资源简介

3.6 电能（二）
目录
模块一 知己知彼 1
模块二 知识掌握 2
知识点一、电功率的实验探究 2
知识点二、电热器与焦耳定律 10
知识点三、电热( Q )和电功( W )的区别 16
模块三 巩固提高 20
模块一 知己知彼
学习目标 目标解读
1.会使用电流表和电压表测定小灯泡的电功率，能区分用电器的额定电压和实际电压，额定功率和实际功率。 2.熟悉常用电热器，知道电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关。 3.理解焦耳定律，能利用焦耳定律进行简单计算。 解读1:能说明伏安法测量小灯泡的电功率的实验原理，绘制实验电路图，并通过实验测定小灯泡的额定功率和实际功率，收集和整理实验数据得出实验结论，常见题型为实验探究题，难度稍大。 解读2:知道电流具有热效应、影响电流热效应的因素,应用焦耳定律解决简单的问题，常见题型为选择题、实验探究题、解答题，难度较大。
模块二 知识掌握
知识点一、电功率的实验探究
（一）影响电功率大小的因素
(1)研究电功率与电流的关系
实验方案:如图所示，将两只小灯泡并联，目的是控制两者两端的电压相同，比较通过两只小灯泡的电流大小和亮度(亮度反映实际功率的大小)。观察两只小灯泡的亮暗，并记录两只电流表的示数，把观察结果记录在下表中。
灯L1 灯L2
条件控制(电压关系)
亮度(亮暗)
电流(安)
实验结果:在电压相等的情况下，通过小灯泡的电流越大，小灯泡的电功率越大。
(2)研究电功率与电压的关系
实验方案:如图所示，将两只小灯泡串联，目的是控制通过两者的电流相同，比较两只小灯泡两端的电压大小和亮度(亮度反映实际功率的大小)。观察两只小灯泡的亮暗，并记录两只电压表的示数，把观察结果记录在下表中。
灯L1 灯L2
条件控制(电流关系)
亮度(亮暗)
电压(安)
实验结果:在电流相等的情况下，小灯泡两端的电压越高，小灯泡的电功率越大。
（二）电功率的计算公式
(1)实验表明，用电器的电功率等于用电器两端的电压与通过用电器的电流的乘积。
(2)电功率的公式可表示为P=UI (电功率的基本公式，适用于所有电路的计算)，由公式得出，电功率的单位瓦特也可表示为1瓦=1伏.安。
(3)电功率的推导公式:将公式I=U/R代入上述公式，可推导出:P=I2R或P= U2/R(只适用于纯电阻电路的计算)。
(4)无论用电器串联或并联，电路的总功率都等于各用电器的实际功率之和，关系式为P=P1+P2+..+Pn。
（三）电功的计算
(1)根据功率和功的关系P=W/t可以得到电功的计算式，即W=Pt=UIt。这就是说，电流在某段电路上做的功，等于这段电路两端的电压与通过这段电路的电流，以及通电时间的乘积。
(2)根据公式W=UIt,电功的单位焦耳也可表示为1焦=1伏.安.秒。
(3)将公式I=U/R代入电功公式，可得W=U2t/R或W=I2Rt。同样的，这两个公式只能运用于纯电阻电路中。
（四）电功率的测量
(1)伏安法测量电功率:用电压表测量用电器两端的电压，用电流表测量通过用电器的电流，再根据公式P=UI间接求出用电器的电功率，这种方法叫做伏安法。
(2 )实验器材:常用的小灯泡1只(标明额定电压，未标明额定功率)，电流表、电压表各1只，滑动变阻器1只,开关1只，电池组(总电压高于小灯泡的额定电压)1只，导线若干。
(3)过程和步骤:
①按正确的电路图连接电路。
②调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压恰好等于小灯泡的额定电压。读出此时两只电表的示数，并记录在下表中。
③调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压约为小灯泡额定电压的1.2倍。观察小灯泡的亮度变化(相对于额定电压下的亮度)，读出两只电表的示数，并记录在下表中。
④调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压约为小灯泡额定电压的0.8。观察小灯泡的亮度变化(相对于额定电压下的亮度)，读出两只电表的示数，并记录在下表中。
⑤计算出三种情况下小灯泡的电功率;分析小灯泡的亮度和实际功率的关系。
序号 电压 电流 电功率 小灯泡的亮度变化
1
2
3
【能力拓展】
（1）研究电功率与电流、电压的关系，应用控制变量法。在研究电功率与电流的关系时，应控制电压不变，比较电功率(小灯泡亮暗)与电流的关系，实验中采取将两只小灯泡并联来控制电压不变。在研究电功率与电压的关系时，应控制电流不变,比较电功率(小灯泡亮暗)与电压的关系，实验中采取将两只小灯泡串联来控制电流不变。
（2）对于同一用电器而言,用电器的阻值常认为是不变的，电功率之比等于它相应的电压的平方之比，故可利用P实/P额=U实2/U额2解题。如标有“220伏40瓦”字样的灯泡，若接在电路中的实际电压是110伏，则灯泡的实际功率是10瓦。
（3）根据公式P=I2R得，串联电路中各用电器电功率与电阻成正比，即P1/P2=R1/R2
（4）根据公式P=U2/R得，并联电路中各用电器电功率与电阻成反比，即P1/P2=R2/R1
（2023 海曙区一模）为了测量一只额定电压为2.5V的小灯泡的额定功率，某同学设计了如图所示的电路，实验中电源电压保持3V不变，闭合开关，调节滑动变阻器，得到的实验数据如表。下列说法正确的是（　　）
实验次数 1 2 3 4 5
发光情况 熄灭 微光 暗 较暗 明亮
电压U/V 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
电流1/A 0.10 0.14 0.16 0.24 0.28
A．多次实验的目的是为了减小误差
B．小灯泡的额定功率为0.48W
C．实验前未闭合开关时，小灯泡的电阻可能为6Ω
D．第1、2两次实验，滑动变阻器电阻的改变量大于小灯泡电阻的改变量
【解答】解：A、在测量小灯泡电功率实验中，多次测量的目的是为了寻找普遍规律，故A错误；
B、小灯泡的电压为额定电压2.5V时，流过的电流为0.28A，
则小灯泡的额定功率为P＝UI＝2.5V×0.28A＝0.7W，故B错误；
C、由表中数据可知，灯泡不亮时，电压为0.5V，电流为0.1A，此时灯泡的电阻为：
R15Ω，故C错误；
D、当灯泡两端的电压为0.5V时，通过电路的电流约为0.10A，
滑动变阻器两端的电压为：UH1＝U﹣UL1＝3V﹣0.5V＝2.5V，
滑动变阻器此时接入电路的电阻：RH125Ω，
此时灯泡的电阻为：
R15Ω；
当灯泡两端的电压为1V时，通过电路的电流约为0.14A，
滑动变阻器两端的电压为：UH＝U﹣UL2＝3V﹣1V＝2V，
此时滑动变阻器接入电路的电阻：RH214.3Ω，
此时灯泡的电阻为：
R27.1Ω；
通过电路的电流由0.1A变为0.14A，滑动变阻器的电阻由25Ω变为14.3Ω，电阻变化量为25Ω﹣14.3Ω＝10.7Ω；
灯泡的电阻由5Ω变为7.1Ω，电阻的变化量为7.1Ω﹣5Ω＝2.1Ω，故小灯泡电阻的变化量ΔR2小于滑动变阻器电阻的变化量ΔR1，故D正确。
故选：D。
（2022秋 西湖区期末）小金利用如图甲所示电路（未连接全），测量额定电压为2.5V小灯泡的额定功率，下列说法错误的是（　　）
A．将图中EC接线柱用导线相连后该电路能测量小灯泡额定功率
B．闭合开关后，电压表的读数如图乙，则滑动变阻器滑片应向B端移动
C．当电压表示数为2.5V时，电流表示数如图丙，则小灯泡额定功率为0.75W
D．实验还可得知，小灯泡的实际功率越大，小灯泡越亮
【解答】解：A、在测小灯泡的额定功率实验中，灯泡、滑动变阻器和电流表串联，电压表并联在灯泡两端，将图中EC接线柱用导线相连后，此时电压表并联在灯泡两端，所以该电路能测量小灯泡额定功率，故A正确；
B、闭合开关后，电压表的读数如图乙，电压表选用小量程，分度值0.1V，其示数为2V，小于灯泡额定电压，要测小灯泡的额定功率，应增大灯泡两端的电压，根据串联电路电压规律，应减小滑动变阻器两端的电压，根据分压原理，应减小滑动变阻器接入电路的阻值，所以应将滑动变阻器滑片应向A端移动，故B错误；
C、当电压表示数为2.5V时，电流表示数如图丙，电流表选用小量程，分度值0.02A，其示数为0.3A，则小灯泡额定功率为：
