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【大单元整体教学】物理学科人教版九年级全一册
第十八章 分课时设计
课题 焦耳定律
课型 新授课 √ 复习课 试卷讲评课 其他课
1.教学内容分析 焦耳定律是初中物理学习的重要定律之一，是能量守恒定律在电能和内能之间转化的具体体现，是物理学的基础知识，也是初中物理的重难点之一。焦耳定律是欧姆定律的引申和发展，教材在电功、电功率之后安排焦耳定律，是对电功、电能理解的提升，符合学生的认知规律。从本章的结构来看，电与热是对电能、电功率的应用总结，也是从电热角度认识安全用电的理论基础，起着承上启下的作用。通过学习，学生能够提高综合分析、解决问题的能力，在学习过程中也将会深化和巩固学生已经学过的电学基本知识。本节由“电流的热效应”“焦耳定律”“电热的利用与防止”三大部分组成，在教学中，分成了六小点来介绍，最后深化拓展综合计算的问题，内容与实际生活联系十分紧密，具有较强的综合性与实用性。学生通过实例认识电流的热效应，结合实例对电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关提出猜想，然后通过实验来验证自己的猜想，通过实验得出电热的大小与电流、电阻和通电时间有关，得出它们的定性的关系，具体的定量关系就是焦耳定律。焦耳定律的理解及应用既是教学重点又是教学难点。学生用焦耳定律解释一些生活中与电热有关的问题，理解电热的利用和防止的内容。这部分内容很贴近学生生活，充分体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的教育理念。最后深化拓展电功、电功率、热量的综合计算问题，总结章节知识框架，通过例题讲解和练习，让学生能够掌握综合计算题的解题思路。
2.学习者分析 电流的热效应现象是学生在日常生活中经常感受到的，学生对用电器发热现象有较为直观的认识，是研究学习本节课的重要资源。在本节课的学习过程中，通过演示实验创设情境，学生会被物理现象所吸引，但有部分学生并未产生探索这些物理现象内在原因的欲望，因而教师要注重引导学生探究物理现象背后的物理规律。在这个阶段，大部分学生实验设计能力及观察能力有待提高，在教学过程中教师要结合生活实际及时引导学生进行猜想、探究，在教师的引导下，学生设计出探究实验方案，观察得出实验结论。通过长期训练，能大大提高学生的科学探究能力。通过前面的学习，学生已了解欧姆定律、电能、电功率知识，同时也具备了一定的科学思维能力和实验操作能力，掌握了基本的物理研究方法。这些都为本节课的学习提供了基础。
3.学习目标确定与教学重难点 （1）能通过生活实例，认识电流的热效应；（2）能在实验的基础上引出焦耳定律，会用焦耳定律进行计算；（3）通过学习电热的利用和防止，学会辩证地看待问题。本节教学的重点是对焦耳定律的理解、电功和电热的关系及焦耳定律在实际生活中的应用。教学难点是对焦耳定律的理解、电功和电热的关系及焦耳定律在实际生活中的应用。
4.评价量表 《焦耳定律》的评价量表任务列表任务要求（满分：10分）学生自评同学互评教师评价任务一：探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关通过实验，得出电热与电阻、电流和通电时间的关系（5分）任务二：焦耳定律熟悉焦耳定律的内容及公式，能运用公式进行计算（5分）
5.学习活动设计
教师活动 学生活动 设计意图/学习评价
任务一：引入新课
周六，我们班小明同学的爸爸出门前嘱咐他好好写作业，不要看电视。爸爸回来时看到他在认真写作业，电视机也没打开，很高兴。可是用手一摸电视机后盖后就发现，小明刚看过电视。你知道小明的父亲是根据什么道理来判断的吗？ 学生观察、思考、讨论。 以生活情景导入，激起学生的求知欲，学生快速进入情景。
