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焦耳定律专题
一、焦耳定律的适用条件
（一）、要点解析
纯电阻电路 电路总功： W=UIt W=Q=UIt=I2Rt=
电阻产生热量： Q=I2Rt
非纯电阻电路 电路总功： W=UIt W≠Q W=Q+W2
电阻产生热量： Q=I2Rt
电动机做功： W2=U2It
（二）知识点解析
知识点一：焦耳定律
1. 电流通过导体时电能转化成热（电能转化为内能），这个现象叫做电流的热效应。
2. 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）
3. 定义式：Q=I2Rt I2= R= t =
4. 导出式：①Q=UIt U= I= t =
② Q=t U2= U = R = t =
③Q=Pt P= t=
Q—热量—焦耳（J）； I—电流—安培（A）； R—电阻—欧姆（Ω）；
t—通电时间—秒（s）； P—电功率—瓦特（W）； U—电压—伏特（V）。
5. 有关焦耳定律的注意事项：对于纯电阻电路，电流做功消耗的电能全部转化为内能（Q＝W），这时以下公式均成立Q=Uit Q=t Q=Pt；对于非纯电阻电路，电能除了转化为内能，还要转化为其他形式的能量。求Q时只能用Q＝I2Rt。
知识点二：焦耳定律的应用
1. 利用电热的例子：热水器、电饭锅、电熨斗、电热孵化器等。
2. 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。
3. 串并联电路电功特点：
（1）在串联电路和并联电路中，电流产生的总热量等于部分电热之和；
（2）串联电路中，各部分电路的热量与其电阻成正比，即=;
（3）并联电路中，各部分电路的热量与其电阻成反比，即=（各支路通电时间都相同）。
4 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．
（2）防止：散热窗、散热片、散热孔、电脑的微型风扇．
二、焦耳定律典例引领例题
一、单选题
例题1．甲、乙两电热器通过的电流之比为3∶2，通电时间之比为2∶3，电阻之比为4∶3，则产生热量之比为（　　）
A．1∶2 B．2∶9 C．2∶1 D．9∶2
【答案】C
【详解】由题意可知
由可得，电流通过甲、乙两个电热器产生的热量之比
故ABD不符合题意，C符合题意。
故选C。
例题2．关于电功、电功率和电热，下列说法错误的是（ ）
A．电流通过导体所做的功越多，导体消耗的电能就越多
B．用电器上标明的额定电功率越大，其消耗的电能就一定越多
C．额定电功率越大的用电器，正常工作时间越长，消耗的电能就越多
D．用电器消耗的电能越多，用电器上产生的热量不一定越多
【答案】B
【解析】略
例题3．一根电炉丝烧坏了，切掉了后，仍接在原电源上，在相同的时间内产生的热量与原来产生的热量之比为（　　）
A．5︰6 B．6︰5 C．1︰6 D．6︰1
【答案】B
【详解】导体的材料和横截面积一定时，导体的电阻与导体的长度成正比，若原来电炉丝的电阻为R，切掉以后，电炉丝的电阻为
仍接在原电源上，即电炉丝两端的电压不变，通电时间相同，由可得，产生的热量与原来产生的热量之比
故选B。
例题4．一台热水器有高温、中温、低温三挡，内部简化电路如图所示，R1和R2均为电热丝。R1=88Ω，R2=22Ω。下列说法不正确的是（　　）

A．当闭合S1，并将S2拨至位置a时，热水器处于高温挡
B．当断开S1，并将S2拨至位置b时，热水器处于低温挡
C．热水器处于中温挡的功率为500W
D．热水器以低温挡正常工作10min，电热丝产生的热量为2.64×105J
【答案】C
【详解】AB．根据串并联电路的电阻特点可知，当开关S1闭合，S2接a时，R1、R2并联，电路中的总电阻最小，由可知，电路中的总功率最大，热水器处于高温挡；当断开S1，并将S2拨至位置b时，R1、R2串联，电路中的总电阻最大，总功率最小，热水器处于低温挡；当开关S1闭合，S2接b时，只有R1工作，热水器处于中温挡，故AB正确，不符合题意；
C．热水器处于中温挡的功率
故C错误，符合题意；
D．根据串联电路的电阻特点可知，低温挡时电路中的总电阻
R=R1+R2=88Ω+22Ω=110Ω
热水器以低温挡正常工作10min，电热丝产生的热量
故D正确，不符合题意。
故选C。
例题5．如图所示的家用挂烫机为我们的生活提供了很多的方便，为了熨烫不同材质的衣料，一共设置了低温，中温和高温三档，下列设计的电路图中能通过开关通断，调节出高中低三档温度的电路图是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】D
【详解】A．开关S接a时，两个电阻串联，接b时，只有电阻R2工作，电路有两个挡位，不能调节出高中低三档，故A不符合题意；
B．开关S1、S2同时闭合，两个电阻并联，断开S2，只有电阻R1工作，电路有两个挡位，不能调节出高中低三档，故B不符合题意；
C．开关S、S1同时闭合，只有电阻R1工作，断开S1，两个电阻串联，电路有两个挡位，不能调节出高中低三档，故C不符合题意；
D．只闭合S1，只有电阻R1工作；断开S1，同时S2接b，两个电阻串联；闭合S1，同时S2接a，两个电阻并联。因此电路有两个挡位，能调节出高中低三档，故D符合题意。
故选D。
二、填空题
例题6．如图甲所示，把电阻R与灯L接在3V的电源上，电阻R与灯L的U-I图像如图乙所示。当S闭合时，灯L的电阻为 Ω，电路消耗的功率为 W，通电2min电阻R产生的热量为 J。