P＝UI＝2.5V×0.3A＝0.75W，故C正确；
D、灯泡的亮度由灯泡的实际功率决定的，实际功率越大，灯泡亮度越亮，故D正确。
故选：B。
（2023 淳安县一模）小金同学在测定“小灯泡电功率”的实验中，电源为三节干电池，小灯泡额定电压为2.5V。
（1）请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整。

（2）小金连接电路后，闭合开关，移动滑动变阻器滑片P到某一位置时，电压表的示数如图乙，若要测量小灯泡的额定功率，接下来的操作是 　移动滑动变阻器的滑片，直到电压表示数为额定电压2.5V　；小金同学测量了六组且记下对应的电压表（0.5V、1.0V、……、3.0V）和电流表的示数，并绘制成图丙所示的I—U图像，可计算出小灯泡的额定功率是 　1　W。
（3）根据图丙分析，为完成上述整个实验，最合理的滑动变阻器应选 　C　。
A.“0.5A 10Ω”
B.“1A 20Ω”
C.“1A 60Ω”
D.“0.2A 200Ω”
【解答】解：（1）测定“小灯泡电功率”的实验中，电压表并联在小灯泡两端，小灯泡额定电压为2.5V，则电压表选择小量程；滑动变阻器“一上一下”串联接入电路；如图所示：
（2）灯在额定电压下正常发光，电压表选用0～3V量程，分度值为0.1V，由图乙知，灯泡两端电压等于1.2V，小于灯的额定电压2.5V，应增大灯泡的电压，根据串联电路电压的规律，应减小变阻器的电压，由分压原理应减小变阻器连入电路中的阻值，故移动滑动变阻器的滑片，直到电压表示数为额定电压2.5V；
由图丙所示的I﹣U图象，灯的电压为2.5V时，通过的电流为0.4A，所以小灯泡的额定功率是
P＝UI＝2.5V×0.4A＝1W；
（3）电源由三节干电池，所以电源电压4.5V；
小金同学测量的六组实验中，灯泡两端电压最小0.5V，由分压原理知，此时变阻器连入电路的阻值最大，由图象知，此时电路中电流约为0.1A，
则此时变阻器连入电路的阻值为：
R40Ω，
由图象知，灯泡电压为3V时的电流大于0.4A，所以应选择“1A 60Ω”的变阻器，故选：C。
故答案为：（1）见解答图；（2）移动滑动变阻器的滑片，直到电压表示数为额定电压2.5V；1；（3）C。
（2022秋 平湖市期末）小明同学用图甲中的器材测量一只标有“2.5V0.3A“字样的小灯泡的额定功率。
（1）小明所连的电路中有一处错误或不妥，请改正（在要去掉的线上打“×”，并添加相应的导线），再将图甲的电路连接完整，要求滑动变阻器滑片向右移动时，小灯泡变亮。
（2）闭合开关后，小明发现小灯泡不亮，电压表的示数为2.9V，电流表示数为0，则出现的故障可能是 　灯泡断路　。
（3）故障排除后，小明移动滑动变阻器的滑片使电压表示数为2.5V，这时电流表指针如图乙所示，则小灯泡的额定功率为 　0.65　W.
【解答】解：（1）甲图中，电流表的“0.6”接线柱与变阻器的滑片相连是不对的，根据滑动变阻器滑片向右移动时，小灯泡变亮可知，电路的电流变小，变阻器连入电路的电阻变小，故将变阻器右下接线柱连入电路中，电流表“0.6”接线柱与变阻器左上接线柱连接，如下所示：
（2）闭合开关后，小明发现小灯泡不亮，电流表示数为0，电路可能断路，电压表的示数为2.9V，则电压表与电源连通，则出现的故障可能是灯泡断路；
（3）故障排除后，小明移动滑动变阻器的滑片使电压表示数为2.5V，这时电流表指针如图乙所示，电流表选用小量程，分度值为0.02A，电流为0.26A，则小灯泡的额定功率为：
P＝UI＝2.5V×0.26A＝0.65W。
故答案为：（1）见解析中的图；（2）灯泡断路；（3）0.65。
（2023 绍兴模拟）如图所示，在测定“小灯泡电功率”的实验中，小灯泡的额定电压为2.5V，电阻约为8Ω。
（1）图甲中有一根导线连接错误，请你把它找出来并打上“×”（表示不要），并用笔重新画一根正确连接的导线。
（2）改正电路后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P，发现小灯泡始终不亮。电压表和电流表均无示数，原因可能是下列选项中的 　D　（填字母）。
A．灯泡短路
B．灯泡断路
C．滑动变阻器短路
D．滑动变阻器断路
（3）排除上述故障后，闭合开关，调节滑动变阻器使电压表的示数为2.5V，此时电流表的示数如图乙所示，由此可知小灯泡的额定功率为 　0.85　W。
（4）现有两个额定电压均为15V的灯泡L1和L2，它们的电压U与电流I的关系曲线如图丙所示，将L1和L2串联后接在15V的电源上时，电路总功率为 　3　W。
【解答】解：
（1）灯泡应和电流表串联和电压表并联，据此可知灯泡右端接线柱与电流表“0.6”的接线柱之间的这根导线错误，应将灯泡右端的接线柱与电压表的“﹣”接线柱相连，据此改正并画图如下：
（2）A、若灯泡短路，电流表有示数，电压表没有示数，故A不符合题意；
B、若灯泡断路，电流表没有示数，电压表串联在电路中测电源电压，有示数，故B不符合题意；
C、若滑动变阻器短路，电流表有示数，电压表也有示数，故C不符合题意；
D、若滑动变阻器断路，整个电路断路，移动滑动变阻器的滑片P，发现小灯泡始终不亮，两表没有示数，故D符合题意；
故选：D；
（3）根据图乙可知，电流表选用小量程，分度值为0.02A，图乙中电流表的示数为0.34A，
小灯泡的额定功率为：P＝UI＝2.5V×0.34A＝0.85W；
（4）两灯泡串联时，流过两灯泡的电流相等，而总电压应为15V，
由电流与电压的关系曲线可知，只有串联电流为0.2A时，此时L1对应的电压为10V，L2对应的电压为5V，符合串联电路电压的电压特点（15V＝10V+5V），所以此时L1的功率为：P1＝U1I′＝10V×0.2A＝2W，
L2的功率为：P2＝U2I′＝5V×0.2A＝1W，
两灯消耗的总功率为：P'＝P1+P2＝2W+1W＝3W。
故答案为：（1）见解析；（2）D；（3）0.85；（4）3。
知识点二、电热器与焦耳定律
（一）电流的热效应
(1)定义:电流通过各种导体时，会使导体的温度升高，这种现象叫做电流的热效应。
(2)实质:电流通过导体发热的过程实际上是电能转化为内能的过程。
(3)应用:各种各样的电热器都是利用电流的热效应工作的，如电熨斗、电热毯、电热壶、电饭煲等。电热器的主要组成部分是发热体，发热体一般是由电阻大、熔点高的金属导体制成的。
（二）探究影响电热的因素
提出问题:电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关呢
猜想与假设:结合生活经验，可能与导体的电阻有关，可能与电流的大小有关，还可能与通电时间有关。
设计实验:如图(注意控制变量法的运用)
控制t、I相同，研究热效应与电阻的关系。
控制t、R相同，研究热效应与电流的关系。
控制I、R相同，研究热效应与时间的关系。
进行实验:
①将两根电阻丝串联，通电加热一段时间后，观察两玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。
②当两玻璃管中的液面降到原来的高度后，减小滑动变阻器接人电路的阻值使电流增大，在与①相同的时间内，观察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。
③保持②电流大小不变，延长通电加热时间，观察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。
④比较玻璃管中煤油上升高度的变化，得出结论。
获得结论:
①当通电时间、电流相等时，电阻越大，电流产生的热量越多。
②当通电时间、电阻相等时，电流越大，电流产生的热量越多。
③当通电电流和电阻相等时，通电时间越长,电流产生的热量越多。
（三）焦耳定律
(1)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正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。焦耳定律是由英国科学家焦耳最先发现的。
(2)公式:Q=I2Rt。
(3)对焦耳定律的计算公式Q rPRt的理解要注意以下几点:
①讲到影响电流通过导体产生热量的因素时要控制好变量，要同时考虑到通过导体的电流、导体电阻和通电时间。例如不能说导体通电时间越长，产生的热量就越多。