任务二：电流的热效应
一、电流的热效应像电暖气等生活中很多用电器，通电以后会产生热量。你还知道哪些电加热的设备吗？电流通过导体时，电能要转化成热能，我们把这种现象叫做电流的热效应。二、探究影响电流热效应的因素【提出问题】电炉丝发热，电炉丝和导线相连，通过它们的电流相同。为什么电炉丝热的发红，而导线却几乎不热呢？换句话说，电流通过导体时产生热量的多少跟哪些因素有关？请同学们作出合理猜想。【设计实验】1电流产生热量有多有少，你能从提供的器材中，比较出热量的多少吗？电阻丝、密封容器（带有小孔）、U形管（装有颜色的液体）、橡胶管、烧瓶、煤油、温度计2.研究方法 ①控制变量法：在探究电流通过导体产生热的多少跟电流、电阻、通电时间的关系时，每次实验应该控制两个物理量不变。②转换法：实验中通过观察U形管液面的高度差来比较电流产生热量的多少，这种研究方法叫转换法。 【师生共同总结】当电流通过导体时，电流越大、电阻越大、通电时间越长，产生的热量越多。 学生猜想：1.与电流的大小2.与电阻的大小3.与通电时间的长短4.……实验一：探究产生热量Q与电阻R的关系如图所示，将两根阻值不等的电阻丝串联接入电路。闭合开关，通电一段时间后，观察U形管液面高度差的变化。实验二：探究产生热量Q与电流I的关系在右方密封盒外并联一个5Ω的电阻R3，目的是改变通过盒内电阻的电流大小，由于R3的分流作用，因此通过两个容器中电阻的电流不同：I1=2I2。从而研究电流通过导体产生的热量跟电流的关系。闭合开关，通电一段时间后，观察U形管液面高度差的变化。实验三：探究产生热量Q与通电时间t的关系第一次通电5s，第二次通电10s。观察U形管液面高度差的变化。 学生实验，收集证据，体验科学探究的过程。【评价标准】通过实验，得出电热与电阻、电流和通电时间的关系（5分）不能独立通过实验，得出电热与电阻、电流和通电时间的关系（3分）
任务三：焦耳定律
焦耳定律内容：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比，这个规律叫焦耳定律。公式：Q = I2R t 推导焦耳定律 若电流做的功全部用来产生热量，即 Q = W 因为电功 W = Uit， 根据欧姆定律 U = IR所以 Q = W = UIt = I2Rt电功与电热的联系 ①纯电阻电路（如电炉、电热器、电熨斗等电路） 该类电路中，电流通过用电器时，电能全部转化为内能，电流产生的热量就等于电流做的功（消耗的电能），即Q=W Q放= W总=Pt=UIt= U2t/R=I2Rt上述公式适用于纯电阻电路。②非纯电阻电路在该类电路中，当电流通过用电器时，电能主要转化为其它形式的能量，只有一部分转化为内能。此时Q < W例如，当电扇工作时，消耗的电能主要转化为电机的机械能，有少部分转化为内能发热。 W总＝UIt =W机械能＋Q热量 【自学指导】英国物理学家焦耳首先对此作出了卓越的探究，请大家阅读课本100页第二部分以及图18.4-4《焦耳简介》，回答以下问题：1、焦耳定律的内容是什么？2、公式如何表示？3、每个物理量的单位分别是什么？ 培养学生的自主学习能力。【评价标准】熟悉焦耳定律的内容及公式，能运用公式进行计算（5分）熟悉焦耳定律的内容及公式，不能熟练运用公式进行计算（3分）
任务四：电热的利用和防止
电热的利用电流通过导体时，使导体只发热的用电器是利用了电流的热效应，这类用电器称为电热器，而电热器的主要部分是发热体。电热器的优点: 清洁卫生，没有环境污染，热效率高，还可以方便地控制和调节温度。电热的防止电流的热量有时是有害的，应该及时解决。（1）例如我们的电脑在工作时，电路元件发热，温度升高，会影响到电脑的稳定性，甚至烧坏电脑CPU。人们常常采用安装散热窗、使用微型风扇等方法及时散热。（2）电视机散热方法：在后盖开有很多孔，为了通风散热。 【自学指导】阅读教材P101“电热的利用和防止”讨论回答下列问题：（1）、电热对我们是有利还是有害的？（2）、生活中我们是如何利用电热的？（3）、有时电热会给我们造成什么危害？我们又是如何防止的呢？ 培养学生的自主学习能力。