【答案】 10 1.8 108
【详解】[1]当S闭合时，灯L与电阻并联在3V的电源上，故此时灯泡两端的电压为3V，通过乙图可知，此时灯泡L和电阻R的电流都为0.3A，故此时灯泡的电阻为
[2]总电流为
I总=I1+I2=0.3A+0.3A=0.6A
电路消耗的功率为
P总=UI总=3V×0.6A=1.8W
[3]通电2min电阻R产生的热量为
Q=UIt=3V×0.3A×2×60s=108J
例题7．如图甲所示电路，电源电压不变，R1、R2是定值电阻，R2=2R1，闭合开关S，电流表和电压表示数如图乙，则通电5min后，R1、R2产生的总热量为 J。

【答案】450
【详解】由图中可知，R1与R2并联，电流表测流过R2的电流，电压表测电源电压，电流表选择小量程，故可知流过R2的电流为I2=0.2A，电压表选择小量程，故可知电源电压为U=2.5V，则由欧姆定律可知，电阻R2的阻值为
则电阻R1的阻值为
由欧姆定律可得，流过R1的电流为
由并联电路中的电流规律可得，干路中的电流为
I=I1+I2=0.4A+0.2A=0.6A
故由焦耳定律可得，通电5min后，R1、R2产生的总热量为
例题8．小华将电阻丝和分别浸没在质量和初温均相同的煤油中，按如图所示接入电路，开关闭合后，通过两电阻丝的 相等，根据温度计示数的变化可比较电阻丝产生 的多少，通电一段时间，发现甲瓶中温度计的示数上升 。

【答案】 电流 热量 高
【详解】[1]如图所示，两电阻丝串联，通过的电流相等。
[2]电阻丝通电后产生热量，热量被煤油吸收，导致煤油温度升高，所以可根据温度计示数的变化可比较电阻丝产生热量的多少。
[3]如图所示，两电阻丝串联，通过的电流相等，通电时间相同，且R1>R2，通电一段时间后，根据焦耳定律可知，电阻丝 R1产生的热量多，由于瓶内的煤油质量、初温相同，不考虑热量损失，甲瓶中温度计的示数上升高。
三、实验题
例题9．甲、乙两图是探究“电流产生的热量与哪些因素有关”的实验，瓶中装有质量、初温相同的空气。
（1）通电一段时间，两电阻丝产生热量的多少是通过 反映出来的；
（2）容器内电阻丝热得发红时，与之连接的导线不热，该现象可以用 图所示结论来解释；
（3）乙图在相同时间内，左右两容器内产生的热量之比为 。
【答案】 U形管液面的高度差 甲
【详解】（1）[1]电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但空气温度的变化可以通过U形管液面高度差的变化来反映，采用了转换法。
（2）[2]电阻丝与导线串联，电阻丝电阻较大，导线电阻非常小，电流和通电时间相同，电阻丝热得发红，而导线却几乎不发热，说明电流产生的热量与导体电阻大小的关系；由甲装置可知，两个盒中的电阻丝串联，通过两电阻丝的电流和通电时间相同，而两电阻丝的阻值不同，研究的是：当通过的电流和通电时间相同时，电流产生的热量与导体电阻大小的关系；所以甲实验可以解释“电阻丝热得发红，而导线却几乎不发热”现象。
（3）[3]根据并联电路电压的规律和欧姆定律可知，通过乙装置右侧两电阻的电流相同，根据串联和并联电路电流的规律，可知通过乙装置左侧电阻的电流是通过右侧容器中电阻电流的2倍，根据Q=I2Rt可知，在电阻和通电时间相同时，产生的热量与电流的平方成正比，故在相同时间内，左右两容器内产生的热量之比为。
例题10．小明和小芳用如图所示装置探究“电流产生的热量与哪些因素有关系”的实验。
（1）小明猜想电流产生的热量与电阻大小有关，下列能支持他猜想的现象是 ；
A．接线板上接入的用电器越多，接线板的导线越容易发热
B．电熨斗工作时发热明显，而与之相连的导线却几乎不热
（2）如图实验装置通过比较U型管内 可以比较容器内电流产生热量的多少，这种研究方法称为 法；
（3）小芳用乙装置可探究电流产生的热量与 的关系。将此装置接到电源两端，通电一段时间，电流在 （填“左”或“右”） 侧容器中产生的热量较多。如果乙装置中R3发生了断路，则与断路前相比较，通电相同时间，右侧U形管中液面的高度差将 （选填“变大”、“变小”或“不变”）；
（4）通过实验可知，超导材料 （填“能”或“不能”） 作为电饭锅的发热部件。
【答案】 B 液面高度差 转换 电流 左 变大 不能
【详解】（1）[1] A．接线板上接入的用电器越多，接线板的导线越容易发热是因为并联的用电器越多，干路的电流越大，产生的热量越多，故A不符合题意；
B．电熨斗工作时发热明显，而与之相连的导线却几乎不热，是因为导线的电阻小，在电流相同时，产生的热量少，故B符合题意。
故选B。
（2）[2][3]电流产生的热量不易观察，实验通过比较U型管内液面高度差可以比较容器内电流产生热量的多少，这种研究方法称为转换法。
（3）[4]图乙中电阻大小相同但电流不同，探究的是电热与电流的关系。
[5]左侧电阻接在干路上，右侧电阻接在支路上，左侧电阻的电流更大，由可知，在电阻和通电时间相同时，电流越大，产生的热量越多，所以左侧容器中产生的热量较多。
[6]由图可知，R3与R2并联，若R3断路，R2的电流等于原来R2与R3电流之和，即R2的电流将变大，由可知，其他条件不变时，R2产生的热量将变多，所以U型管内液面高度差变大。
（4）[7]电饭锅的发热部件是利用电流的热效应工作的用电器，若使用超导材料，在特定条件下没有电阻，则不能产生热量，故不能使用超导材料作为电饭锅的发热部件。
例题11．如图所示是探究“电流产生的热量与哪些因素有关”的装置。
（1）图甲中在两个相同的密闭容器中装有质量相等的空气，并各放置一根阻值不同的电阻丝，此装置可研究电流产生的热量与 的关系；