②不能说导体产生的热量跟电流成正比，只能说跟电流的二次方成正比。
③公式中的各个物理量都是对同一导体或电路而言的，计算时不能张冠李戴。
④电热和电功的单位是相同的，都是焦(J)。
【能力拓展】
(1)电阻丝产生的热看不见，可对电阻丝产生的热量使玻璃管内煤油上升的高度进行比较，这是采用了转换法。
(2)电流产生的热量与电阻、电流和通电时间均有关系，在研究热量与其中一个因素的关系时，要控制另外两个因素不变，这是采用了控制变量法。
（2022秋 舟山期末）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（　　）
A．接线板上接入的用电器越多，导线越容易发热
B．正常工作时，“36V 54W”的灯泡比“12V 6W”的灯泡亮
C．电熨斗工作时发热明显，而与之相连的导线却不怎么热
D．电热水壶加热水时，水沸腾前，加热时间越长，温度越高
【解答】解：电流通过导体产生的热量与通过的电流、导体的电阻和通电时间有关，研究与其中一个因素的关系时，要控制另外两个因素不变。
A．接线板上接入的用电器越多，总功率越大，根据I可知导线中的电流越大，说明电流产生的热量与电流大小有关，故A不符合题意；
B．正常工作时，“36V 54W”的灯泡比“12V 6W”的灯泡亮，两灯的实际功率分别为54W和6W，根据P＝UI有I可知，此时两个灯泡的电流是不同的，说明电流产生的热量与电流大小有关，故B不符合题意；
C．电熨斗与导线串联，此时通过电熨斗和导线的电流及通电时间相同，而电熨斗的电阻远大于导线的电阻，工作时电熨斗发热明显，故C符合题意；
D．电热水壶加热水时，水沸腾前，加热时间越长，温度越高，说明电流产生的热量与时间长短有关，故D不符合题意。
故选：C。
（2022秋 镇海区期末）小科想要利用风扇、发热电阻等元件，制作一个有低温挡和高温挡的暖风机。他设计了发热部分的两种电路，分别如图甲、乙所示。下列说法错误的是（　　）
A．图甲中，当开关S闭合、S1断开时，此时处于低温挡工作状态
B．图甲中，当开关S闭合、S1闭合时，此时处于高温挡工作状态
C．图乙中，若电源电压为24伏，要实现电阻R3的发热电功率为120瓦，则R3阻值为5欧
D．图乙中，暖风机高温挡总功率为200瓦，在高温挡工作1分钟，暖风机消耗电能1.2×104焦
【解答】解：AB\甲方案中，开关S、S1均闭合时，电路为R1的简单电路，电路的总功率P甲1；
开关S闭合、S1断开时，R1与R2串联，由串联电路中总电阻等于各分电阻之和可知，电路的总功率P甲2，
因P甲1＞P甲2，
所以，开关S、S1均闭合时，电热器处于高温挡；开关S闭合、S1断开时，电热器处于低温挡；故AB正确；
C、乙图中两电阻R3和R4并联，电阻两端的电压都等于电源电压，
由P可得：
R3的阻值应为：R34.8Ω；故C错误；
（3）暖风机所消耗的电能：W＝Pt＝200W×60s＝1.2×104J。故D正确。
故选：C。
（2023 镇海区一模）如图所示电路，电源电压为12V且保持不变。闭合开关S，当滑片P置于变阻器的中点时，电压表的示数为4V；当滑片P置于变阻器的b端时，电压表的示数变了2V，在10s内定值电阻R1产生的热量为36J。则下列结果正确的是（　　）
A．电路中的最大电流为1A
B．滑片P在中点时，10s内滑动变阻器R消耗的电能为60J
C．R1先后两次消耗的电功率之比为16：9
D．滑动变阻器R先后两次消耗的电功率之比为8：1
【解答】解：由电路图可知，闭合开关S，R1与R串联，电压表测R两端的电压。
A.当滑片P置于变阻器的中点时电压表的示数为4V，当滑片P置于变阻器的b端时电压表的示数变化了2V，
由串联电路的分压特点可知，滑片P置于变阻器的b端时，接入电路中的电阻最大，电压表的示数最大，
则此时电压表的示数：UR′＝UR+ΔU＝4V+2V＝6V，此时电路中的电流最小，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，此时R1两端的电压：U1＝U﹣UR′＝12V﹣6V＝6V，
因串联电路中各处的电流相等，且在10s内定值电阻R1产生的热量为36J，
所以，由Q＝I2Rt＝UIt可得，电路中的最小电流：Ib0.6A，
由I可得，R1的阻值：R110Ω，
当滑片位于a端时，接入电路中的电阻为零，此时电路中的电流最大，
则电路中的最大电流：Ia1.2A，故A错误；
B.滑片P在中点时，电压表的示数为4V，此时R1两端的电压：U1′＝U﹣UR＝12V﹣4V＝8V，
此时电路中的电流：I中0.8A，
10s内滑动变阻器R消耗的电能：WR＝URI中t＝4V×0.8A×10s＝32J，故B错误；
C.R1先后两次消耗的电功率之比P1：P1′＝U1′I中：U1Ib＝8V×0.8A：6V×0.6A＝16：9，故C正确；
D.滑动变阻器R先后两次消耗的电功率之比：PR：PR′＝URI中：UR′Ib＝4V×0.8A：6V×0.6A＝8：9，故D错误。
故选：C。
（2022秋 嘉兴期末）如图是研究电热与哪些因素有关的装置，两只烧瓶内装有煤油，瓶塞上各插一根玻璃管，瓶内各装一根阻值不同的电阻丝R甲和有R乙，将两根电阻丝串联在电路中。
（1）烧瓶内装的是比热小的煤油而不是水，优点是 　煤油的比热容小，吸收相同的热量，温度变化大或玻璃管内液面上升高，实验效果明显　。
（2）闭合开关，一段时间后甲烧瓶内玻璃管中的液面要升得更高，则两电阻丝的大小关系R甲　＞　R乙（选填“＞”，“＜”或“＝”）。
【解答】解：（1）烧瓶内装的是比热小的煤油而不是水，优点是：煤油的比热容小，吸收相同的热量，煤油的温度变化大或玻璃管内液面上升高，实验效果明显。
（2）闭合开关，一段时间后甲烧瓶内玻璃管中的液面升得更高，说明甲电阻丝产生的热量多。甲和乙两个电阻丝串联，通过它们的电流大小和通电时间相同，根据Q＝I2Rt可知，电阻R甲＞R乙。
故答案为：（1）煤油的比热容小，吸收相同的热量，温度变化大或玻璃管内液面上升高，实验效果明显；（2）＞。
（2023 杭州模拟）商业街移动摊位使用可显示电费的新型插座（如图甲所示）计费，某摊位使用空气炸锅（如图乙所示）烹制食物，如图丙所示是该空气炸锅加热部分的简化电路图，其额定电压为220V，定值电阻R1和R2为发热体，其中R1＝44Ω。开关S1、S2、S3的通断可实现高、中、低三个挡位的调节（S1、S2不会同时闭合），只闭合S3时为中温挡，额定功率为550W。求：
（1）R2的电阻。
（2）高温挡正常工作100s，电流通过R1产生的电热。
（3）只有空气炸锅单独工作，表盘示数使用前后如图甲、丁所示，通过表盘显示的数据估算该空气炸锅消耗的电功率（已知商用电费单价为0.6元/kW h）。
【解答】解：（1）当开关S1、S3闭合、S2断开时，两电阻并联，总电阻最小，根据＝UI可知，此时总功率最大，为高温挡；只闭合S3时，电路为R2的简单电路，总电阻较小，根据＝UI可知，此时总功率较大，为中温挡；当开关S1、S3断开、S2闭合时，两电阻串联，总电阻最大，根据＝UI可知此时总功率最小，为低温挡。则R2的电阻R288Ω；
（2）高温挡时R1功率为，
电流通过R1产生的电热Q1＝W1＝P1t1＝1100W×100s＝1.1×105J；
（3）空气炸锅消耗的电能W0.1kW h，
空气炸锅工作的时间t＝9：25﹣9：10＝15min＝0.25h，
空气炸锅的电功率P0.4kW＝400W。
答：（1）R2的电阻为88Ω；
（2）高温挡正常工作100s，电流通过 R1 产生的电热为1.1×105J；
（3）空气炸锅消耗的电功率为400W。
知识点三、电热( Q )和电功( W )的区别
电热是指电流通过导体时产生的热量，这部分热量是由电能转化而来的，电功是指电流通过导体时所做的功。当电流通过导体时，如果电能全部转化成内能(纯电阻电路)，此时电功等于电热(W=Q);如果电能部分转化成内能(非纯电阻电路)，此时电功大于电热。举例说明:当电流通过电饭煲(纯电阻电路)时，电能全部转化成内能，此时电功等于电热(W=Q);电流通过电风扇(非纯电阻电路)时，电流做的功(电功)只有一小部分转化为电热，另-部分转化成机械能使电风扇转动起来，此时电功大于电热，故选用热量计算公式时分两种情况:
①电功全部转化成电热: Q=W=I2Rt=UIt= U2t/R=Pt (适用于纯电阻电路)