6.板书设计18.4 焦耳定律一、电流的热效应（1）电流通过导体时电能转化成内能的现象。（2）电流通过导体产生热的多少跟电流、电阻、通电时间有关。二、焦耳定律（1）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。（2）公式: Q=I2Rt I为电流，单位A；R为电阻，单位Ω； t为时间，单位s； Q为热量，单位J.（3）推导公式：Q=t=UIt 适用于纯电阻电路。（4）电功W与电热Q：纯电阻电路中Q=W，非纯电阻电路中Q＜W三、电热的利用和防止（1）应用：电热器。（2）防止：散热器等。
7.作业与拓展学习设计 1．科学家有着强烈的好奇心和执着的探究精神，英国物理学家 做了大量实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系。为了纪念他做出的贡献，人们将他的名字命名为 的单位。【答案】 焦耳 能量【详解】[1][2]英国物理学家焦耳做了大量实验，于1840年最先精确地确定了电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系，即焦耳定律。为了纪念他做出的贡献，人们将他的名字命名为能量和功的国际单位。2．如图是灯L和定值电阻R的I-U图像，则R的阻值为 Ω．当灯L和定值电阻R串联在一电源上时L消耗的功率为0.3W，电源电压为 V，定值电阻R在该电路工作1min产生的热量为 J。【答案】 10 4 54【详解】[1]定值电阻的阻值[2]因小灯泡L消耗的功率为0.3W，由图可知通过小灯泡的电流为0.3A，小灯两端的电压为1V。因灯L和定值电阻R串联在一电源上，由串联电路的电压规律得电源电压[3]定值电阻R在该电路工作1min产生的热量3．随着科学技术的发展，越来越多的用电器进入了我们的家庭。下列用电器主要利用电流热效应工作的是（　　）A．油烟机 B．电熨斗C．平板电脑 D．CPU上的散热风扇【答案】B【详解】电热器是利用电流热效应工作的，将电能主要转化为内能，油烟机、CPU上的散热风扇主要将电能转化为机械能；电熨斗将电能转化为内能；平板电脑主要将电能转化为光能和声能，故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。4．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6VB．通过电动机的电流为4AC．1s内电动机产生的机械能为5JD．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＝1J1s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。5．将规格都是“220V　100W”的一台电风扇和一床电热毯，接入家庭电路中，通电时间相同，下列说法正确的是（　　）A．电风扇产生的热量多 B．电热毯产生的热量多C．二者产生的热量一样多 D．无法比较二者产生的热量【答案】B【详解】由题意知，两种用电器的额定电压都是220V，额定功率都是100W；而家庭电路电压是220V，把这两个用电器接入家庭电路，用电器都正常工作，则其实际功率相同都等于额定功率，即P实=P额=100W由W=Pt可知，两个用电器工作时间t相等，则两个用电器消耗的电能相同。由于电风扇工作时，主要把电能转化为机械能，产生的热量很小；电热毯工作时电热丝几乎把电能全部转化为内能，所以产生热量最多的是电热毯。故选B。6．