（2）图乙相同的两密闭容器中的电阻丝阻值相等，在其中一容器外部并联一个阻值相同的电阻丝，若图乙中两玻璃管内液面上升高度相同，则故障可能是 。排除故障后通电相同时间，发现左侧玻璃管内液面上升较高，这表明：在电阻和通电时间相同的情况下，通过导体的 越大，产生的热量越多；
（3）若甲、乙两次实验的电源电压及通电时间相同，则a、c两电阻丝产生热量的比值Qa∶Qc＝ 。
【答案】 电阻 e电阻丝断路 电流 1∶4
【详解】（1）[1]图甲中，两个电阻丝串联在电路中，电流相同，通电时间相同，电阻不同，所以探究的是电流产生热量的多少与电阻的关系。
（2）[2]图乙中两玻璃管内液面上升高度相同，说明两容器内电阻丝产生的热量相同，由于c、d两电阻丝阻值相等，根据Q＝I2Rt可知，通过容器内两个电阻丝的电流相等，说明e电阻丝没有电流通过，故障可能是e电阻丝断路。
[3]图乙装置中右侧两个5Ω的电阻丝并联后再与左侧一个5Ω的电阻丝串联，根据串联电路的电流规律可知，右侧两个电阻丝的总电流和左侧的电阻丝电流相等，即I右＝I左，两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知I右＝I1+I2，两电阻阻值相等，则支路中电流相等，即I1＝I2，所以右边容器中通过电阻丝的电流是左侧容器中电阻丝通过电流的一半，由Q＝I2Rt可知，左边容器中的电阻产生的热量多，温度升得较快；这表明：在通电时间和电阻相同时，电流越大，通过导体产生的热量越多。
（3）[4]甲装置中5Ω的电阻与10Ω的电阻串联，则总电阻
R甲＝5Ω+10Ω＝15Ω
乙装置中右侧容器内外两个5Ω的电阻并联后再与c容器中5Ω的电阻串联，则总电阻
由于甲、乙两次实验的电源电压相同，则根据欧姆定律可知
由于a、c中两电阻的阻值相等,通电时间相同，根据Q＝I2Rt可知
例题12．生活中我们发现：电炉丝通过导线接到电路中，电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热。为了探究“电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”，老师设计了如图甲、乙两组实验装置：将a、b、c、d四段电阻丝分别密封在完全相同的容器内，每个容器内封闭等量的空气，并与装有相同液体的U形管相连通。将电阻丝e与图乙中电阻丝d并联置于容器外，五段电阻丝中b为10Ω，其余均为5Ω。

（1）实验中通过观察U形管中 的变化来比较电流通过电阻丝产生的热量。其中 （填“甲”或“乙”）装置能够解释“电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热”；
（2）让乙装置冷却到初始状态，把右侧并联的两根电阻丝都放入容器内，接通电源比较两容器内电阻丝发热多少。此时该装置是探究电流产生的热量跟 的关系，一段时间后电阻丝产生的热量 （填“左容器”“右容器”或“两容器一样”）多。
【答案】 液面高度 甲 电阻 左容器
【详解】（1）[1]根据转换法，实验中通过观察U形管中液面的高度的变化来比较电流通过电阻丝产生的热量。
[2]甲装置中，右侧液面高度差较大，根据转换法，10Ω电阻产生的热量多；两电阻串联，通过的电流和通电时间相同，右侧容器中电阻大，产生的热量多；乙装置中，右侧两电阻并联后再与左侧电阻串联，容器内两电阻大小相等，根据并联和串联电路电流的规律，通过左侧容器中电阻的电流大于通过右侧容器中电阻的电流，而通电时间相同，故乙实验可以研究电流产生的热量与电流的关系，而导线与电炉丝串联电流相同、电阻不同故其中甲装置能够解释“电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热”。
（2）[3]让乙装置冷却到初始状态，把右侧并联的两根电阻丝都放入容器内，根据并联电阻的规律知，R并总小于5Ω，而通过左侧和右侧容器内的电阻的电流和通电时间相同，根据控制变量法知，此时该装置是探究电流产生的热量跟电阻的关系。
[4][5]根据Q＝I2Rt，因左侧空器中电阻大，故一段时间后电阻丝产生的热量左容器多。
例题13．如图所示，物理实验小组探究“电流通过导体产生热的多少与什么因素有关”的实验装置。两个透明容器中封闭着等量的空气，且都有一段电阻丝。将透明容器与形管相连，接入电路。
（1）实验中通过观察 的变化反映电流通过导体产生热量的多少。
（2）图甲是探究在通电时间相同和 相同的情况下，导体产生的热量与大小是否与 有关的装置。
（3）电流表的示数由图乙所示，在这种情况下，右侧容器中定值电阻在10s内产生的热量是 。
（4）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 。
【答案】 U形管液面高度差 电流 电阻 400 装置的气密性不好
【详解】（1）[1]电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，但容器内空气温度的变化可以通过U形管液面高度差的变化来反映，这种研究方法叫转换法。
（2）[2][3]图甲两电阻串联接入电路，串联电路各处电流相等，可知通过两电阻的电流相等，通电时间相同，电阻大小不同，所以探究的是导体产生的热量与电阻大小是否有关。
（3）[4]由图可知，电流表选择的是量程，对应的分度值是0.1A，电流表示数为2A；右侧容器中定值电阻在10s内产生的热量是
（4）[5]通电一段时间后，其中一个U形管中的液面高度几乎不变，说明与此相连的容器可能漏气，导致热量向外散失。
