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第4节 焦耳定律
【题型导航】
【重难题型讲解】 1
题型1 实验探究电流通过导体产生的电热与哪些因素有关 1
题型2 焦耳定律 5
题型3 档位问题与焦耳定律的应用 8
题型4 电热的利用与防止 12
【能力培优练】 13
【链接中考】 21
【重难题型讲解】
题型1 实验探究电流通过导体产生的电热与哪些因素有关
1、电流的热效应：由于导体有电阻，所以当有电流通过导体时，导体总会发热，将电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应。
2、探究电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关
提出问题 电炉丝接入电路时，电炉丝和导线通过的电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？换句话说，电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关？
猜想与假设 根据生活经验可以猜想电流通过导体时产生的热量多少可能跟导体的电阻大小、通过导体的电流大小以及通电时间有关。
设计并进行实验 （1）如图甲所示，两个透明容器中密封着等量的空气，U型管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化（转换法：产生的热量多少，通过U型管液面高度的变化反映出来）。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边密闭容器中电阻丝较大。将两容器的电阻丝串联起来接到电源两端，通电一段时间后，发现右边U型管中的液面高度变化大于左边的。 （2）如图乙所示，两个密闭容器中电阻丝的电阻一样大，在右边容器的外部，将另一个相同的电阻丝和容器内的电阻丝并联，然后与左边容器内的电阻丝串联接入电路，在通电时间相同的情况下，我们发现左边的U型管中的液面高度变化大于右边的。
分析论证 （1）如图甲，两容器中电阻丝阻值不同，通过它们的电流相同，通电时间相同（控制不变的量：电流、通电时间；变化量：电阻），右边的U型管中的液面高度变化大于左边的，说明右边容器中电阻丝的热量多。这表明：在电流相同、通电时间相同情况下，电阻越大，电阻产生的热量越多。 （2）如图乙，两容器中的电阻丝阻值相同，根据串并联电路电流的规律可知，通过左边容器的电阻丝电流大于通过右边容器中电阻丝的电流，通电时间相同（控制不变的量：阻值、通电时间；变化量：电流），左边U型管中的液面高度变化大于右边的，说明左侧容器中的电阻丝产生的热量多。 （3）由常识可知，在电阻、电流相同的情况下，通电时间越长，电流通过导体产生的热量越多。
实验结论 电流通过导体产生的热量跟导体的电阻、通过导体的电流和通电时间有关，导体电阻越大、通过导体的电流越大、通电时间越长，产生的热量就越多。
★特别提醒 1、U形管内液面高度差越大，产生的热量越多。
2、使用中，无论条件如何，U形管内液面高度都相同，可能是：装置气密性不好，重新安装，检查气密性是否良好。
3、实验中加热空气相比加热液体的好处：（1）空气膨胀体积变大，实验效果明显；（2）加热空气，耗电量少，实验时间短。
【探究归纳】电流的热效应指电流通过导体时电能转化为内能的现象，探究其产生的电热与电流、电阻和通电时间的关系时，常用控制变量法，如用串联电路控制电流相同研究电阻影响，通过焦耳定律 Q=I Rt 定量计算，是电热器工作的理论基础。
【典例1-1】如图是“探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”的实验装置，两个透明容器中分别接入了电阻丝和，且密封着等量的空气。将导线a和b接入电路进行实验，下列说法错误的是（ ）
A．该装置是用来研究电流通过导体时产生热量跟电流大小关系的