如图是探究电流通过导体产生热量的多少跟什么因素有关的实验装置，将四段电阻丝a、b、c、d分别密封在完全相同的盒内，盒内封闭一定量的空气，其中图乙中另取5Ω的电阻在盒外与盒内电阻并联。(1)在实验中电流通过电阻产生热量的多少是通过观察U形管液面 来比较的；(2)装置中的U形管 （选填“是”或“不是”）连通器；(3)图甲中电流通过电阻R1与R2产生的热量之比为 。图乙可探究电流产生的热量与 的关系；(4)物理研究方法有很多，本实验运用了两种方法：一是 ，二是转换法。【答案】(1)高度差；(2)不是；(3) 1：2 电流；(4)控制变量法【详解】（1）在实验中电流通过电阻产生的热量多少是通过观察U形管内左右两侧液面高度差大小来体现的，这种方法叫转换法。（2）图中的两个U形管上端不都是开口的，所以装置中的U形管不是连通器。（3）[1]图甲两个电阻串联，根据串联电路的电流特点可知，通过左侧电阻的电流等于通过右侧容器中电阻的电流，根据公式Q=I2Rt可知，通电后，图中左、右电阻相同时间产生的热量之比Q1∶Q2=R1∶R2=5Ω∶10Ω=1∶2[2]图乙中右侧盒外连接的5Ω电阻后，由串并联电路电流的规律可知通过两个容器中的电流不同，两个容器中电阻相同，探究电流产生的热量与电流的关系。（4）电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关，用到控制变量法。7．如图所示为“探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关”实验的部分装置，两个相同的透明容器中封闭着等量的空气。(1)实验中通过观察 的变化来反映电阻产生热量的多少，下列实验中，也运用了这种实验方法的是 （填序号）；①比较不同物质的吸热能力②探究电流与电压、电阻的关系(2)闭合开关，通电一段时间，观察到右侧液面高于左侧液面，如图甲所示。表明在电流和通电时间相同的情况下， 越大，产生的热量越多；(3)乙图中与并联，目的是使通过与的 不同；(4)某小组在利用乙图装置实验时，发现左右两侧U形管液面上升高度相同，与其他小组的实验现象都不同，经检查气密性良好请你分析实验现象不同的原因是： 。【答案】(1) U形管液面高度 ①；(2)电阻；(3)电流；(4)断路【详解】（1）[1]电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，根据转换法，实验中通过观察U形管液面高度的差来反映电阻产生热量的多少，液面高度差越大说明容器中产生的热量越多。[2]①探究物质吸放热规律时，用物质吸热或放热时的温度变化来反映，这用到了转换法，故①符合题意；②探究电流大小与电压、电阻的关系时，采用了控制变量法，故②不符合题意。故选①。（2）由图甲可知，闭合开关，两电阻丝串联，则通过两电阻丝的电流相同，通电时间相同，右侧电阻丝阻值较大，观察到右侧液面高于左侧液面，说明右侧电阻大产生的热量多。故表明在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多。（3）由图乙可知，三个电阻相等，其中R3与R2并联，再与R1串联，经过R1的电流，在右侧分两支，一直经过R2，一支经过R3，因此通过R1、R2的电流是不同的，故乙图中，R3与R2并联，目的是使通过R1和R2的电流不相等。（4）利用乙图装置实验时，发现左右两侧U形管液面上升高度相同，说明左右两侧产生的热量相同，因为R1和R2的电阻相等，通电时间相同，且产生的热量相同，说明通过两个电阻的电流相同，即R3中没有电流，故可能是电阻R3断路了。8．如图所示电路中，灯泡L上标有“6V 3W”字样，R为定值电阻。闭合开关S后，灯泡L恰好正常发光，电流表的示数为0.6A。