②电功全部或部分转化成电热: Q=I2Rt(适用于任何电路)
（2015 杭州）某同学根据如图所示电路进行实验，先用夹子夹住电动机转轴使其不能转动，闭合开关S，移动滑动变阻器滑片，记下电压表读数和电流表读数；后松开夹子，使电动机转轴转动，移动滑动变阻器滑片，记下电压表读数和电流表读数。数据记录如表：
/ U（V） I（A） W（J） Q（J）
不转动 0.2 0.2 W1 Q1
转动 3.0 1.2 W2 Q2
利用如表数据计算和分析：
（1）电动机不转动时，通电10s，电动机所做的电功W1和所产生的热量Q1。
（2）电动机转动时，通电10s，电动机所做的电功W2和所产生的热量Q2。
（3）试比较W1和Q1的大小关系以及W2和Q2的大小关系，并分析其原因。
【解答】解：（1）电动机不转动时，电能全部转化为内能，所以W1＝U1I1t＝0.2V×0.2A×10s＝0.4J；
因为I，所以电动机不转动时电阻R1Ω，
电动机所产生的热量Q1＝I12Rt＝（0.2A）2×1Ω×10s＝0.4J；
（2）因为I，通电10s，电动机所做的电功W2＝U2I2t＝3.0V×1.2A×10s＝36J，
电动机转动时电阻R与电动机不转动时的电阻相等，
电动机所产生的热量Q2＝I22Rt＝（1.2A）2×1Ω×10s＝14.4J；
（3）通过上述计算可得，W1＝Q1，W2＞Q2，电动机未转动时，电流经线圈时电能全部转化为热能，因此W1＝Q1；电动机转动时，电流流经线圈时电能一部分转化为机械能，另一部分转化为热能，因此W2＞Q2。
答：（1）电动机所做的电功为0.4J，所产生的热量Q1是0.4J；
（2）电动机转动时，通电10s，电动机所做的电功率W2是36J，所产生的热量Q2是14.4J；
（3）W1＝Q1，W2＞Q2，电动机未转动时，电流经线圈时电能全部转化为热能，因此W1＝Q1；电动机转动时，电流流经线圈时电能一部分转化为机械能，另一部分转化为热能，因此W2＞Q2。
（2022秋 镇海区期末）如图是小科研究电动机转动是否对小灯泡的亮度有影响的电路图。小科先抓住转轴（防止电动机转动），合上开关，观察小灯泡的亮度；接着放开转轴让电动机转动，继续观察小灯泡亮度的变化（已知：小灯泡的电阻为R，电动机线圈电阻为r，电源电压为U）。请你回答：
（1）电动机未转动时，t时间内电流在电路中产生的热量为 　t　（用符号表达）。
（2）电动机转动时，电路中电流做的功 　大于　电路中产生的热量（填“＞”、“＜”或“＝”）。
（3）电动机转动后小灯泡的亮度会变 　暗　（填“暗”或“亮”）。
【解答】解：（1）由图知，灯泡与电动机串联，电动机不转时，电流通过电动机将电能全部转化为内能，
所以t时间内电流在电路中产生的热量：Q＝Wt；
（2）灯泡工作时，将电能转化内能，即电流通过灯泡做的功等于灯丝产生的热量；
在电动机转动时，电动机将电能转化为机械能和内能，即电流通过电动机做的功大于电动机线圈产生的热量，所以整个电路中，电流做的功大于电路中产生的热量；
（3）电动机转动后，电动机将电能转化为内能和机械能，使得电能转化成的内能减小，
所以未转时，Q（R+r）t，
电动转动时，Q'（R+r）t，
则：（R+r）t（R+r）t，
所以I1＞I2，
即：电动机转动时，通过灯泡电流较小，故灯泡会更暗。
故答案为：（1）t；做功；（2）大于；（3）暗。
（2022秋 温州月考）学习了焦耳定律表达式Q＝I2Rt之后，平平十分好奇，电流流过导体产生的热量真的与导体两端电压无关吗？在老师的指导下，平平完成了以下实验：
①取两只同型号的直流电动机（不计工作过程中电刷与换向器摩擦产生的热量），按如图方式连接，并且在每只电动机金属外壳相同位置上固定一个电子温度计（如图2），同时记录两支电子温度计的初始温度值；
②闭合开关，发现两支电压表示数相同，然后对电动机M1施加一个阻力，使其转动速度变慢，发现电压表V1示数变小，V2变大；
③维持V1、V2示数不变（U1＜U2），每隔30秒记录一次温度计示数，记录数据T1、T2见表；
④换用两个其他同型号的直流电动机重复上述实验。
表：t表示时间，T表示温度
t/min 0 0.2 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
T1/℃ 17.8 18.4 19.0 19.5 20.0 20.7 21.2 21.6 21.9 22.2 22.4
T2/℃ 17.8 18.5 19.1 19.6 20.0 20.7 21.2 21.7 22 22.4 22.6
（1）实验中需要用到的测量仪器有 　电子温度计、电压表　。
（2）两个电动机采用串联连接方式的目的是 　控制电动机通过的电流和通电时间相等　。
（3）通过实验，小东认定电流通过导体产生的热量与导体两端电压无关，其理由是 　同型号的两只电动机，当电流相等、电压不等时，相同时间内产生的热量相等　。
【解答】解：（1）根据题意，实验中需要用到的测量仪器有电子温度计、电压表；
（2）两个电动机采用串联连接方式，根据串联电流相等可知，控制了电动机通过的电流和通电时间相等；
（3）表格中同一时间，两个电动机金属外壳相同位置上固定的电子温度计的示数变化在误差范围内是相同的，说明同型号的两只电动机，当电流相等、电压不等时，相同时间内产生的热量相等；
故答案为：（1）电子温度计、电压表；（2）控制电动机通过的电流和通电时间相等；（3）同型号的两只电动机，当电流相等、电压不等时，相同时间内产生的热量相等。
模块三 巩固提高
（2022秋 滨江区期末）一只灯泡的额定电压为220V，为了确定该灯泡的额定功率，下述方案中最佳的是（　　）
A．接入220V电路中使之正常发光，再与有标记的灯泡比较亮度进行判断
B．在实验室里用伏安法测出灯丝电阻，再用公式P进行计算
C．接入220V电路中，测出通过灯泡的电流强度I，再用公式P＝UI进行计算
D．直接与其它标有220V的灯泡从外观上比较确定
【解答】解：A、D用肉眼观察比较，误差较大。都不是最佳方案。
B、因为灯丝的电阻与温度有关，所以在实验室用伏安法测出灯丝的电阻与灯泡正常发光时的电阻不同，算出的功率也不是灯泡正常发光时的额定功率。本方案不是最佳方案。
C、灯泡的额定电压是220V，将灯泡接入220V的电路中，测出灯泡的电流，再用电功率公式求出其功率，即为灯泡的额定功率。
故选：C。
（2021秋 西湖区期末）小金用如图装置完成科学书上“测定小灯泡电功率”的实验。下列说法正确的是（　　）
A．闭合开关滑片在B端时，灯泡的亮度最大
B．实验中调节滑动变阻器的目的是改变电路的总功率
C．电流表和电压表读数的比值始终保持不变
D．该实验多次测量的目的是寻找普遍规律
【解答】解：（1）由图知，闭合开关滑片在B端时，滑动变阻器接入电路的电阻最大，电路中的总电阻最大，根据I知电路中的电流最小，灯泡的亮度最小，故A错误；
B、实验中调节滑动变阻器的目的是改变灯泡两端的电压和电流，从而改变小灯泡的实际功率，故B错误；
C、由于灯泡的电阻的电阻是变化的，所以电流表和电压表读数的比值是变化的，故C错误；
D、该实验是测量不同电压下小灯泡的电功率，多次测量的目的是寻找小灯泡的功率与电流、电压的关系，故D正确。
故选：D。
（2021秋 义乌市月考）如图所示的四个电路中，电源电压已知，电阻R的阻值已知，根据电压表或电流表的示数，无论直接还是间接均不能求出灯泡电功率的电路是（　　）
A． B．
C． D．
【解答】解：A、图中定值电阻和小灯泡串联，电压表测量的是小灯泡两端的电压，示数计为U根据欧姆定律和串联电路电压和电流的特点，通过小灯泡的电流表达式为I，则小灯泡电功率的表达式是P＝U1I；
B、图中定值电阻和小灯泡并联，电流表测量干路的总电流I，小灯泡两端的电压等于电源电压U．根据欧姆定律和并联电路电流的特点，通过小灯泡的电流表达式为I1＝I，则小灯泡电功率的表达式是P＝UI1＝U（I）；
C、图中定值电阻和小灯泡并联，电压表测量电源电压，电源电压已知，电压表的测量是多余的，无法求出通过小灯泡的电流，因此无法测出小灯泡的功率；
D、图中定值电阻和小灯泡串联，电压表测量的是定值两端的电压，示数计为U根据欧姆定律和串联电路电压和电流的特点，小灯泡两端的电压为U1＝U﹣U2，通过小灯泡的电流表达式为I，则小灯泡电功率的表达式是P＝U1I。
故选：C。
