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第十三章 电功率
13.2 焦耳定律
第一部分 系统复习 成绩基石
板块三 电与磁
例1（RJ 九 全 P121 素 材 ）
电炉是通过电流的________工作的。电炉丝通
过导线连接到电路中，电炉丝和导线通过的电流相
同，电炉丝热得发红，而导线却几乎不热，是因为
电炉丝的电阻远______（选填“大于”“小于”或“等
热效应
大于
大于
、
于”）导线的电阻，相同时间电炉丝产生的热量远______（选填“大于”“小于”或“等
于”）导线产生的热量,所以电炉丝热得发红,而导线却几乎不发热。可以通过比较如
图实验中的______（选填“”“”或“ ”）两个液柱高度解释说明这种情况。
例2 有三个用电器，一个是“220 V 60 W”的 电 风扇，一个是“220 V 40 W”的电
热毯，另一 个是“220 V 45 W”的 LED 节能灯，都正常工 作相同的时间，产生热
量最多的用电器是 ,若该用电器工作时的实际电压只有额 定电压
的80%,则它在100 s 内产生的热量为 J(不考虑温度对其电阻的影响)。
电热毯
2560
例3 以下示例属于利用电流热效应的是_________，属于防止电流热效应产生危害
的是_____。
A.养鸡场的电热孵化器
B.电脑里的微型风扇
C.电视机的后盖上有很多小孔
D.电熨斗 E.电炉子 F.电暖气片
G.电饭锅 H.白炽灯
I.电动机利用翼状散热片增大散热面积
实验 探究电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关
例.冬天用电暖器取暖时，小明发现：调高热挡， 暖器很快变烫；摸一下家里的电
线，同样有电 流通过，却几乎不发热。他还注意到，电暖器 里的电阻丝很细，而
连接的电线却较粗。这些 现象让他疑惑：电流通过导体产生的热量多 少，和哪些
因素有关 干是决定通过实验探究 这个问题。
1.实验器材：密闭容器2套、电阻丝、电源、开关、 导线若干，秒表。
2. 研究方法：转换法和控制变量法。
转换法：实验中通过观察 U 形管中的液面高 度差来反映电阻丝产生热量的多少。
3.进行实验
(1)探究导体产生的热量与导体电阻的关系：
①将装有空气的两个密闭容器中不同阻值的 电阻丝串联在电路中( 如 图 甲 所 示 ) ,
闭 合 开关；
②通电5分钟后断开开关，记录两 U 形 管 液 面的高度差△h 和 △h ;
③现象及结论：△h >△h , 说明在通过导体的电 流和通电时间相同时，导体的电阻
越大，产生的 热量 越 。
多
(2)探究导体产生的热量与电流的关系：
①右侧密闭容器中换上与左侧同样的电阻，并 给右侧电阻并联一个10 Ω的电阻(如图
乙所 示 ),闭合开关；
②通电8分钟后断开开关，记录两 U 形管液 面的高度差△h 和△h ;
③现象及结论：△h >△h , 说明在导体的电阻和 通电时间相同时，通过导体的电流越
大，产生的 热量 越 。
(3)探究导体产生的热量与通电时间的关系：
比较发现△h >△h , 导体电阻和通过导体的 电流相同时，通电时间越长，导体产生
的热量 越多。
多
1.[实验细节]图中形管______（选填“是”或“不是”）连通器，图乙中与 并联，
目的是使通过与 的______不同。
不是
电流
2.[故障分析]小明在利用图乙装置多次实验 时，发现某次实验时左、右两侧 U 形管
液面上 升高度相同，经检查，气密性良好。请你分析实验现象不同的原因：
____________。
电阻路
3.[元件选择]为了验证猜想，某同学选用了和 的电阻丝进行实验，如图所示，请
你用笔画线把电路连接完整。闭合开关，他发现较长时间后两个 形管的高度差均
不明显，电源电压为 ，原因是______________________________，请你提出改
进办法：____________________________________________________。