求：(1)灯泡L的额定电流是多少 (2)定值电阻R的阻值是多少 (3)该电路工作5min，定值电阻产生的热量是多少 【答案】(1)0.5A；(2)60；(3)180J【详解】（1）解：根据题意，由P=UI可得，灯泡L的额定电流为（2）因为灯泡L正常发光，所以U灯=U额=6VI灯=I额=0.5A因为灯泡和电阻并联，所以U阻=U灯=6VI阻=I-I灯=0.6A-0.5A=0.1A定值电阻R的阻值是（3）根据题意可知t=5min=300s定值电阻产生的热量是9．3D打印笔是具有立体绘画功能的画笔，如图甲所示，通电后笔内电阻丝发热使笔内绘画材料熔化，电源电压恒为5V，打印笔工作有高温挡和低温挡两个挡位，高温挡和低温挡的功率比为，R1=5Ω，忽略电阻丝阻值随温度变化。求：(1)处于低温挡时，电路中的电流大小；(2)处于高温挡时，通电1min，R2产生的热量。【答案】(1)1A；(2)150J【详解】（1）由图可知，只闭合开关S1时，电路为R1的简单电路，电路的电阻较大，根据可知功率较小，为低温挡，则处于低温挡时，电路中的电流大小为（2）低温挡功率为则高温挡功率为开关、均闭合时，、并联，此时总电阻较小，为高温挡，则功率为则处于高温挡时，通电1min，R2产生的热量为
8.教学反思与改进探究电流通过导体产生热的多少跟电流、电阻、通电时间的关系实验，最好由老师进行演示实验。教学设计中提供的演示实验装置（电热丝对空气加热），克服了以往实验装置（电热丝对液体加热）加热时间长，实验现象不明显等缺陷，更加有利于学生的观察。
作业设计
18.4 焦耳定律课时作业（时间：20min）
【基础训练】
知识点1：电流的热效率
1．冬季输电线结冰容易造成倒杆断线，通常给输电线除冰的方法是：在短时间内让电路短路，输电线中的电流 ，这是利用电流的 效应使输电线在相同时间内产生更多的热量将冰熔化。
【答案】 变大 热
【详解】[1]在短时间内让电路短路，电路电阻很小，电流很大，通过输电线的电流变大，输电线的电阻不变，当通电时间不变时，由得，相同时间内产生更多的热量。
[2]电路中将电能转化为内能的现象叫做电流的热效应。
2．如图是电热驱蚊器，它是利用电流的 工作的。从能量转化的角度分析，电热驱蚊器是把电能转化为 。
【答案】 热效应 内能
【详解】[1][2]电热驱蚊器工作时消耗了电能，得到了内能，利用电流的热效应工作的，将电能转化为内能。
知识点2：探究电热的大小于哪些因素有关
3．实验小组设计了图所示装置，两个完全相同的空气盒内装有等量的空气，通过观察两侧U形管中液面的高度差来比较电流通过导体产生空气盒热量的多少。利用该装置可以探究导体产生的热量与 的关系，图中电阻丝 （选填“”或“”）产生的热量多。
【答案】 电阻
【详解】[1][2]装置中，两电阻串联，通过的电流和通电时间相同，而电阻不同，故该装置用来探究电流产生的热量与电阻的关系；图中，右侧两管液面高度差大，由转换法，图中电阻丝R2产生的热量多。
知识点3：焦耳定律
4．如图，将包装口香糖的锡箔纸剪成中间较窄的细条，然后将锡箔细条的两端连接电池正负极，很快发现细条中较窄处ab段开始冒烟起火，这是因为细条将电池短路，导致电路中 （选填“电压”“电流”或“电阻”）较大。若ab段长度等于bc段长度，则ab段电阻 bc段电阻，ab段电流 bc段电流。（后两空选填“大于”“等于”或“小于”）。
【答案】 电流 大于 等于
【详解】[1][2][3]锡箔纸条两端的铝面直接接触电池的正负极，造成短路，这样电流会很大，铝纸条中间最细处的横截面积较小，电阻较大，即ab段电阻大于bc段电阻，串联电路中电流处处相同，所以ab段电流等于bc段电流。根据Q=I2Rt可知，此时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。
5．如图所示电路，电源电压恒定，R1、R2为电热丝，R1＝10Ω，R2＝10Ω，当开关S断开时，电流表示数为0.2A，电源电压为 V；当开关S闭合时，电路在100s内产生的总热量是 J。
【答案】 2 80