（2020秋 余杭区校级期中）某同学利用如图所示电路，测量额定电压为2.5V小灯泡的额定功率，下列说法错误的是（　　）
A．闭合开关前，滑片P应滑到B端
B．闭合开关后，小灯泡不发光，一定是小灯泡灯丝断了
C．当电压表示数为2.5V时，测出通过小灯泡的电流，可算出小灯泡的额定功率了
D．实验还可得知，小灯泡的额定功率越大，小灯泡越亮
【解答】解：A、为了保护电路，闭合开关前，滑片P应滑到阻值最大处，即B端，故A正确；
B、闭合开关后，小灯泡不发光的原因有很多（可能是小灯泡短路或其它部分断路等），并不一定是小灯泡灯丝断了，故B错误；
C、灯泡的额定电压为2.5V，当电压表示数为2.5V时，测出通过小灯泡的电流，利用P＝UI可算出小灯泡的额定功率，故C正确；
D、小灯泡的亮度就是看小灯泡的实际功率不是额定功率，实际功率越大，小灯泡越亮，故D错误。
故选：BD。
（2022秋 余姚市校级月考）甲、乙两个电热器的电阻之比为5：4，通电相同时间产生的热量之比为5：1，则通过甲、乙的电流之比为（　　）
A．4：1 B．1：4 C．2：1 D．1：2
【解答】解：
由题意可知，R甲：R乙＝5：4，产生的热量之比Q甲：Q乙＝5：1，通电时间之比t甲：t乙＝1：1，
由Q＝I2Rt可得通过甲、乙两个电热器的电流之比：
I甲：I乙：：1：2：1，故C正确、ABD错误。
故选：C。
（2022 桐乡市模拟）科学兴趣小组的同学按如图装置进行实验，他们在探究电流通过导体产生的热的多少与什么因素有关（　　）
A．电阻大小 B．电流大小 C．液面高低 D．通电时间
【解答】解：
由图知，甲图中右侧是两个5Ω的电阻并联，然后与左侧5Ω的电阻串联，根据串联电路的特点可知，左右两部分的电流虽然相等，但右侧对气体加热的电阻丝上的电流只有左侧电流的一半；所以，左右两侧加热电阻的阻值虽然相等，但流过电阻的电流不同，所以实验装置是为了探究电流产生热的多少与电流大小的关系，故B正确。
故选：B。
（2022 杭州模拟）如图所示，甲、乙两个相同的烧杯装有等质量的水，分别加入加热器1和加热器2进行加热，不计热量损失，得到了温度随时间变化的关系图，下列说法正确的是（　　）
A．R1＞R2，I1＝I2 B．R1＞R2，I1＜I2
C．R1＜R2，I1＝I2 D．R1＜R2，I1＞I2
【解答】解：由温度﹣时间图像知，在加热时间相同时，甲杯水升高的温度多，说明甲杯水吸热多，则加热器1释放的热量多，根据功率公式P可知加热器1的实际功率大于加热器2的实际功率；
由左图可知，电源电压相同，根据P可知，加热器1的电阻小于加热器2的电阻，即R1＜R2；
根据P＝UI可知，通过加热器1的电流大于通过加热器2的电流，即I1＞I2；
故ABC错误、D正确。
故选：D。
（2021秋 鹿城区期末）如图是探究电流通过导体产生的热量与什么因素有关的实验装置，将两根阻值不等的电阻丝R1、R2串联后分别放入两个透明容器中，并封闭等量的空气，通电前，A、B两U形管内的液面相平，接通电源一分钟后，通过R1、R2的电流分别为I1、I2，则（　　）
A．I1＞I2，A管中的液面较高
B．I1＜I2，A管中的液面较低
C．I1＝I2，A管中的液面较高
D．I1＝I2，A管中的液面较低
【解答】解：因串联电路中各处的电流相等，
所以，两电阻丝串联时通过它们的电流相等，故AB不正确；
由Q＝I2Rt可知，在电路和通电时间相同时，右侧电阻较大，产生的热量较多，
密闭空气吸收热量后，体积不变，压强变大，右侧容器内气体的压强与大气压的差值较大，B测玻璃管液面较高，故C不正确，D正确。
故选：D。
（2023 柯桥区模拟）如图所示，是探究“电流通过导体时产生的热量跟哪些因素有关”的实验装置。甲、乙两图中的电源电压是相同的，图乙中R1＝R2＝R3＝5Ω。通电相同时间后，下列说法正确的是（　　）

A．甲图中，左右两电阻发热量之比为2：1
B．甲图中，两电阻串联主要是为了通电时间相同
C．乙图中，R1R2发热量之比为4：1
D．本实验利用了液体热胀冷缩的性质使液面升高
【解答】解：AB、由图甲可知，两个电阻串联接入电路中，根据串联电路的特点可知通过两个电阻的电流是相同的，通电时间也相同；根据Q＝I2Rt可知在电流和通电时间相同时，电流产生的热量与电阻成正比，电阻之比为5Ω：10Ω＝1：2，所以左右两电阻发热量之比为1：2，故AB错误；
C、乙图中，电阻相同，通电时间相同，根据串并联电路电流规律结合欧姆定律可知通过R1的电流电流是通过R2电流的2倍，根据Q＝I2Rt可知左右两电阻发热量之比为4：1，故C正确；
D、本实验利用了气体热胀冷缩的性质使U形管的液面高度差发生变化，故D错误。
故选：C。
（2020秋 柯桥区期末）如图所示，当开关闭合时，电路中的电流为1A，电压表V2的示数是10V，定值电阻R的阻值为4Ω，电动机的线圈电阻为1Ω，不计摩擦，下列说法正确的是（　　）
A．电压表V1的示数为10V
B．电路消耗的总功率是6W
C．通电1分钟电流通过电动机产生的热量是240J
D．通电1分钟电动机产生的机械能是300J
【解答】解：A、由图知，定值电阻R与电动机串联，电压表V1测量电动机的电压，电压表V2测量电源的电压，电路中的电流为1A，定值电阻R的阻值为4Ω，根据I得，定值电阻R的电压为：UR＝IR＝1A×4Ω＝4V，
电压表V2的示数是10V，则电源的电压为10V，根据串联电路的电压规律得，电动机两端的电压为：UM＝U﹣UR＝10V﹣4V＝6V，电压表V1与电动机并联，则电压表V1的示数为6V，故A错误；
B、电路中总功率为：P＝UI＝10V×1A＝10W，故B错误；
C、由题知，电动机的线圈电阻为1Ω，则通电1分钟电流通过电动机产生的热量为：Q＝I2RMt＝（1A）2×1Ω×60s＝60J，故C错误；
D、通电1分钟电动机消耗的总电能为：W＝UMIt＝6V×1A×60s＝360J，根据能量守恒定律知，则通电1分钟电动机产生的机械能为：W机械＝W﹣Q＝360J﹣60J＝300J，故D正确。
故选：D。
（2022秋 江北区期末）小宁用一个88Ω的电阻R1、开关和导线等器材制作了一个电烤箱，将电烤箱接入电压为220V的家庭电路，简化电路如图甲所示。
（1）求通过R1的电流和R1消耗的电功率。
（2）小宁发现用图甲的方式烘烤蛋糕耗时过长，找来一个与R1相同规格的电阻R2进行改装，改装后电路如图乙。闭合开关S后，通电10min，求改装后电烤箱产生的热量。
【解答】解：（1）由图甲知，电路为R1的简单电路，
由欧姆定律可得通过R1的电流：
I12.5A；
R1消耗的电功率：
P1＝UI1＝220V×2.5A＝550W；
（2）由图乙知，闭合开关S后，两电阻并联，
并联电路中各支路间互不影响，所以R1消耗的电功率不变，仍550W；
R2与R1是规格相同的电阻，电压相等，由P知，P2＝P1＝550W，
通电10min，改装后电烤箱产生的热量：
Q＝W＝（P2+P1）t＝2P1t＝2×550W×10×60s＝6.6×105J。
答：（1）通过R1的电流为2.5A，R1消耗的电功率为550W；
（2）闭合开关S后，通电10min，改装后电烤箱产生的热量为6.6×105J。
（2022秋 永康市期末）如图所示，取口香糖锡纸，剪成条状，将锡纸条带锡的一端接在电池的正极，另一端接在电池的负极很快发现纸条中间开始冒烟起火，请从物理学的角度解释其原因。
【解答】答：因为锡属于金属，因此具有导电性，将锡纸条带锡的一端接在电池的正极，另一端接在电池的负极，形成了电源短路，电路中的电流较大，由Q＝I2Rt可知，电路中迅速产生大量热量使温度达到锡纸的着火点而使之燃烧。
（2022 婺城区一模）随着生活条件的改善，人们更加重视家居环境的美化，如图甲是带有水温调节功能的家庭水族箱，其工作原理如图乙所示，R1为阻值可调的电热丝，R2为阻值400Ω的定值电热丝，开关S2为单刀双掷开关，不考虑温度对电阻的影响。请分析回答：
（1）当开关S1闭合，S2接 　a　（填“a”或“b”）时，电路处于保温状态。
（2）当电路处于加热状态时，通电10分钟消耗的电能是多少焦？
（3）当电路处于保温状态时，若电路消耗的功率P＝48.4W，则电热丝R1连入电路的阻值应为多少？
【解答】解：（1）当开关S1闭合，S2接b时，电路为R1的简单电路，总电阻较小，电源电压不变，根据P可知总功率较大，电路处于加热状态；