电路中电流太小或电源电压太低
将 的电阻丝换为阻值更小的电阻丝或增大电源电压
[答案]
4. [数据处理]小明用如图所示装置进行实验。
调节滑动变阻器，改变电流的大小，经过多次
实验发现：电阻丝阻值和通电时间一定时，电
流I 越大，通电导体产生的热量 Q 越多。小明
猜想：当电阻和通电时间一定时，Q 可能与 I 成
正比。随后在老师帮助下，实验小组测出了 多组 Q 与 I的数据。请提出一种判断
小明猜 想是否正确的方法：
。
将测得的 Q 与I 的数据描点画出 Q-I 图像，若Q-1 图像 为过原点的一条直线，则Q 与 I 成正比，否则不成正比
5.[装置改进]小红用图中装置探究“电流的热 效应跟电阻大小的关系”,电源电压为
3 V, 电 阻丝阻值R =10Ω,R =20Ω,两气球完全相 同，闭合开关后，密闭烧瓶
内的空气被加热， 气球先鼓起来。
乙
6.[生活实践]小明听电工说，连接照明灯一般用1.5平方的电线，连接大功率空调
要用4平方的电线，进户线则要用10平方的电线，若电线规格 选择不当，容易起
火，如图所示是三种电线的外形。据此他提出以下四个问题，其中最有探 究价值
且易于探究的科学问题是 ( )
A. 电流产生的热量与哪些因素有关
B. 电流产生的热量与电阻大小有什么关系
C. 电流产生的热量与电流大小和电阻大小有 什么关系
D. 电流产生的热量与电流大小、电阻大小和 通电时间有什么关系
C
7. [图像分析]小红使用图(a)、(b) 所示装置“探究影响电流热效应的因素”。经过多
次实 验测量，收集数据，绘制了温度计升高的温度t 与电流I 的关系图像，根据焦
耳定律可知，图 (c) 中能正确反映t-I 关系的是 。
A
命题点一 焦耳定律的理解及计算
1.（2020河北17题6分）小明家不远处有个临 时工地在施工，临时用导线将电水壶
和电水龙 头(打开几秒钟就能流出热水)接入家中电能 表[3000 r/(kW ·h)], 如图所示。
电水壶的规格为“220 V 1210 W”,电水龙头的规格为 “220V 2420 W”,当电路
中单独使用电水壶 烧水时，表盘转动110 r, 用时120 s 。在电路 中单独使用电水龙
头洗漱时，用了180 s 。导 线、电水壶和电水龙头的电阻不随温度变 化。求：
（1）电水壶和电水龙头的电阻；
解：电水壶的规格为“220V 1210W”,电水龙头的规 格为“220 V 2420 W”,根
据公式P=可知，电水壶的电阻为 R壶==40Ω
电水龙头的电阻为R水龙头 =20Ω
（2）导线的电阻；
解：当电路中单独使用电水壶烧水时，消耗的电能为W=
此时电路的总功率为P实=
此时电水壶和导线的总电阻为R总==44Ω
由于导线与电水壶串联接入电路中，则导线的电阻为R 线 =R 总-R=44Ω-40Ω=4Ω
（3）在洗漱时，导线上产生的热量。
解：电水龙头和导线的总电阻为 R'总=R 水龙头+R 线=20Ω +4Ω=24Ω
此时导线和水龙头的功率P'总==W
根据公式P=P R 可知，I2=
则导线上产生的热量为Q=I2R线t'=60500 J
2.（2024河北21题改编1分）两个相同的透明容器中密封着等量的空气，使两容
器中的电阻 丝串联起来接到电源两端，通电一段时间后， 右侧 U 形管中液面
的高度变化较大。实验表明：在电流和通电时间相同的情况下，
。
命题点二 探究电流产生的热量与什么因素有关
电阻越大，所
产生的热量越多
3.（2018河北16题8分）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”，相同烧瓶内装满了煤油。
（1）烧瓶中装入的煤油是________（选填“导体”或“绝缘体”）。
绝缘体
（2）请根据实物电路，在图2虚线框内画出对应的电路图。
[答案]
（3）为达到实验目的，选用的两电阻丝与的阻值应______，通过 的电流