【详解】[1]当开关S断开时，电路为R1的简单电路，电流表测通过R1的电流，电流表示数为0.2A，电源电压为
[2]当开关S闭合时，R1与R2并联，电流表测干路电流，并联电路各支路电压等于电源电压，则电路在100s内产生的总热量是
【能力提升】
6．如图所示是探究“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。下列说法不正确的（ ）
A．实验中通过观察U形管内液面的变化反映电流通过导体产生热量的多少
B．甲图所示的装置用来探究电流通过电阻丝产生的热量与电流的关系
C．甲图通电一段时间，b容器中电流产生的热量较多
D．观察乙图中的实验现象，可知d容器中电阻丝的阻值大
【答案】C
【详解】A．根据转换法，实验中通过观察U形管内液面的变化反映电流通过导体产生热量的多少，故A正确，不符合题意；
B．甲图所示的装置中，两个相同的透明容器中的电阻丝阻值相同，电流不同，则探究的是电流通过电阻丝产生的热量与电流的关系，故B正确，不符合题意；
C．分析电路可知，甲图所示的装置中，两个相同的透明容器中的电阻丝阻值相同，b容器中通过电阻丝的电流较小，根据，b容器中电流产生的热量较少，故C错误，符合题意；
D．乙图中的两个电阻丝串联，电流相等，右侧U形管内液面的高度差较大，则产生热量较多，根据可知d容器中电阻丝的阻值大，故D正确，不符合题意。
故选C。
7．如图所示，某同学将一条粗细不均的铝箔纸的两端分别压在两节电池的两极，发现铝箔纸发热并燃烧。关于该实验的分析错误的是（　　）
A．实验时两节干电池串联目的是增大电压
B．用普通纸代替铝箔纸将不能燃烧
C．实验中发现铝箔纸较细的部位先燃烧，是因为该处的电流大
D．该实验能说明短路带来的危害
【答案】C
【详解】A．两节干电池串联的电压等于两节干电池电压之和，故A正确，不符合题意；
B．普通纸张不容易导电，用普通纸代替铝箔纸，普通纸没有电流经过，不会产生热量，不能燃烧，故B正确，不符合题意；
C．铝箔纸较细的部位和较粗的部位是串联的，由于串联电路中电流处处相等，实验中发现铝箔纸较细的部位先燃烧，是因为该处电阻较大，由Q=I2Rt知道，铝箔纸较细的部位生热量较多，故C错误，符合题意。
D．短路时，电路中电阻很小，电流很大，产生热量较多，电路容易起火，该实验能说明短路带来的危害，故D正确，不符合题意。
故选C。
8．如图甲所示电路，电源电压保持不变，闭合开关S，滑动变阻器的滑片P从b端移到a端的过程中，电流表示数I与电压表示数U的关系如图乙所示。下列说法中（ ）
①电源电压为6V
②定值电阻R的阻值为5Ω
③滑动变阻器的最大阻值为10Ω
④滑片P在b端时，通电1min电阻R产生的热量为27J
A．只有②③正确 B．只有①③正确 C．只有②③④正确 D．只有①②④正确
【答案】C
【详解】①②由图甲可知，定值电阻R与滑动变阻器RP串联，电流表测电路中的电流，电压表测定值电阻R两端的电压。当滑片P在a端时，RP连入电路的电阻为0，电路中只有R工作，则电压表示数最大且等于电源电压，由图乙可知，电源电压
此时电路中的电流，根据欧姆定律可得，定值电阻R的阻值
故①错误，②正确；
③④当滑片P在b端时，由图乙可知，R两端的电压，此时电路中的电流，根据串联电路的电压规律，RP两端电压
根据欧姆定律可得，滑动变阻器的最大阻值
通电1min电阻R产生的热量
故③④正确。综上，故C符合题意，ABD不符合题意。
故选C。
9．已知定值电阻R1=10Ω，R2=20Ω，有关下列判断正确的是（　　）
A．把R1、R2串联在同一电路中，通过R1、R2的电流比为I1∶I2=1∶2
B．把R1、R2串联在同一电路中，R1、R2两端的电压比为U1∶U2=1∶1
C．把R1、R2并联在同一电路中，R1、R2的电功率比为P1∶P2=2∶1