当开关S1闭合，S2接a时，R1、R2串联，总电阻较大，电源电压不变，根据P可知总功率较小，电路处于保温状态；
（2）当电路处于加热状态时，通电10分钟消耗的电能：
Wt10×60s＝72600J；
（3）当电路处于保温状态时，若电路消耗的功率P＝48.4W，根据P可知总电阻：
R串1000Ω，
根据电阻串联的特点可知则电热丝R1连入电路的阻值：
R1＝R串﹣R2＝1000Ω﹣400Ω＝600Ω。
答：（1）a；
（2）通电10分钟消耗的电能是72600J；
（3）电热丝R1连入电路的阻值应为600Ω。3.6 电能（二）
目录
模块一 知己知彼 1
模块二 知识掌握 2
知识点一、电功率的实验探究 2
知识点二、电热器与焦耳定律 7
知识点三、电热( Q )和电功( W )的区别 10
模块三 巩固提高 13
模块一 知己知彼
学习目标 目标解读
1.会使用电流表和电压表测定小灯泡的电功率，能区分用电器的额定电压和实际电压，额定功率和实际功率。 2.熟悉常用电热器，知道电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关。 3.理解焦耳定律，能利用焦耳定律进行简单计算。 解读1:能说明伏安法测量小灯泡的电功率的实验原理，绘制实验电路图，并通过实验测定小灯泡的额定功率和实际功率，收集和整理实验数据得出实验结论，常见题型为实验探究题，难度稍大。 解读2:知道电流具有热效应、影响电流热效应的因素,应用焦耳定律解决简单的问题，常见题型为选择题、实验探究题、解答题，难度较大。
模块二 知识掌握
知识点一、电功率的实验探究
（一）影响电功率大小的因素
(1)研究电功率与电流的关系
实验方案:如图所示，将两只小灯泡并联，目的是控制两者两端的电压相同，比较通过两只小灯泡的电流大小和亮度(亮度反映实际功率的大小)。观察两只小灯泡的亮暗，并记录两只电流表的示数，把观察结果记录在下表中。
灯L1 灯L2
条件控制(电压关系)
亮度(亮暗)
电流(安)
实验结果:在电压相等的情况下，通过小灯泡的电流越大，小灯泡的电功率越大。
(2)研究电功率与电压的关系
实验方案:如图所示，将两只小灯泡串联，目的是控制通过两者的电流相同，比较两只小灯泡两端的电压大小和亮度(亮度反映实际功率的大小)。观察两只小灯泡的亮暗，并记录两只电压表的示数，把观察结果记录在下表中。
灯L1 灯L2
条件控制(电流关系)
亮度(亮暗)
电压(安)
实验结果:在电流相等的情况下，小灯泡两端的电压越高，小灯泡的电功率越大。
（二）电功率的计算公式
(1)实验表明，用电器的电功率等于用电器两端的电压与通过用电器的电流的乘积。
(2)电功率的公式可表示为P=UI (电功率的基本公式，适用于所有电路的计算)，由公式得出，电功率的单位瓦特也可表示为1瓦=1伏.安。
(3)电功率的推导公式:将公式I=U/R代入上述公式，可推导出:P=I2R或P= U2/R(只适用于纯电阻电路的计算)。
(4)无论用电器串联或并联，电路的总功率都等于各用电器的实际功率之和，关系式为P=P1+P2+..+Pn。
（三）电功的计算
(1)根据功率和功的关系P=W/t可以得到电功的计算式，即W=Pt=UIt。这就是说，电流在某段电路上做的功，等于这段电路两端的电压与通过这段电路的电流，以及通电时间的乘积。
(2)根据公式W=UIt,电功的单位焦耳也可表示为1焦=1伏.安.秒。
(3)将公式I=U/R代入电功公式，可得W=U2t/R或W=I2Rt。同样的，这两个公式只能运用于纯电阻电路中。
（四）电功率的测量
(1)伏安法测量电功率:用电压表测量用电器两端的电压，用电流表测量通过用电器的电流，再根据公式P=UI间接求出用电器的电功率，这种方法叫做伏安法。
(2 )实验器材:常用的小灯泡1只(标明额定电压，未标明额定功率)，电流表、电压表各1只，滑动变阻器1只,开关1只，电池组(总电压高于小灯泡的额定电压)1只，导线若干。
(3)过程和步骤:
①按正确的电路图连接电路。
②调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压恰好等于小灯泡的额定电压。读出此时两只电表的示数，并记录在下表中。
③调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压约为小灯泡额定电压的1.2倍。观察小灯泡的亮度变化(相对于额定电压下的亮度)，读出两只电表的示数，并记录在下表中。
④调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压约为小灯泡额定电压的0.8。观察小灯泡的亮度变化(相对于额定电压下的亮度)，读出两只电表的示数，并记录在下表中。
⑤计算出三种情况下小灯泡的电功率;分析小灯泡的亮度和实际功率的关系。
序号 电压 电流 电功率 小灯泡的亮度变化
1
2
3
【能力拓展】
（1）研究电功率与电流、电压的关系，应用控制变量法。在研究电功率与电流的关系时，应控制电压不变，比较电功率(小灯泡亮暗)与电流的关系，实验中采取将两只小灯泡并联来控制电压不变。在研究电功率与电压的关系时，应控制电流不变,比较电功率(小灯泡亮暗)与电压的关系，实验中采取将两只小灯泡串联来控制电流不变。
（2）对于同一用电器而言,用电器的阻值常认为是不变的，电功率之比等于它相应的电压的平方之比，故可利用P实/P额=U实2/U额2解题。如标有“220伏40瓦”字样的灯泡，若接在电路中的实际电压是110伏，则灯泡的实际功率是10瓦。
（3）根据公式P=I2R得，串联电路中各用电器电功率与电阻成正比，即P1/P2=R1/R2
（4）根据公式P=U2/R得，并联电路中各用电器电功率与电阻成反比，即P1/P2=R2/R1
（2023 海曙区一模）为了测量一只额定电压为2.5V的小灯泡的额定功率，某同学设计了如图所示的电路，实验中电源电压保持3V不变，闭合开关，调节滑动变阻器，得到的实验数据如表。下列说法正确的是（　　）
实验次数 1 2 3 4 5
发光情况 熄灭 微光 暗 较暗 明亮
电压U/V 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
电流1/A 0.10 0.14 0.16 0.24 0.28
A．多次实验的目的是为了减小误差
B．小灯泡的额定功率为0.48W
C．实验前未闭合开关时，小灯泡的电阻可能为6Ω
D．第1、2两次实验，滑动变阻器电阻的改变量大于小灯泡电阻的改变量
（2022秋 西湖区期末）小金利用如图甲所示电路（未连接全），测量额定电压为2.5V小灯泡的额定功率，下列说法错误的是（　　）
A．将图中EC接线柱用导线相连后该电路能测量小灯泡额定功率
B．闭合开关后，电压表的读数如图乙，则滑动变阻器滑片应向B端移动
C．当电压表示数为2.5V时，电流表示数如图丙，则小灯泡额定功率为0.75W
D．实验还可得知，小灯泡的实际功率越大，小灯泡越亮
（2023 淳安县一模）小金同学在测定“小灯泡电功率”的实验中，电源为三节干电池，小灯泡额定电压为2.5V。
（1）请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整。

（2）小金连接电路后，闭合开关，移动滑动变阻器滑片P到某一位置时，电压表的示数如图乙，若要测量小灯泡的额定功率，接下来的操作是 ；小金同学测量了六组且记下对应的电压表（0.5V、1.0V、……、3.0V）和电流表的示数，并绘制成图丙所示的I—U图像，可计算出小灯泡的额定功率是 W。
（3）根据图丙分析，为完成上述整个实验，最合理的滑动变阻器应选 。
A.“0.5A 10Ω”
B.“1A 20Ω”
C.“1A 60Ω”
D.“0.2A 200Ω”
（2022秋 平湖市期末）小明同学用图甲中的器材测量一只标有“2.5V0.3A“字样的小灯泡的额定功率。
（1）小明所连的电路中有一处错误或不妥，请改正（在要去掉的线上打“×”，并添加相应的导线），再将图甲的电路连接完整，要求滑动变阻器滑片向右移动时，小灯泡变亮。
（2）闭合开关后，小明发现小灯泡不亮，电压表的示数为2.9V，电流表示数为0，则出现的故障可能是 。
（3）故障排除后，小明移动滑动变阻器的滑片使电压表示数为2.5V，这时电流表指针如图乙所示，则小灯泡的额定功率为 W.