______通过 的电流。
（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___________
__________________________________________________。
相等
小于
在电阻和通电时间相等时，通过导体的电流越大，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 与
电流的关系图像，根据焦耳定律可知，图4中能正确反映 关系的是___。
A
【拓展】 用可以计算电流通过任何用电器产生的热量，能用 计算
电流通过任何用电器产生的热量吗？请用实例说明原因。______________________
________________________________________________________________________
_______。
不能。含有电动机的电路，电流做的功大部分转化为机械能，有一小部分转化为内能，即发热了，故
【能力层 焦耳定律的理解与应用】
1. (2025北京)下列用电器中，利用电流热效应工作的是 ( )
A. 电热水壶 B. 吸尘器 C. 电冰箱 D. 电视机
A
2.(2025苏州)如图甲，两个相同的容器中分别装有液体 a、b,液体a 的质量大于b 的质量。 用两个电热丝分别对液体a、b 加热，电热丝 的阻值大于的阻值，工作电压相同，且电热丝产生的热量均被液体吸收，液体a、b 温度随时间的变化关系如图乙。下列说法正确的是 ( )
A. a、b为同种物质
B.a 的比热容小于b 的比热容
C.相同时间内 a、b吸收的热量相等
D. 的电功率大于R 的电功率
B
解析：由图可知，闭合开关S 后，电路为 和 并联电路，电流表测的电流，则通电10 s, 产生的热量为
Q1=I{t=(0.2A) ×10 Ω×10s= 4 J,根据并联电路的特点可知，整个电路产生的热量等于各支路电阻产生的热量之和，则电阻 产生的热量为Q2=Q-Q1=6J-4J=2J。
3.(2025泸州)“天工”社团的同学们用宽度不 同、厚度均匀的铝片自制了一个电热切割器， 用来切割塑料泡沫，如图所示。下列分析正确的是 ( )
A. 通过EF、FG和GH三段铝片的电流相等
B. 加在EF、FG和GH 三段铝片两端的电压相等
C.EF 、FG和 GH三段铝片的电阻相等
D.用 GH 段铝片去切割塑料泡沫，效果最好
A
4.图甲为测量杯中液体比热容的装置，图乙为液体温度与加热时间的关系图。已知液体质 量为0.5 kg, 初温为20℃,电加热器的功率 为800 W, 不计一切热量损失。下列说法正确的是 ( )
A.液体的沸点是100℃
B. 液体的比热容是2.4×10 J/(kg·℃)
C. 液体持续加热120s 后温度会继续升高
D.液体加热至某时刻，温度计示数如图丙， 此时温度是38℃
B
5.(2025福建)将包装口香糖的锡箔纸剪成如图形状，其他条件相同时，C 处的横截面积小，电阻 。A、B 两端分别与电池正负极接触，观察到 C 处起火，该现象利用了电流的 效应。
热
大
6.(2025 黑龙江)如图是探究电流通过导体时产生的热量跟电阻大小的关系的实验装置，实验中通过观察 来比较电阻产生的热量。若通过电阻的电流是0.2 A, 则阻值为5Ω的电阻在1 min 内产生的热量为 J。
U形管中液面高度差
12
7.(2025广东)如图所示实验，实验前已调好器材，实验过程中通过电阻 、 的电流 (选填“相等”或“不相等”);观察U形管内液面高度差可知 ( 选 填“” 或 “”) 产生的热量较多；要使液面高度差变化更快，可将滑动变阻器的滑片P 向 滑动。
相等
右
8.(2025安徽)图示电路中，电源电压保持不变 ， 、 均为定值电阻，其中 =10Ω 。 闭合开关S,电流表的示数为0.20 A,通电10 s 整个电路共产生6 J 的热量，则电阻 产 生的热量为 J。
2
