×1.5 L＝1.5 kg
需要吸收的热量Q吸＝c水m（t－t0）＝4.2×103 J/kg×1.5 kg×（100 ℃－20 ℃）＝5.04×105 J
（2）电水壶正常工作时消耗的电能W＝＝＝5.6×105 J
烧开这样的一壶水需要的时间t＝＝＝350 s
答：（1）烧开初温为20 ℃的水需要吸收5.04×105 J的热量；
（2）烧开这样的一壶水需要350 s。
【突破指引】电水壶工作时将电能转化为内能，电能是消耗的总能量，根据公式W＝Pt进行计算，水的吸收热量为有用能量，根据公式Q吸＝cmΔt进行计算，消耗电能和水的吸热之间的关系式是W·η＝Q吸，若电能全部转化为水的吸热，则η＝100%。
5.（2022·乐山）如图所示是某电蒸锅的内部简化电路图，R1＝484 Ω、R2＝44 Ω。当S1、S2均闭合时，通过R1、R2的电流之比I1∶I2 ＝ 　1∶11　 ，使用加热挡5 min电蒸锅产生的热量为 　3.6×105　 J。
1∶11
3.6×105
考向1　 电热、焦耳定律
1.（2022·长沙）下列用电器与电蚊香加热器工作原理相同的是（　C　）
A.电风扇 B.电视机 C.电饭煲 D.电冰箱
2.小明观察家中的电风扇、白炽灯和电烙铁几种电器，发现它们上面都标有“220 V　40 W”的字样，若它们都在额定电压下工作相同时间，产生热量最多的是（　C　）
A.电风扇 B.白炽灯 C.电烙铁 D.一样多
C
C
3.（2022·济宁）小明家新购置了一个额定功率为3 200 W的电热水龙头。经过测试，正常工作时进水温度为20 ℃，出水温度为45 ℃，30 s内的出水量为800 mL，则这800 mL水吸收的热量Q＝ 　8.4×104　 J，电热水龙头的加热效率η＝ 　87.5%　 。[c水＝4.2×103 J/（kg·℃）]
8.4×104
87.5%
4.（2022·宜昌）小杰和小芳在探究“电流产生的热量与哪些因素有关系”的实验中，在两个透明容器中密封等量的空气，各放置一段电阻丝，并连接一个装水的U形管，通过U形管中水面的高度差来判断电阻产生热量的多少。装置的密封性能良好，电源电压为6 V。
　　　 答图
（1）小杰根据图甲观察到的现象得到“在通电时间和电阻相同时， 　电流越大　 ，电阻产生的热量越多”的结论。
电流越
大
（2）小芳猜想电流产生的热量与电阻大小有关，下列能支持她猜想的现象是（　C　）
A.正常工作时，“36 V　54 W”的灯泡比“12 V　6 W”的灯泡亮
B.接线板上接入的用电器越多，导线越容易发热
C.电熨斗工作时发热明显，而与之相连的导线却不怎么热
（3）为了验证猜想，小芳选用了5 Ω和100 Ω的电阻丝进行实验，如图乙所示，请你用笔画线把电路连接完整。闭合开关，她发现较长时间后两个U形管的高度差均不明显，原因是 　电路中电流太小（或者电阻太大或者电压太低）　 ，请你提出改进办法： 　将100 Ω的电阻丝换为阻值更小的电阻丝（或增大电源电压）　 。
C
电路中电流太小（或者电阻太大或者电压太低）
将100 Ω的电阻丝换为阻值更小的电阻丝（或增大电源电压）
答图
考向2　 串联功率分析计算
5.（2022·临沂）二极管具有单向导电性，硅二极管正向导通时，其两端电压为0.7 V。如图所示，将一个硅二极管和阻值为23 Ω的定值电阻串联，闭合开关，二极管导通，电流表的示数为0.1 A。则定值电阻两端的电压为 　2.3　 V，电功率为 　0.23　 W；电源电压为 　3　 V。
2.3
0.23
3
6.（2021·云南）如图所示，灯泡L1标有“6 V　3 W”，L2标有“6 V　2 W”字样，电源电压6 V恒定不变。闭合开关S，忽略温度对灯丝电阻的影响，则甲、乙两电路中流过L1的电流I1∶I1'＝ 　2∶5　 ，L2消耗的实际功率P1 　＜　 P1'（填“＞”“＜”或“＝”）。