（2023 绍兴模拟）如图所示，在测定“小灯泡电功率”的实验中，小灯泡的额定电压为2.5V，电阻约为8Ω。
（1）图甲中有一根导线连接错误，请你把它找出来并打上“×”（表示不要），并用笔重新画一根正确连接的导线。
（2）改正电路后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P，发现小灯泡始终不亮。电压表和电流表均无示数，原因可能是下列选项中的 （填字母）。
A．灯泡短路
B．灯泡断路
C．滑动变阻器短路
D．滑动变阻器断路
（3）排除上述故障后，闭合开关，调节滑动变阻器使电压表的示数为2.5V，此时电流表的示数如图乙所示，由此可知小灯泡的额定功率为 W。
（4）现有两个额定电压均为15V的灯泡L1和L2，它们的电压U与电流I的关系曲线如图丙所示，将L1和L2串联后接在15V的电源上时，电路总功率为 W。
知识点二、电热器与焦耳定律
（一）电流的热效应
(1)定义:电流通过各种导体时，会使导体的温度升高，这种现象叫做电流的热效应。
(2)实质:电流通过导体发热的过程实际上是 。
(3)应用:各种各样的电热器都是利用电流的 工作的，如电熨斗、电热毯、电热壶、电饭煲等。电热器的主要组成部分是发热体，发热体一般是由 的金属导体制成的。
（二）探究影响电热的因素
提出问题:电流通过导体产生的热的多少跟哪些因素有关呢
猜想与假设:结合生活经验，可能与导体的电阻有关，可能与电流的大小有关，还可能与通电时间有关。
设计实验:如图(注意控制变量法的运用)
控制t、I相同，研究热效应与电阻的关系。
控制t、R相同，研究热效应与电流的关系。
控制I、R相同，研究热效应与时间的关系。
进行实验:
①将两根电阻丝串联，通电加热一段时间后，观察两玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。
②当两玻璃管中的液面降到原来的高度后，减小滑动变阻器接人电路的阻值使电流增大，在与①相同的时间内，观察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。
③保持②电流大小不变，延长通电加热时间，观察同一玻璃管中煤油上升的高度，并作出标记。
④比较玻璃管中煤油上升高度的变化，得出结论。
获得结论:
①当通电时间、电流相等时，电阻越大，电流产生的热量越多。
②当通电时间、电阻相等时，电流越大，电流产生的热量越多。
③当通电电流和电阻相等时，通电时间越长,电流产生的热量越多。
（三）焦耳定律
(1)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正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。焦耳定律是由英国科学家焦耳最先发现的。
(2)公式:Q=I2Rt。
(3)对焦耳定律的计算公式Q rPRt的理解要注意以下几点:
①讲到影响电流通过导体产生热量的因素时要控制好变量，要同时考虑到通过导体的电流、导体电阻和通电时间。例如不能说导体通电时间越长，产生的热量就越多。
②不能说导体产生的热量跟电流成正比，只能说跟电流的二次方成正比。
③公式中的各个物理量都是对同一导体或电路而言的，计算时不能张冠李戴。
④电热和电功的单位是相同的，都是焦(J)。
【能力拓展】
(1)电阻丝产生的热看不见，可对电阻丝产生的热量使玻璃管内煤油上升的高度进行比较，这是采用了转换法。
(2)电流产生的热量与电阻、电流和通电时间均有关系，在研究热量与其中一个因素的关系时，要控制另外两个因素不变，这是采用了控制变量法。
（2022秋 舟山期末）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（　　）
A．接线板上接入的用电器越多，导线越容易发热
B．正常工作时，“36V 54W”的灯泡比“12V 6W”的灯泡亮
C．电熨斗工作时发热明显，而与之相连的导线却不怎么热
D．电热水壶加热水时，水沸腾前，加热时间越长，温度越高
（2022秋 镇海区期末）小科想要利用风扇、发热电阻等元件，制作一个有低温挡和高温挡的暖风机。他设计了发热部分的两种电路，分别如图甲、乙所示。下列说法错误的是（　　）
A．图甲中，当开关S闭合、S1断开时，此时处于低温挡工作状态
B．图甲中，当开关S闭合、S1闭合时，此时处于高温挡工作状态
C．图乙中，若电源电压为24伏，要实现电阻R3的发热电功率为120瓦，则R3阻值为5欧
D．图乙中，暖风机高温挡总功率为200瓦，在高温挡工作1分钟，暖风机消耗电能1.2×104焦
（2023 镇海区一模）如图所示电路，电源电压为12V且保持不变。闭合开关S，当滑片P置于变阻器的中点时，电压表的示数为4V；当滑片P置于变阻器的b端时，电压表的示数变了2V，在10s内定值电阻R1产生的热量为36J。则下列结果正确的是（　　）
A．电路中的最大电流为1A
B．滑片P在中点时，10s内滑动变阻器R消耗的电能为60J
C．R1先后两次消耗的电功率之比为16：9
D．滑动变阻器R先后两次消耗的电功率之比为8：1
（2022秋 嘉兴期末）如图是研究电热与哪些因素有关的装置，两只烧瓶内装有煤油，瓶塞上各插一根玻璃管，瓶内各装一根阻值不同的电阻丝R甲和有R乙，将两根电阻丝串联在电路中。
（1）烧瓶内装的是比热小的煤油而不是水，优点是 。
（2）闭合开关，一段时间后甲烧瓶内玻璃管中的液面要升得更高，则两电阻丝的大小关系R甲 R乙（选填“＞”，“＜”或“＝”）。
（2023 杭州模拟）商业街移动摊位使用可显示电费的新型插座（如图甲所示）计费，某摊位使用空气炸锅（如图乙所示）烹制食物，如图丙所示是该空气炸锅加热部分的简化电路图，其额定电压为220V，定值电阻R1和R2为发热体，其中R1＝44Ω。开关S1、S2、S3的通断可实现高、中、低三个挡位的调节（S1、S2不会同时闭合），只闭合S3时为中温挡，额定功率为550W。求：
（1）R2的电阻。
（2）高温挡正常工作100s，电流通过R1产生的电热。
（3）只有空气炸锅单独工作，表盘示数使用前后如图甲、丁所示，通过表盘显示的数据估算该空气炸锅消耗的电功率（已知商用电费单价为0.6元/kW h）。
知识点三、电热( Q )和电功( W )的区别
电热是指电流通过导体时产生的热量，这部分热量是由电能转化而来的，电功是指电流通过导体时所做的功。当电流通过导体时，如果电能全部转化成内能(纯电阻电路)，此时电功等于电热(W=Q);如果电能部分转化成内能(非纯电阻电路)，此时电功大于电热。举例说明:当电流通过电饭煲(纯电阻电路)时，电能全部转化成内能，此时电功等于电热(W=Q);电流通过电风扇(非纯电阻电路)时，电流做的功(电功)只有一小部分转化为电热，另-部分转化成机械能使电风扇转动起来，此时电功大于电热，故选用热量计算公式时分两种情况:
①电功全部转化成电热: Q=W=I2Rt=UIt= U2t/R=Pt (适用于纯电阻电路)
②电功全部或部分转化成电热: Q=I2Rt(适用于任何电路)
（2015 杭州）某同学根据如图所示电路进行实验，先用夹子夹住电动机转轴使其不能转动，闭合开关S，移动滑动变阻器滑片，记下电压表读数和电流表读数；后松开夹子，使电动机转轴转动，移动滑动变阻器滑片，记下电压表读数和电流表读数。数据记录如表：