9.如图所示，电源电压保持不变，=10 Ω,闭合开关 S, 开关拨至b 时电压表示数是拨至a 时的三分之一，则= Ω;若电源电压为3 V, 当开关拨至b 时 ，在10 min 内产生的热量是 J。
60
20
10.如图所示，人们日常生活和工作中经常使用的一种插线板。现在市场上有一些劣质插线板，经质检部门检查发现，部分劣质插线板电源线芯线比合格产品细。请根据焦耳定律解释使用这种插线板将会存在什么隐患
材料相同、长度相同的导线，电源线芯线越细，横截面积越小，其电阻越大，根据焦耳定律 Q=I Rt 可知，当电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多，所以容易引起火灾
11. (2025南通)如图为某家用电热器的简化电路图， 、是电热丝，R =110 Ω,虚线框内是温控开关，能在低温挡和高温挡间自动切换。 当触点“1”与“2”接通时，处于低温挡；当触点 “1”与“2”“3”同时接通时，处于高温挡。高温挡功率是低温挡功率的3倍。求：
( 1 )低温挡时，中通过的电流及10s 内放出的热量；
解：(1)当触点“1”与“2”接通时，电路为 的简单电路，
处于低温挡。
根据欧姆定律可得 中通过的电流
10s 内 放出的热量Q1=I122×110Ω×10s = 4400J

( 2 )高温挡时，电阻的功率。
解：低温挡功率P低 = = = 440W
高温挡功率P 高 = 3P 低 = 3×440W=1320W
当触点“1”与“2”“3”同时接通时，与 并 联，处于高温挡。
的功率P =P低 = 440 W
的功率P = P 高 P =1320W440W = 880W
12. (2025威海)采摘机器人在智慧农业中广泛 使用，兴趣小组设计的某采摘机器人部分工作原理如图所示，可以“前进”“后退”“照 明”;开关S1、S2用绝缘柄相连，可同时连接 触点“1”或“2”,电动机均正常工作。部分元件参数：电动机(24 V 96 W),灯 泡 L(18 V 5.4 W),滑动变阻器R(50 Ω 1 A),电流表( 0～0.6 A)。
( 1 )通过控制开关 S1、S2, 可实现前进、后退，
原因是什么
解：由图可知开关S1、S2同时接1,电动机中电流方向为从右到左；开关S1、S2同时接2,电动机中电流方向为从左到右；所以通过控制开S1、S2, 改变通过电动机中电流的方向可实现前进、后退。
( 2 )电动机(线圈电阻为2Ω)正常工作5 min 消耗的电能和产生的热量分别为多少
解：电动机正常工作5min 消耗的电能 W = Pt=96W×5×60s=2.88×104J
电动机正常工作的电流 = = 4A
电动机产生的热量 Q= I Rt =(4 A) ×2Ω×5×60s=9600 J
( 3 )闭合开关S3 ,调节灯泡亮度时，为保证各元件安全，R 连入电路的最小阻值为多少 (灯丝电阻随温度变化忽略不计)
解：灯泡正常工作的电流 = 0.3 A
则电路中最大电流为0.3 A,由题意可知电动机正常工作，则电源电压为 24 V,
此时R 连入电路的最小阻值R小 = = = 20
13.(2025南充)电动机已广泛应用于我们的生 产和生活中，它实现了电能向其他形式能的转化，如：电风扇消耗的电能转化为内能 和机械能。下表是某品牌电风扇的铭牌参数，若此电风扇正常工作1h, 求 ：
( 1 ) 电风扇消耗的电能；
( 2 ) 电风扇的额定电流；
( 3 )电风扇线圈中电流产生的热量(已知该品牌电风扇线圈电阻为32 Ω)。
解：电风扇正常工作 1h 消耗的电能 W= Pt = 0.055kW×1h =0.055 kW·h
解：电风扇的额定电流 = =0.25 A
解：时间 t=1h=3600s
根据焦耳定律可得电风扇线圈中电流产生的热 量
Q= I Rt =(0.25 A) ×32Ω×3600s=7200 J

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