四、计算题
例题14．如图所示的电路中，电源电压保持不变，定值电阻。当只闭合开关S时， 电流表示数为0.2A； 当闭合开关S、S 时， 电流表示数为0.5A。求∶
（1）电源电压；
（2）R2的阻值；
（3）当闭合开关S、S 时，1min内电流通过，R2产生的热量。
【答案】（1）6V；（2）20Ω；（3）108J
【详解】解：（1）当只闭合开关S时，只有R1接入电路，电流表测通过R1的电流，由 得R1两端电压
电源电压等于R1两端电压等于6V。
（2）当闭合开关S、S1时，R1与R2并联，电流表测干路电流，通过的电流
的电阻
（3）电流通过R2产生的热量
答：（1）电源电压为6V；
（2）R2的阻值为20Ω；
（3）当闭合开关S、S 时，1min内电流通过，R2产生的热量为108J。
例题15．南川的冬天，天气寒冷，许多家庭的老人都需要用电热毯过冬。如图所示为双人电热毯的电路原理图和铭牌参数，R是发热电阻丝，电压控制器的作用是将220V的家庭电路电压降为一半。当只闭合S1时为高温挡，只闭合S2时为低温挡。求：
（1）R的阻值；
（2）低温挡的电功率是多少？
（3）临睡前，父母经常将电热毯开至“低温挡”工作1h后再睡觉，低温挡工作1h产生的热量是多少J？
xx牌电热毯
额定电压 220V
额定功率 高温挡 110W
【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】解：（1）当只闭合S1时为高温挡，电路中就只有发热电阻丝R，已知高温挡的功率为110W，所以R的阻值为
（2）只闭合S2时为低温挡，电压控制器将220V的家庭电路电压降为一半，即110V，此时低温挡的电功率是
（3）电热毯开至“低温挡”工作1h产生的热量是
答：（1）R的阻值为；
（2）低温挡的电功率是27.5W；
（3）低温挡工作1h产生的热量是。
例题16．小明家买了一台电烤箱，发热功率有高、中、低三个挡位。小明根据电烤箱的工作情况，跟同学们在实验室组成的模拟电烤箱的实验电路如图所示。电源输出电压稳定为6V，两个发热电阻分别为R1=10Ω，R2=20Ω。单刀双掷开关S2可分别与触点a、b接通。请你参与小明他们的研究，分析和解答以下问题：
（1）两个开关分别处于什么状态时，模拟电烤箱电路处于“低”挡位？为什么？
（2）模拟电烤箱电路处于“中”挡位工作时，消耗的电功率是多少？
（3）模拟电烤箱电路处于“高”挡位工作时，通电10min，电流产生多少热量？
【答案】（1）见解析；（2）1.8W；（3）3240J
【详解】解：（1）当开关S1断开，S2接a时，R1和R2串联，接入电路的电阻最大；根据可知，当电压不变时，电阻最大，电功率最小；电路处于“低”挡位。
（2）当开关S1闭合，S2接a时，只有电阻R2接入电路，电路处于“中”挡位；此时电功率
（3）当开关S1闭合，S2接b时，两个电阻并联接入电路，此时电路处于“高”挡位；电阻R1消耗的电功率
“高”挡位电功率
P高=P1+P2=3.6W+1.8W=5.4W
通电10分钟产生热量
Q=W=P高t=5.4W×600s=3240J
答：（1）当开关S1断开，S2接a时，电路处于“低”挡位，因为此时电路中的电功率最小；
（2）“中”挡位消耗的电功率是1.8W；
（3）电流产生3240J的热量。
焦耳定律专项练习题
一、单选题
1．他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，人们用他的名字命名单位的物理量是（　　）
A．能量 B．电压 C．电功率 D．电阻
2．甲、乙两段实心铁导体的电阻值相等，将它们如图所示串联在电路中，通电一段时间后，比较甲、乙导体产热的多少，正确的是（　　）
A．甲导体的产热比乙导体多
B．乙导体的产热比甲导体多
C．甲、乙导体产热相等
D．条件不足，无法判断
3．下列用电器中利用电热工作的是（　　）
A．抽油烟机 B．洗衣机 C．电饭锅 D．电视机
4．下图所示的四种用电器中，主要利用电流热效应工作的（ ）
A．电饭锅 B．电风扇
C．笔记本电脑 D．电冰箱
5．下列用电器中，利用电流热效应工作的是（ ）
A．微波炉 B．电视机 C．电饭煲 D．芯片散热片
6．如图所示，电源电压保持不变，定值电阻。将滑片滑到滑动变阻器的b端时，闭合开关，电压表的读数为3V；将滑片滑到滑动变阻器的中点时，电压表的读数为4.5V。下列判断错误的是（　　）
A．电路中的最小电流是0.5A
B．电源电压是9V
C．滑动变阻器的最大阻值是9Ω
D．移动滑片，在通电100s内产生的热量最多1350J
7．如图1所示，规格相同的容器装了相同质量的纯净水和油。用相同实际功率的电加热器加热，得到图2所示的温度与加热时间的图线，若液体吸收的热量等于电加热器放出的热量，且c水>c油，则（　　）
A．加热相同时间，由于甲杯液体升高温度大，所以甲杯液体吸收热量多
B．升高相同的温度，两杯液体吸收相同的热量
C．甲杯液体是水
D．加热相同时间，两杯液体吸收的热量相同
8．取口香糖锡纸，剪成如图所示形状，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
9．如图甲所示的电路中，R1为定值电阻，滑动变阻器R 2的最大阻值为80Ω，电源电压保持不变。滑动变阻器R的滑片从一端滑到另一端的过程中，测得R 2的电功率与通过它的电流的关系如图乙所示。下列说法正确的是（　　）
A．R 1的阻值为16Ω
B．R 2的滑片向左滑动时，电压表与电流表示数之比不变