B．该实验利用了U形管内液体的热胀冷缩判断导体发热多少
C．两容器中的电阻和的阻值应相等
D．通电一段时间后，左边U形管液面的高度差较大
【典例1-2】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、 相同的空气。用甲装置可探究电流产生的热量与 的关系；在乙装置中，为了使实验现象更明显，可以将R3的阻值换成更 （选填“大”或“小”）的。
【典例1-3】在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验装置中，甲、乙、丙三个透明容器中密封着初温、质量相同的空气。实验小组的同学猜想：电流通过导体产生的热量可能与通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关，他们利用如图所示的器材进行了探究实验。
(1)实验中通过观察 来比较电流通过电阻丝产生热量的多少；
(2)选用 组合，并将它们 联接到电源两端进行实验，可以探究电热与电阻的关系，通电一段时间后， （选填“左”或“右”）侧容器产生的热量更多；
(3)选用乙、丙组合，串联接到电源两端进行实验，可以探究电热与 的关系，其中电阻的作用是 ，乙、丙两容器中的电阻丝在相等的时间内产生的热量之比为 ；
(4)选用乙、丙组合，串联接到电源两端进行实验，发现乙装置U形管中液面无高度差，丙装置U形管中液面有高度差，产生此现象的原因可能是乙装置 ．
跟踪训练1 为探究“电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关”，小姚设计了如图所示的实验电路。甲、乙、丙三个烧瓶中分别装有电阻丝R甲、R乙和R丙（R甲=R丙＜R乙）和规格相同的温度计。他闭合开关S，用电阻丝给烧瓶中的煤油（煤油质量相同）加热，观察并记录烧瓶中温度计示数的变化情况。小姚对他的实验进行了如下分析，其中不正确的是（　　）
A．烧瓶中温度计示数的变化情况可以反映电阻丝放热的多少
B．比较烧瓶甲和烧瓶丙中温度计示数变化的情况，可得电热的多少与电流大小有关
C．比较烧瓶甲和烧瓶乙中温度计示数变化的情况，可得电热的多少与电阻大小有关
D．若摘掉烧瓶甲、乙所在支路，可以研究电热的多少与电流大小的关系
跟踪训练2 如图所示的装置是探究电流产生热量与电流的关系，要完成该实验R1 （选填“>”“<”或“=”）R2，接入R3的目的是 。
跟踪训练3 在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”时，小明和小华同时进行了实验，小明设计的实验电路如图甲所示，两个完全相同的玻璃瓶甲、乙内，瓶中插入温度计a、b。
(1)为了让实验效果更显著，小明应在图1的甲、乙两瓶中加入质量、初温均相同的 （选填“煤油”或“水”）；
(2)实验中，通过观察温度计的示数变化大小来比较电流通过电阻产生热量的多少，下列实验应用了该研究方法的是 　 　（选填序号）；
A．探究电流与电压、电阻的关系
B．探究导体电阻的大小与哪些因素有关
C．“伏安法”测电阻
(3)爱思考的小明，还利用该实验装置比较不同物质的吸热能力，在图1甲、乙两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体 。闭合开关，一段时间后，若温度计a比温度计b温度升高得快，则甲、乙两瓶内液体比热容的关系，c甲 c乙。（均选填“>”、“<”或“=”）
(4)另一小组的小华同学用如图2探究电流通过导体产生的热量与电流关系的实验，实验中给装置通电， （选填“左边”或“右边”）U形管内的液面高度变化较快。如果通过左侧容器中电阻丝的电流是2A，则右侧容器中电阻丝在1min内产生的热量是 J。
题型2 焦耳定律
1、焦耳定律
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，跟它的时间成正比