2∶5　
＜
7.（2022·常州）某型号电饭锅有加热和保温两挡，电路如图所示。220 V电压下，其加热挡功率为1 100 W，保温挡功率为20 W。
（1）闭合开关S1、S2，电饭锅处于 　加热　 挡。
（2）电阻丝R1的阻值为 　44　 Ω，R2的阻值为 　2 376　 Ω。
（3）处于保温状态的电饭锅，20 min产生热量为 　2.4×104　 J。
加热
44
2 376
2.4×104
8.（2022·深圳）小明设计了如图甲所示的模拟智能测温报警电路：电源电压调为12 V，报警器（电阻不计）通过的电流超过10 mA时就会报警，热敏电阻RT其阻值随温度T的变化关系如图乙所示。要求：当所测温度达到或超过
37.3 ℃时，系统报警。
（1）计算R0；
（2）38 ℃时电路中的电流约为多少？
（3）36 ℃到40 ℃的过程中，电路最大总功率。
解：（1）如图甲，两个电阻串联，当所测温度达到或超过37.3 ℃时，系统报警，此时电路中的电流为10 mA；由图乙可知， 此时热敏电阻RT的阻值为400 Ω；热敏电阻RT两端的电压
＝IRT＝0.01 A×400 Ω＝4 V
电阻R0两端的电压＝U－＝12 V－4 V＝8 V
R0的阻值R0＝＝＝800 Ω
（2）由图乙可知，38 ℃时热敏电阻RT的阻值为300 Ω；则电路中的电流
I'＝＝≈0.011 A
（3）由图乙可知，温度在36 ℃到40 ℃的过程中热敏电阻RT的阻值在变小，当温度在40 ℃时，阻值最小为200 Ω；此时电路中的电功率最大Pmax＝＝＝0.144 W
答：（1）R0的阻值为800 Ω；
（2）38 ℃时电流约为0.011 A；
（3）36 ℃到40 ℃的过程中，电路最大总功率为0.144 W。
考向3　 电功率综合应用
9.（2022·邵阳）小灯泡L和定值电阻R接在如图甲所示的电路中，其两者的I－U关系图象如图乙所示，下列说法中正确的是（　D　）
A.图乙中曲线A表示电阻R的I－U关系图象
B.当电源电压为4 V时，电流表示数为0.5 A
C.当电源电压为4 V时，小灯泡L的实际功率1.6 W
D.如果将小灯泡L和电阻R串联接在电压为10 V的电源两端，电路消耗的总功率为2 W
D
10.（2022·广东）某电热取暖器的简化电路如图所示，R1、R2为发热电阻。取暖器工作时，通过开关S1和S2实现低温、高温的挡位控制。已知高温挡功率为1 320 W，R1＝55 Ω。求：
（1）取暖器工作时通过R1的电流；
（2）取暖器处于低温挡时，工作1 min产生的热量；
（3）R2的阻值。
解：（1）由电路图可知，两个开关都闭合时，两个电阻并联在电路中，电路中的总电阻较小，据P＝ 知，电路中的总电功率较大，处于高温挡；S1闭合、S2断开时，电路中只有R1工作，电路中的电阻较大，据P＝ 知，电路中的总电功率较小，处于低温挡。此时通过R1的电流I1＝＝＝4 A
（2）电热取暖器处于低温挡时，功率P低温＝UI1＝220 V×4 A＝880 W
工作1 min产生的热量Q＝P低温t＝880 W×60 s＝52 800 J
（3）高温挡工作，R2消耗的功率P2＝P高温－P低温＝1 320 W－880 W＝440 W
所以R2的阻值R2＝＝＝110 Ω
答：（1）取暖器工作时通过R1的电流为4 A；（2）取暖器处于低温挡时，工作1 min产生的热量为52 800 J；（3）R2的阻值为110 Ω。

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