C．当电流为0.2A时，滑动变阻器R 2消耗的电功率最大
D．电流为0.4A时，10s内电流通过R 1产生的热量是32J
二、填空题
10．任何伟大的发现都离不开科学家们坚持不懈的探索、 进行了大量的实验，探究出电流与电阻和电压之间的关系；另一位伟大的物理学家根据所测电流通过电阻放出的热量，提出了 定律。
11．芯片体积小，元件密集。当芯片中有电流通过时，由于芯片元件有 ，不可避免地会产生热量，这种现象称为电流的 效应。为了不影响芯片的性能，通常让散热部件与芯片紧密结合，来降低芯片的温度，这是通过 的方式改变芯片内能。
12．按要求完成填空。

（1）如图1，把一块玻璃板用弹簧测力计拉出水面，观察到弹簧测力计示数在离开水面时比离开水面后大，说明分子间存在 ；
（2）如图2所示，用验电器判断物体是否带电，其原理是同种电荷相互 （选填“吸引”或“排斥”）；
（3）如图3是“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验装置，两烧瓶中煤油的质量和初温相同，电阻丝，该实验的目的是探究电流产生的热量与 的关系；
（4）如图4所示，在探究影响电阻大小的因素实验中，只提供一根足够长的电阻丝，除温度对导体电阻的影响外，该装置不能探究 对电阻大小的影响。
13．小夏在户外拓展训练中，将一张口香糖的包装锡纸撕成中间窄两端宽的条形，两端分别接在一节干电池的正负极上，锡纸就可以燃烧取火，如图，锡纸通电后会在 （选填：“两端”或“中间”）位置先燃烧起来，这是因为电流的 效应。
14．电水壶是利用电流的 来工作的。如图所示，是某品牌电水壶的参数，它正常工作5min可以将1.5kg初温是20℃的水加热至100℃，此电水壶的热效率是 。（百分号前保留整数）
额定电压：220V 额定功率：1800W 额定频率：50Hz 容量：1.5L
15．如图所示，电源电压恒定，R1=20Ω，闭合开关S，断开开关S1，电流表示数是0.3A；当闭合S、S1时，发现电流表示数变化了0.2A，S、S1都闭合时，该电路通电10分钟产生的热量是 J。
16．使用非国家标准电线往往存在安全隐患。同种材料的非国标电线比国标电线细，若用非国标电线替代相同长度的国标电线，则导线的电阻 ；当有电流通过该导线时，产生的电热会 （两空均选填“较大”、“较小”或“相等”）
17．小亮通过观察和研究他家汽车上的电加热座椅垫（原理如图所示），发现该座椅垫有“高温”、“低温”和“关”三个挡位，S为挡位切换开关，和为电热丝，电源电压为24V，，若开关切换到3时，电路处于 挡，此时电路中的电流是1A，则电热丝两端的电压 V；电加热座椅垫在高温挡工作产生的热量 J。

三、实验题
18．如图所示，两个电阻丝串联在电路中，将其放入同样大小的烧瓶中：

（1）如果A、B两瓶中电阻丝电阻大小相等，烧瓶中装有相同质量的水和煤油，则可以比较水和煤油的 的大小关系，此探究中水和煤油吸热的多少是通过 来反映的（选填“升高的温度”或“加热时间”）；
（2）将两根阻值不同的电阻丝（R1>R2）接入电路，在两烧瓶中装有初温和质量都相同的煤油，通电一段时间后观察到A中煤油温度较高，由此可知结论：在电流和通电时间相同时，电阻 ，产生的热量越多。
19．为探究“电流产生的热量与电阻大小的关系”，小刚设计了如图电路。
（1）此电路中，电阻丝R1与R2是串联的，目的是控制 相同；
（2）在实验中，要选取两个阻值不一样的电阻丝，两个装有初始温度相同、等质量煤油的玻璃瓶，检查无误后接通电源，通电一定时间后，记录两个玻璃瓶内煤油的温度，用升高的温度表示 ；
（3）这种电流通过导体时电能转化为内能的现象叫做电流的 效应。
20．物理实验小组使用如图所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”，在两透明密闭容器中都有一段电阻丝内有 相等的空气；
（1）由于电流产生的热量不易直接测量，所以该实验应用了 法，通过 反映电流产生热量的多少；
（2）利用图中所示的装置可得到结论 。
四、计算题
21．如图所示，电源两端电压保持不变，电阻R1阻值为20Ω，闭合开关S后，电流表A1的示数为0.5A，电流表A2的示数为0.2A。求：
（1）电源电压U是多少V？
（2）电阻R2的阻值是多少Ω？
（3）5min内电流通过R1产生的热量是多少J？
22．如图甲所示为一电陶炉，图乙是其内部简化电路。小明发现电陶炉内部是一条可拆卸的发热电阻丝，在原包装盒内还找到了一条一模一样的备用电热丝（可剪短），于是他想通过所学知识改装该电陶炉的加热挡位。可惜由于食物污渍，已无法由铭牌得知电热丝的具体信息。小明关闭其他用电器，将电陶炉单独接入220V的家庭电路，观察并记录家中电能表（如图丙所示）的指示灯闪烁情况：1分钟之内闪烁了10次，（不计热损失）求：
（1）该过程中电热丝产生的电热Q为多少焦耳；
（2）炉腔内电热丝的电阻R的大小；
（3）小明想借助备用电阻丝串联或并联在原炉体内部改装电陶炉的加热功率，使之与原功率成为不同挡位，且高低挡位功率之比为5∶2，请你分析图丁中方案①与方案②的哪个能实现上述目的。
23．如图所示，是某电饭锅的简化电路图，其中R1和R2为阻值一定的电热丝，通过控制开关S1，可使电饭锅处于加热或保温状态。已知，，电源电压保持220V不变。求：
（1）电饭锅保温时的电流I；
（2）电饭锅加热10min消耗的电能W。
24．图甲是低温碳纤维电热膜，它是在绝缘材料表面注入一根根导电墨线，导电墨线两端与金属导线相连。现裁取一段包含2根导电墨线（用R1、R2表示）的电热膜，接入电路进行研究，如图乙所示，每根良好导电墨线的电阻均为60Ω，电源电压恒为12V。若闭合开关，问：