计算公式 Q=I2Rt（普遍适用）。 公式中，Q—表示热量，单位是J；I—表示电流，单位是A；R—表示电阻，单位Ω；t—表示它的时间，单位s
焦耳定律公式的理论推导 焦耳定律可通过理论推导得出。假设当电流通过导体时，电能全部转化为内能，则有电流产生的热量（Q）=电流做的功（W），结合欧姆定律可得：Q=W=UIt=IR·It=I2Rt。 可见，当消耗的电能全部用来产生热量时，根据电功公式和欧姆定律推导出来的电流发热规律与焦耳定律实验得出的焦耳定律是一致的
焦耳定律应用问题 （1）焦耳定律Q=I2Rt是由实验总结出来的，只要有电流通过导体，就可以用它来计算导体所产生的热量； （2）公式中各物理量都是对同一导体或同一段电路而言的； （3）运用公式时，各物理量要转换成国际单位中的单位后再代入公式进行计算。
串并联电路中焦耳定律 （1）在串联电路中，根据Q=I2Rt可知，电热与电阻成正比，即； （2）在并联电路中，根据可知，电热与电阻成反比，即
★特别提醒 公式Q=I2Rt是电流产生热效应的公式，与W=UIt不能通用；W=UIt是电流做功的计算公式，如果电流做功时，只有热效应，则两公式是等效的；如果电流做功时，同时有其他能量转化，像电动机工作时，电能既转化为热能，也转化为动能，则Q=I2Rt只是转化为电热的部分，W=UIt则是总的电功，只有对纯电阻电路才有W=Q，对非纯电阻电路Q＜W。
【探究归纳】焦耳定律指出电流通过导体产生的热量与电流的二次方、导体电阻及通电时间成正比，公式为 Q=I Rt，适用于任何电路的电热计算，在纯电阻电路中与电功公式 W=UIt等效，是解释电流热效应、设计电热器（如电热水器）及分析电路发热问题的核心规律。
【典例2-1】如图所示，长度相同、横截面积不同的镍铬金属棒AB和BC连接在一起，如果在AC两端加上一定的电压U，通过AB、BC的电流分别为I1、I2；电流通过镍铬合金棒AB、BC产生的电热分别为Q1、Q2，则（　　）
A．I1>I2 B．I1Q2 D．Q1【典例2-2】如图所示为电阻和的图像，将两电阻串联接入电路，通电后，两端电压与两端电压之比为 ；将两电阻并联接入电路，通电1分钟，电流通过产生的热量与电流通过产生的热量之比为
【典例2-3】如图，电源电压恒定U=9V，R1、R2是定值电阻，R1=10Ω，滑动变阻器R3标有“20Ω0.5A”字样，闭合开关S1、S2、S3，电流表的示数为1.5A。求：
(1)只闭合开关S1，电流表的示数；
(2)开关S1、S2、S3都闭合时，R2在10s内产生的热量；
(3)只闭合开关S3，移动变阻器滑片，R1的最大功率。
跟踪训练1 通过甲、乙两段导体的电流之比为1：2，甲的电阻是乙的5倍，通电相同时间，则甲、乙两段导体产生的热量之比是（　　）
A．2∶5 B．5∶4 C．16∶5 D．5∶1
跟踪训练2 在学习了焦耳定律后，李明同学对电流做功和产生热量有了进一步的理解，如图甲，电源电压恒定不变，，开关S闭合，电压表的示数为6V，电流表的示数如图乙，则的电阻为 Ω；通电1min，电流通过做功为 J；通电1min，产生的热量为 J。
跟踪训练3 如图所示的电路中，电源电压为9V保持不变，滑动变阻器标有“20Ω，0.5A”字样；只闭合开关S1时，电流表示数为0.9A；三个开关都闭合时，电流表示数为1.5A。请计算：
（1）定值电阻R1和R2的阻值；
（2）三个开关都闭合时，定值电阻R2在10s内产生的热量Q；
（3）只闭合开关S3时，为了保护电路安全，电路消耗的功率变化范围。
题型3 档位问题与焦耳定律的应用
1、焦耳定律在实际中的应用
（1）纯电阻电路：纯电阻电路就是除电源外，只有电阻元件的电路，或有电感和电容元件，但它们对电路的影响可忽略．电压与电流同频且同相位．电阻将从电源获得的能量全部转变成内能，这种电路就叫做纯电阻电路．　基本上，只要电能除了转化为热能以外没有其他能的转化，此电路为纯电阻电路。
（2）焦耳定律的推导公式：，Q=UIt，适用范围，纯电阻电路。
2、电热器的“双挡”问题