D．把R1、R2并联在同一电路中，电流通过R1、R2做功比为W1∶W2=1∶1
【答案】C
【详解】AB．把R1、R2串联在同一电路中，由于串联电路的电流处处相等，所以通过R1、R2的电流相等，即
I1∶I2=1∶1
根据欧姆定律可得：U=IR，由此可知，R1、R2两端的电压比为
U1∶U2=R1∶R2=10Ω∶20Ω=1∶2
故AB错误；
C．把R1、R2并联在同一电路中，由于并联电路各支路两端的电压相等，所以R1、R2两端的电压相等，根据知，R1、R2的电功率比为
P1∶P2=R2∶R1=20Ω∶10Ω=2∶1
故C正确；
D．R1、R2并联在同一电路中，由于并联电路各支路两端的电压相等，通电时间相同，由可得，电流通过R1、R2做功之比为
W1∶W2=R2∶R1=20Ω∶10Ω=2∶1
故D错误。
故选C。
10．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。
11．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。
12．近年冬天，越来越多的人们在使用电热桌垫，好奇的小东同学很想知道它的发热原理，查看说明 书后发现：该电热桌垫由12V电源供电，发热部分由两根电热丝R1、R2组成，设计低温、高温两挡，内部简化电路图如图所示，旋钮开关S可置于“1和2”、“2和3”或“3和4”接线柱，已知低温挡加热的功率P1为24W，R2的阻值为4Ω。求：
(1)低温挡加热的电流；
(2)R1的阻值；
(3)高温挡加热10min电路产生的热量。
【答案】(1)2A
(2)6Ω
(3)36000J
【详解】（1）由可知，低温挡加热的电流
（2）旋钮开关S可置于“2和3”接线柱时，只有R1工作，电路中的总电阻最大，电热桌垫处于低温挡；由可知，R1的阻值为
（3）由图乙可知，旋钮开关S可置于“3和4”接线柱时，R1、R2并联，根据并联电路的电阻特点可知，由可知，电路中的总功率最大为高温加热档；高温挡工作时R2的电功率为
高温挡加热的功率
高温挡加热10min电路产生的热量
13．如图所示，是某实验小组设计的一种电热饮水机电路原理图。该饮水机的水箱容积是1L。它通过机内温控开关S进行自动控制，实现加热和保温两种功能。电路电压为220V，当处于加热档时电路消耗的总功率为1100W；处于保温档时，电路消耗的总功率为242W。问：
(1)R1和R2的阻值各是多大？
(2)该饮水机在保温状态下工作10min，R1产生的热量是多少？
(3)该饮水机的加热效率为70%（即电流产生热量有70%能被水吸收）。在傍晚时候是用电高峰期，实际工作电压只有200V，这时候将一满水箱的水从16℃加热至100℃，需要多少分钟？（已知c水=4.2×103J/（kg℃），ρ水=1.0×103kg/m3，不计温度对电阻的影响）
【答案】(1)；
(2)31944J
(3)9.2min
【详解】（1）由电路图可知，开关S接a时，只有R1接入电路，由公式可知，此时电路电阻较小，功率较大，处于加热档，开关S接b时，R1与R2串联接入电路，由公式可知，此时电路总电阻较大，功率较小，处于保温档。由题意可知，处于加热档时，电路消耗的总功率为1100W，则R1的阻值为
处于保温档时，电路消耗的总功率为242W，则R1与R2串联的总阻值为
则R2的阻值为
（2）由公式可知，该饮水机在保温状态下工作时，电路中的电流为
该饮水机在保温状态下工作10min，R1产生的热量为
（3）由公式可知，一满水箱的水的质量为
将一满水箱的水从16℃加热至100℃，水吸收的热量为
该饮水机的加热效率为70%，由可知，此过程，电流产生的热量为
由题意知，实际工作电压只有200V，此时电路中的电流为
由公式可知，加热需要的时间为
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