(1)通过导电墨线R1的电流多大？
(2)导电墨线R2的部分导电材料脱落（如图丙），若电流表示数为0.3A，此时R2的阻值多大？
(3)10s内R1产生的热量多少？
25．如图甲所示是一种家用电熨斗的部分电路简图。两个发热电阻中，R0是定值电阻，R是可变电阻（调温开关），其电阻值均不受温度影响。电熨斗工作电压恒为220V。
（1）R的滑片移到最左端时，该电熨斗的功率为484W，求R0的阻值；
（2）该电熨斗工作的最小功率为121W，求R的最大阻值；
（3）假定电熨斗每秒钟散发的热量Q跟电熨斗表面温度与环境温度的温差Δt的关系如图乙所示。现在温度为20℃的房间使用该电熨斗来熨烫衣物，要求熨斗表面温度保持为220℃，应调整R的接入阻值为多少？
26．如图所示的电路中，电源电压不变，已知定值电阻R1=20Ω，R2=40Ω，开关闭合后，电流表A1的示数为0.6A。求：
（1）电源电压；
（2）电流表A的示数；
（3）1分钟电路产生的总热量。
五、综合题
27．如图甲所示是小波家新买的多功能电炖锅，它有三段温控功能：高温、中温和低温挡。图乙是它的简化电路图，下表是该电炖锅的部分参数。
项目 电源电压 低温挡功率 中温挡功率 高温挡功率 容量 加热效率
参数 220V 500W 1000W 2000W 4L 80%
（1）当单刀双掷开关S1拨到“2”位置，开关S2 （选填“闭合”或“断开”）时，电炖锅处于中温挡；
（2）电阻R2的阻值为多少 ？
（3）若某次用高温挡将一整锅骨汤从20℃加热至80℃，电炖锅消耗的电能是多少 ？[骨汤的比热容为4.0×103J/(kg ℃)，密度取1.0×103kg/m3]
（4）若家中某插排能通过的最大电流是5A，用该插排仅给电炖锅供电，请你通过综合考虑安全与时间的问题，应选择哪个挡位 ？
焦耳定律专项练习题参考答案
1．A
【详解】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的是物理学家焦耳，能量的单位是焦耳，电压的单位是伏特，电功率的单位是瓦特，电阻的单位是欧姆，所以人们用焦耳的名字命名单位的物理量为能量；故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
2．C
【详解】由题意可知，两者的电阻相同，因两电阻串联，所以通过的电流相等，根据Q=I2Rt可知，甲、乙两导体在相同时间内产生的热量相等，故ABD错误，C正确。
故选C。
3．C
【详解】A．抽油烟机主要把电能转化为机械能，不是利用电流的热效应工作的，故A不符合题意；
B．洗衣机主要是把电能转化为机械能，利用了电动机原理，不是利用电流的热效应工作的，故B不符合题意；
C．电饭锅是利用了电流的热效应，把电能转化为内能，从而给饭加热，故C符合题意；
D．电视机主要把电能转化为光能与声能，不是利用电流的热效应工作的，故D不符合题意。
故选C。
4．A
【详解】A．电饭锅工作时电能全部转化为内能，是利用电流的热效应工作的，故A符合题意；
B．电风扇工作时主要把电能转化为机械能，故B不符合题意；
C．笔记本电脑工作时，主要将电能转化为内能、光能、声能，故C不符合题意；
D．电冰箱工作时主要将把电能转化为机械能，故D不符合题意。
故选A。
5．C
【详解】A．微波炉的原理是通电导体周围产生磁场，产生微波，利用了电流的磁效应，故A不符合题意；
B．电视机主要是把电能转化为声能和光能，不是利用电流的热效应工作的，故B不符合题意；
C．电饭锅工作时主要把电能转化为内能，是利用电流热效应工作的，故C符合题意；
D．芯片散热片是利用散热片的物理特性（如导热性好、表面积大等）来有效地将热量从芯片上带走并散发到空气中，不是利用电流的热效应工作的，故D不符合题意。
故选C。
6．C
【详解】A．电路中电流最小时，滑动变阻器滑片在b端，此时电流
故A正确，不符合题意；
BC．当滑片移到滑动变阻器中点时，电路中电流
此时电源电压
同理，当滑片在b端时，电源电压
可解得
故B正确，不符合题意；C错误，符合题意；
D．当滑片在a端时，通过R0的电流最大，产生的热量最多，此时电流
100s内产生的热量
故D正确，不符合题意。
故选 C。
7．D
【详解】AD. 根据焦耳定律可知，加热器产生的热量等于加热器电流做的功
可知，甲乙加热器的实际功率相同，加热相同时间，所以加热器提供的热量相同，液体吸收热量相同，故A不符合题意，D符合题意；
B. 由图2可知，甲乙升高相同的温度，乙需要的时间更长，加热时间越长，液体吸收热量越多，所以乙吸收更多的热量，故B不符合题意；
C. 根据
可知，液体质量和升高的温度相同时，液体吸收热量越多，比热容越大，所以乙的比热容大于甲的比热容，所以乙杯液体是水，故C不符合题意。
故选D。
8．B
【详解】根据电阻的影响因素可知，导体的材料、长度相同时，导体的横截面积越小，电阻越大，所以AB段导体的电阻大。
A．因为AB和CD段串联，根据串联电流规律可知，电流相等，故A错误；
B．根据可知，其他条件相同时，电阻越大，产生的电热越多，越容易着火AB段电阻大，所以越容易着火，故B正确；
C．根据可知，电阻越大，电压越大，AB段的电压大，故C错误；
D．根据分析可知，两段导体AB段的电阻大，故D错误。
故选B。
9．D
【详解】由图甲可知，两电阻串联，电压表测滑动变阻器两端的电压，电流表测电路中的电流。