（1）“双挡”中的电阻：电热器通常设计有“高温挡”和“低温挡”。根据可知，当U一定时，电阻越大，电功率越小；电阻越小，电功率越大，所以高温挡总电阻最小，低温挡总电阻最大。
（2）“双挡”的控制开关
a短路式：两个电阻串联，把开关与其中一个电阻并联，如下图所示。
当闭合开关时，有一个电阻短路，只有一个电阻工作，此时为高温挡；当断开开关时，两电阻串联，电阻大一些，电热器的功率小一些，此时为低温挡；
b单刀双掷式：主要工作电阻放在干路上，一条支路用导线，一条支路连接在附加电阻上，如下图所示。
当开关掷向附加电阻的支路时，两电阻串联，为低温挡；当开关掷向导线支路时，只有主要工作电阻工作，此时为高温挡。
★特别提醒 电流通过电动机做功消耗的电能，一部分转化为机械能，另一部分是转化为内能，也就是W≠Q．那么，用来计算电功的公式W=UIt不能用来计算电热，电热智能用焦耳定律Q=I2Rt来计算。
3、电热与电功的关系
应用公式 电功 电功率 焦耳定律 适用范围
基本公式 W=UIt P=UI Q=I2Rt 普遍适用
导出公式 =I2Rt =I2R =UIt 纯电阻电路W=Q
【探究归纳】档位问题中，焦耳定律（Q=I Rt）用于分析电热类电器不同档位的发热功率，通过切换电路电阻（如串联或并联电阻）改变电流，进而调节产热；高档位对应低电阻、大电流，单位时间产热多，反之亦然，是家电功率调节与能效计算的关键应用。
【典例3-1】如图所示为某款电热水龙头电路图，a、b、c、d为四个固定触点，绕O点转动的扇形金属触片P同时接触两个触点。触片P置于不同位置时，有不同出水状态。则（　　）

A．调节触片位置，只有2种出水状态
B．触片P接触a、b两触点时，水龙头无法出水
C．触片P接触b、c两触点时，出水温度最高
D．调节触片位置，能有冷水、温水和热水三种出水状态
【典例3-2】某电饭锅设有“加热”和“保温”两挡，其内部简化电路如图所示，当开关S置于“1”挡时，电饭锅处于 （选填“加热”或“保温”）状态；若电饭锅保温与加热时总功率之比为1︰20，则电阻R0和R1的比值为 。
【典例3-3】如图所示的是某款两挡电热器的简化电路，R1、R2为阻值固定的电热丝，R1=550Ω，该电热器接入电压为220V的电路中，高温挡时的电功率为1188W。求：
(1)低温挡时电路中的电流是多少？
(2)电阻R2的阻值是多少？
跟踪训练1 小明设计了一个电吹风，其电路图如图所示，a、b、c、d为四个固定触点，转动扇形金属触片P的位置可同时接触两个触点，使电吹风可处于关机、吹热风和吹冷风三种工作状态（　　）
A．触片P同时接触b、c，电吹风吹热风
B．触片P同时接触a、b，电吹风吹热风
C．触片P同时接触c、d，电吹风吹冷风
D．触片P同时接触a、b，电吹风吹冷风
跟踪训练2 如图所示是一款有“低温挡”和“高温挡”的挂烫机的工作电路图，正常工作电压为220V，加热电阻 R1=R2=88Ω，只闭合开关S1时， 推烫机处于 挡。 当开关S1、 S2都闭合时，挂烫机正常工作1min消耗的电能为 kW·h。
跟踪训练3 现在开始流行一种发热围巾，其电路简化原理图如图所示，开关可以同时与a、b相连，或只与c相连，使其有高温和低温两挡。已知电源电压为5V，，R为两个相同的发热电阻且，两个指示灯的电阻可以忽略不计，正常工作时高温挡与低温挡电功率之比为。计算：
(1)R的阻值；
(2)低温挡的功率；
(3)电路工作的最大电流；
题型4 电热的利用与防止
1、电热的利用：电热器是利用电流的热效应来工作的设备。电热器的主要工作部分是发热体，发热体是由电阻大、熔点高的金属导体制作的。电热器是将电能转化为内能来工作的。其优点是清洁、无污染、热效率高，且便于控制和调节电流。
2、电热的防止：在很多情况下，我们并不希望用电器的温度过高。像电视机、计算机、电动机等用电器在工作时，将电能转化其他形式能的过程中，总有一部分电能转化为内能，过多的电热如果不能及时散发，会产生安全隐患。因此，许多用电器采用散热孔、散热片或在发热体安装风扇等方式进行散热，如图所示。