/ U（V） I（A） W（J） Q（J）
不转动 0.2 0.2 W1 Q1
转动 3.0 1.2 W2 Q2
利用如表数据计算和分析：
（1）电动机不转动时，通电10s，电动机所做的电功W1和所产生的热量Q1。
（2）电动机转动时，通电10s，电动机所做的电功W2和所产生的热量Q2。
（3）试比较W1和Q1的大小关系以及W2和Q2的大小关系，并分析其原因。
（2022秋 镇海区期末）如图是小科研究电动机转动是否对小灯泡的亮度有影响的电路图。小科先抓住转轴（防止电动机转动），合上开关，观察小灯泡的亮度；接着放开转轴让电动机转动，继续观察小灯泡亮度的变化（已知：小灯泡的电阻为R，电动机线圈电阻为r，电源电压为U）。请你回答：
（1）电动机未转动时，t时间内电流在电路中产生的热量为 （用符号表达）。
（2）电动机转动时，电路中电流做的功 电路中产生的热量（填“＞”、“＜”或“＝”）。
（3）电动机转动后小灯泡的亮度会变 （填“暗”或“亮”）。
（2022秋 温州月考）学习了焦耳定律表达式Q＝I2Rt之后，平平十分好奇，电流流过导体产生的热量真的与导体两端电压无关吗？在老师的指导下，平平完成了以下实验：
①取两只同型号的直流电动机（不计工作过程中电刷与换向器摩擦产生的热量），按如图方式连接，并且在每只电动机金属外壳相同位置上固定一个电子温度计（如图2），同时记录两支电子温度计的初始温度值；
②闭合开关，发现两支电压表示数相同，然后对电动机M1施加一个阻力，使其转动速度变慢，发现电压表V1示数变小，V2变大；
③维持V1、V2示数不变（U1＜U2），每隔30秒记录一次温度计示数，记录数据T1、T2见表；
④换用两个其他同型号的直流电动机重复上述实验。
表：t表示时间，T表示温度
t/min 0 0.2 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
T1/℃ 17.8 18.4 19.0 19.5 20.0 20.7 21.2 21.6 21.9 22.2 22.4
T2/℃ 17.8 18.5 19.1 19.6 20.0 20.7 21.2 21.7 22 22.4 22.6
（1）实验中需要用到的测量仪器有 。
（2）两个电动机采用串联连接方式的目的是 。
（3）通过实验，小东认定电流通过导体产生的热量与导体两端电压无关，其理由是 。
模块三 巩固提高
（2022秋 滨江区期末）一只灯泡的额定电压为220V，为了确定该灯泡的额定功率，下述方案中最佳的是（　　）
A．接入220V电路中使之正常发光，再与有标记的灯泡比较亮度进行判断
B．在实验室里用伏安法测出灯丝电阻，再用公式P进行计算
C．接入220V电路中，测出通过灯泡的电流强度I，再用公式P＝UI进行计算
D．直接与其它标有220V的灯泡从外观上比较确定
（2021秋 西湖区期末）小金用如图装置完成科学书上“测定小灯泡电功率”的实验。下列说法正确的是（　　）
A．闭合开关滑片在B端时，灯泡的亮度最大
B．实验中调节滑动变阻器的目的是改变电路的总功率
C．电流表和电压表读数的比值始终保持不变
D．该实验多次测量的目的是寻找普遍规律
（2021秋 义乌市月考）如图所示的四个电路中，电源电压已知，电阻R的阻值已知，根据电压表或电流表的示数，无论直接还是间接均不能求出灯泡电功率的电路是（　　）
A． B．
C． D．
（2020秋 余杭区校级期中）某同学利用如图所示电路，测量额定电压为2.5V小灯泡的额定功率，下列说法错误的是（　　）
A．闭合开关前，滑片P应滑到B端
B．闭合开关后，小灯泡不发光，一定是小灯泡灯丝断了
C．当电压表示数为2.5V时，测出通过小灯泡的电流，可算出小灯泡的额定功率了
D．实验还可得知，小灯泡的额定功率越大，小灯泡越亮
（2022秋 余姚市校级月考）甲、乙两个电热器的电阻之比为5：4，通电相同时间产生的热量之比为5：1，则通过甲、乙的电流之比为（　　）
A．4：1 B．1：4 C．2：1 D．1：2
（2022 桐乡市模拟）科学兴趣小组的同学按如图装置进行实验，他们在探究电流通过导体产生的热的多少与什么因素有关（　　）
A．电阻大小 B．电流大小 C．液面高低 D．通电时间
（2022 杭州模拟）如图所示，甲、乙两个相同的烧杯装有等质量的水，分别加入加热器1和加热器2进行加热，不计热量损失，得到了温度随时间变化的关系图，下列说法正确的是（　　）
A．R1＞R2，I1＝I2 B．R1＞R2，I1＜I2
C．R1＜R2，I1＝I2 D．R1＜R2，I1＞I2
（2021秋 鹿城区期末）如图是探究电流通过导体产生的热量与什么因素有关的实验装置，将两根阻值不等的电阻丝R1、R2串联后分别放入两个透明容器中，并封闭等量的空气，通电前，A、B两U形管内的液面相平，接通电源一分钟后，通过R1、R2的电流分别为I1、I2，则（　　）
A．I1＞I2，A管中的液面较高
B．I1＜I2，A管中的液面较低
C．I1＝I2，A管中的液面较高
D．I1＝I2，A管中的液面较低
（2023 柯桥区模拟）如图所示，是探究“电流通过导体时产生的热量跟哪些因素有关”的实验装置。甲、乙两图中的电源电压是相同的，图乙中R1＝R2＝R3＝5Ω。通电相同时间后，下列说法正确的是（　　）

A．甲图中，左右两电阻发热量之比为2：1
B．甲图中，两电阻串联主要是为了通电时间相同
C．乙图中，R1R2发热量之比为4：1
D．本实验利用了液体热胀冷缩的性质使液面升高
（2020秋 柯桥区期末）如图所示，当开关闭合时，电路中的电流为1A，电压表V2的示数是10V，定值电阻R的阻值为4Ω，电动机的线圈电阻为1Ω，不计摩擦，下列说法正确的是（　　）
A．电压表V1的示数为10V
B．电路消耗的总功率是6W
C．通电1分钟电流通过电动机产生的热量是240J
D．通电1分钟电动机产生的机械能是300J
（2022秋 江北区期末）小宁用一个88Ω的电阻R1、开关和导线等器材制作了一个电烤箱，将电烤箱接入电压为220V的家庭电路，简化电路如图甲所示。
（1）求通过R1的电流和R1消耗的电功率。
（2）小宁发现用图甲的方式烘烤蛋糕耗时过长，找来一个与R1相同规格的电阻R2进行改装，改装后电路如图乙。闭合开关S后，通电10min，求改装后电烤箱产生的热量。
（2022秋 永康市期末）如图所示，取口香糖锡纸，剪成条状，将锡纸条带锡的一端接在电池的正极，另一端接在电池的负极很快发现纸条中间开始冒烟起火，请从物理学的角度解释其原因。
（2022 婺城区一模）随着生活条件的改善，人们更加重视家居环境的美化，如图甲是带有水温调节功能的家庭水族箱，其工作原理如图乙所示，R1为阻值可调的电热丝，R2为阻值400Ω的定值电热丝，开关S2为单刀双掷开关，不考虑温度对电阻的影响。请分析回答：
（1）当开关S1闭合，S2接 （填“a”或“b”）时，电路处于保温状态。
（2）当电路处于加热状态时，通电10分钟消耗的电能是多少焦？
（3）当电路处于保温状态时，若电路消耗的功率P＝48.4W，则电热丝R1连入电路的阻值应为多少？

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