A．当滑动变阻器接入电路中的电阻为0时电路中的电流最大，当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时电路中的电流最小，由图象可知最大和最小电流分别为
I最小=0.1A，I最大=0.5A
由欧姆定律及串联电路的电压规律可得
U=I最小(R1+R2大)=0.1A×(R1+80Ω) ①
U=I最大R1=0.5A×R1②
解①②得
R1=20Ω，U=10V
故A错误；
B．R2的滑片向左滑动时，滑动变阻器接入电路中的电阻变小，因电压表测滑动变阻器两端的电压，电流表测电路中的电流，则电压表与电流表示数之比变小，即滑动变阻器阻值变小，故B错误；
C．滑动变阻器R2消耗的功率为
可知当
R2=R1=20Ω
时滑动变阻器R2消耗的功率最大，此时电路电流
故C错误；
D．电流为0.4A时，10s内电流通过R 1产生的热量
Q1=I12R1t= (0.4A)2×20Ω×10s=32J
故D正确。
故选D。
10． 欧姆 焦耳
【详解】[1]任何伟大的发现都离不开科学家们坚持不懈的探索，欧姆系统的研究电学理论后，站在前人的肩膀上，进行了大量的实验，探究出电流与电阻和电压之间的关系。
[2]年仅22岁的焦耳提出了举世闻名的焦耳定律，并在1年后被俄国物理学家楞次的大量实验结果进一步所证实。
11． 电阻 热 热传递
【详解】[1][2]由于芯片原件有电阻，电流通过导体时，导体发热是电能转化为内能，这种现象叫电流的热效应。
[3]散热部件与芯片紧密接触，热量通过热传递的方式传递给散热部件，从而起到降温作用。
12． 引力 排斥 电阻大小 导体材料
【详解】（1）[1]因为玻璃下表面和水接触，玻璃板与水分子之间存在作用力，当用力向上拉时，弹簧测力计要克服水分子间的作用力，所以拉力比玻璃板的重力要大，弹簧测力计示数在离开水面时比离开水面后大，该现象说明分子间存在引力。
（2）[2]如果验电器带电，验电器上的金属指针或金属箔片会因带上同种电荷而相互排斥，所以验电器的工作原理是同种电荷相互排斥。
（3）[3]闭合开关，因电流和通电时间相同，电阻不同，煤油升高的温度不同，且电阻越大，产生的热量越多，说明该实验的目的是探究电流产生的热量与电阻的大小的关系。
（4）[4]因为只有一根电阻丝，探究电阻与长度的关系时，可以改变电阻丝接入电路中的长度；探究电阻与横截面积的关系时，可以把电阻丝对折前、后分别接入电路；由于只有一根电阻丝，无法改变电阻丝的材料，所以该装置不能探究导体材料对电阻大小的影响。
13． 中间 热
【详解】[1][2]锡纸撕成中间窄两端宽，则中间部分电阻大，当电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热越多，故中间部分先燃烧起来，锡纸通电后燃烧是因为电流产生热，利用电流的热效应。
14． 热效应 93%
【详解】[1]电水壶是利用电流的热效应工作的，将电能转化为内能。
[2]电水壶正常工作5min，消耗的电能
W=Pt=1800W×5×60s=5.4×105J
由Q吸=cmΔt可得，水吸收的热量
Q吸=c水m水Δt＝c水m水(t-t0)=4.2×103J/(kg ℃) ×1.5kg×(100℃-20℃)=5.04×105J
此电水壶的热效率为
15．1800
【详解】当闭合开关S，断开开关S1时，电路为R1的简单电路，此时电源电压与R1两端电压相等为
当闭合S、S1时，电路为R1、R2并联，电流表测干路电流，增加R2支路电流，示数变化了0.2A，即增加0.2A，此时总电流为
该电路为纯电阻电路，产生的电热和消耗的电能相等，则通电10分钟产生的热量为
16． 较大 较大
【详解】[1]非国标电线比国家标准要求的合格电线都要细一些，用同种材料的非国标电线替代相同长度的合格电线时，长度、材料都相同，非国标电线的横截面积更小，则导线的电阻变大。
[2]根据Q=I2Rt可知，当有电流通过该导线时，在相同的通电时间内，电阻较大的非国标电线产生的电热会较大。
17． 低温 8 2160
【详解】[1][2][3]当开关S接3时，、串联；当开关S接2时，只有工作；当开关S接1时，没有电阻工作处于，处于关挡；根据串联电路的电阻特点可知，串联的总电阻大于任一分电阻，所以当开关S接3时，、串联，电路中的总电阻最大，根据可知，电功率最小，座椅垫处于低温挡；当开关S接2时，只有工作，电路中的总电阻最小，电功率最大，座椅垫处于高温挡；根据得电热丝两端的电压为
由串联电路电压的规律得电热丝两端的电压为
高温挡加热时座椅垫工作产生的热量为
18． 吸热能力 加热时间 越大
【详解】（1）[1]由图可见，两个烧瓶中的电阻丝串联的，两瓶中电阻丝电阻大小相等，吸收的热量相等。烧瓶中装着相同质量的水和煤油，则可以探究不同物质的吸热能力。
[2]该实验应用了转换法，水和煤油吸热的多少是通过加热时间来反映的。
（2）[3]将两根阻值不同的电阻丝接入电路，烧瓶中装初温和质量都相同的煤油，通电一段时间后观察到瓶中煤油温度较高，说明瓶中产生的热量较多。得出结论：在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。
19． 电流和通电时间 电流产生的热量 热
【详解】（1）[1]电流产生的热量跟电流大小、电阻大小、通电时间有关，此电路中，电阻丝R1与R2是串联的，根据串联电路特点可知，电阻丝R1与R2是串联的目的是控制通过两电阻的电流相同，通电时间相同。
（2）[2]电阻丝产生的热量无法直接观察，根据转换法，通过观察温度计升高的示数的变化来反映电流产生的热量。
（3）[3]导体中有电流时，导体产生热量，电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应。
20． 质量 转换 U形管液面高度差 在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多
【详解】[1]根据控制变量法可知，实验中需要控制两个容器的气体的质量相同。
（1）[2][3]实验中是通过观察“U”形管中液面的高度差来显示左右容器内空气温度的变化，像这种用能直接观测的量来显示不容易直接观测的量的方法叫转换法。
（2）[4]由图可知，该电路为串联电路，通电时间和电流是相同的，电阻不同，电阻越大的，液面高度差越大，即产生的热量越多，故结论为：在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多。
21．（1）6V；（2）30Ω；（3）540J
【详解】解：由图可知，闭合开关S后，R1、R2并联，电流表A1测量干路电流，电流表A2测量通过R2的电流；
（1）根据题意可知，干路电流I＝0.5A，通过R2的电流I2＝0.2A，根据并联电路的电流特点可知，通过R1的电流
由可知，R1两端的电压
根据并联电路的电压特点可知，电源电压
（2）由可知，R2的阻值
（3）5min内电流通过R1产生的热量
答：（1）电源电压U是6V；
（2）电阻R2的阻值是30Ω；
（3）5min内电流通过R1产生的热量是540J。
22．（1）；（2）；（3）方案②可行
【详解】解：（1）根据焦耳定律可知，电阻丝属于纯电阻电路，从电能表的参数和工作情况可知，600imp/kW·h闪烁10次，所以产生的电热为
（2）该电阻丝工作时的功率为
则电阻大小为
（3）方案②可行，理由如下：
方案①，备用电阻与R串联时，电路总电阻大，电功率小，为低温挡；高温挡功率
低温挡功率
由可得，低温挡的总电阻
备用电阻
所以方案①不能实现目的；方案②，备用电阻与R并联时，电路总电阻小，电功率大，为高温挡。低温挡功率
高温挡功
备用电阻的功率
由得，备用电阻
可以把备用电阻适当剪短，所以方案②能够实现目的。
答：（1）该过程中电热丝产生的电热Q为；
（2）炉腔内电热丝的电阻R的大小；
（3）方案②可行。
23．（1）1A；（2） 6.6×105J
【详解】解：（1）在并联电路中，两个电热丝同时工作时为加热档，只有一个电热丝工作时为保温档，如图，闭合开关S，断开开关S1时，电路中只有R2，为保温档，此时电路中的电流为
（2）如图当开关S和S1都闭合时，为加热档，此时电路中的总电流为
消耗的电能为
答：（1）电饭锅保温时的电流为1A；
（2）电饭锅加热10min消耗的电能为6.6×105J。
24．(1)0.2A
(2)120Ω
(3)24J
【详解】（1）由图乙可知，两根导电墨线并联，根据并联电路的电压特点可知，每根导电墨线两端的电压相等，且等于电源电压，通过导电墨线R1的电流
（2）由并联电路的电流规律知，电流表示数为0.3A，此时通过R2的电流
I2=I-I1=0.3A-0.2A=0.1A
此时R2的阻值
（3）10s内R1产生的热量
Q=I21R1t=(0.2A)2×60Ω×10s=24J
25．（1）100Ω；（2）300Ω；（3）10Ω
【详解】解：（1）由图甲可知，R的滑片移到最左端时，滑动变阻器接入电路的电阻为零，只有电阻R0接入电路，R0的阻值
（2）当滑动变阻器接入电路的阻值最大时，电熨斗功率最小，此时电阻R与R0串联，电路的总电阻
由串联电路的电阻特点可知，R的最大阻值
R大=R总﹣R0=400Ω﹣100Ω=300Ω
（3）由题意可知，电熨斗表面温度与环境温度的温差
Δt=220℃﹣20℃=200℃
由图乙可知，电熨斗每秒钟散发的热量Q=440J，电路的总电阻
则滑动变阻器接入电路的阻值
R′=R总'﹣R0=110Ω﹣100Ω=10Ω
答：（1）R0的阻值为100Ω；
（2）R的最大阻值为300Ω；
（3）应将R的阻值调为10Ω。
26．（1）12V；（2）0.9A；（3）648J
【详解】解：由电路图知道，R1与R2并联，电流表A测干路电流，电流表A1测R1支路的电流。
（1）并联电路各支路两端电压相等，都等于电源电压，由欧姆定律知道，电源电压
（2）并联电路干路电流等于各支路电流之和，根据欧姆定律知道，电流表A的示数
（3）1分钟电路产生的总热量
答：（1）电源电压为12V；
（2）电流表A的示数为0.9A；
（3）1分钟电路产生的总热量648J。
27． 断开 48.4Ω 1.2×106J 中温挡
【详解】解：（1）由图可知当开关S1拨到“2”，S2断开时，电路仅有电阻R2工作，由公式可知，此时为中温挡；当开关S1拨到“2”， S2闭合时，两个电阻并联工作，此时为高温挡；当开关S1拨到“1”， S2断开时，两个电阻串联工作，此时为低温挡。
（2）由电功率公式变形可得电阻R2的阻值
（3）由变形可得，一锅骨汤的质量
将一整锅骨汤从20℃加热至80℃吸收的热量
因为电炖锅的热效率为80%，所以电炖锅消耗的电能
（4）因排插能够通过的最大电流为5A，所以由电功率公式可得电路的最大功率
因为电功率越大，加热越快，所以从安全用电和加热快这两个角度综合考虑，应选择中温挡。
答：（1）开关S2闭合时，电炖锅处于中温挡；
（2）电阻R2的阻值为48.4Ω；
（3）电炖锅消耗的电能是1.2×106J；
（4）综合考虑安全与时间的问题，应选择中温挡。
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