★特别提醒 （1）电流有三大效应：热效应、磁效应、化学效应。 （2）任何用电器，只要有电阻存在，电流通过时就会有热效应；电流流过超导体不会有热效应。
【归纳总结】电热利用是借助电流热效应设计电热器（如电暖器、电饭煲），将电能转化为内能满足生活需求；防止则是针对电器发热可能引发的安全隐患（如元件老化、火灾），通过散热设计（散热片、风扇）、温控装置及选用耐高温材料等措施，减少电热危害，保障设备安全运行。
【典例4-1】如图所示，主要是利用电流热效应工作的是（ ）
A．电热水壶 B．电风扇
C．电视机 D．笔记本电脑
【典例4-2】电光源的发明，照亮了人类生活的每一个角落。图甲所示的白炽灯是利用电流的 （选填“热效应”“磁效应”或“化学效应”）使灯丝达到白炽状态而发光的，发光效率仅8%，现在用来照明的白炽灯已被节能、环保的LED灯所替代，LED灯主要是用 （选填“纳米”“超导”或“半导体”）材料制成的，这种灯与控制它的开关是 联的。
跟踪训练1 下列情况，属于防止电热产生危害的是（　　）
A．电脑机箱里装有小风扇
B．阴雨天家电通电除潮
C．用电熨斗熨衣服
D．冬天用电取暖器取暖
跟踪训练2 由于导体存在电阻，电流通过导线时会因电流的 效应而造成大量的能量损耗，1911年荷兰科学家发现某些导体在极低温度下 会突然消失，这种现象称为超导现象，利用这类材料输电，可最大限度地减少 的损耗。
【能力培优练】
1．如图所示是“探究电流通过导体时产生热量的多少与什么因素有关”的实验装置，电阻丝R2与电阻丝R3并联。通电前，A、B两个U形管中的液面相平，通电一段时间后，通过电阻丝R1、电阻丝R2的电流分别为I1、I2，则（　　）
A．I1＞I2，A管中的液面高度差较小
B．I1＞I2，A管中的液面高度差较大
C．I1＝I2，电阻丝R1比电阻丝R2产生的热量多
D．I1＝I2，电阻丝R1和电阻丝R2的电功率相等
2．用“电池+口香糖锡纸”能应急取火：将包裹口香糖的锡纸撕成一条中间窄、两头宽的纸带如图甲，将其涂有锡的一面与一节电池的正、负极相连，如图乙锡纸很快就冒烟燃烧起来。下列说法错误的是（　　）
A．通过锡纸较窄处的电流等于较宽处的电流
B．锡纸中电荷定向移动的方向是从电源负极流向电源正极
C．取火时电源短路，热量产生过多容易烫伤皮肤
D．靠近电池两极处的锡纸先燃烧起来
3．为延长食物保质期，可对食物进行真空包装。真空包装机（如图甲）先抽出塑料袋内的气体，再利用电热丝加热塑料袋口对袋子进行密封。图乙是模拟该真空包装机功能的简易电路图。下列说法中正确的是（　　）
A．该电路中，要使抽气机工作，需闭合开关S1和S2
B．真空包装机加热塑料袋口对袋子密封时，利用电流的磁效应产生大量热量
C．密封时温度过低导致塑料无法熔化，则应将滑动变阻器的滑片向左移动
D．闭合全部开关，将滑动变阻器的滑片向右移动，抽气机的功率会不变
4．如图所示的电路中，电源电压恒定，。开关S闭合后，通过R1、R2的电流分别为I1、I2；R1、R2消耗的电功率分别为P1、P2；电流通过R1、R2做的功分别为W1、W2；R1、R2产生的热量分别为Q1、Q2。则下列说法正确的是（　　）
A． B． C． D．
5．用如图甲所示的装置“探究影响电流热效应的因素”，电阻丝和分别密封在两个完全相同的玻璃瓶中，且，其等效电路图如图乙所示，电源电压。下列说法不正确的是（　　）
A．实验中，通过液柱上升的情况来反映电流通过电阻丝产生热量的多少
B．该装置用来探究电流热效应与电阻的关系
C．闭合开关后，电阻丝对应的玻璃管中液柱上升较快
D．该实验采用了控制变量法和转换法
6．如图甲是小灯泡和电阻的图像，小灯泡标有“，”字样。将小灯泡和电阻接入图乙所示的电路中，只闭合开关时，小灯泡的实际功率为，下列说法正确的是（　　）
A．只闭合开关时，小灯泡的电阻为
B．同时闭合、，在内电阻产生的热量为
C．同时闭合、，电路总功率为
D．若将小灯泡和电阻串联接在的电源两端，小灯泡正常发光
7．如图所示的几个物理电学实验，下列说法错误的是（ ）
A．甲图用点燃的酒精灯对正在发光的白炽灯的钨丝加热，小灯泡L的亮度会变暗
B．乙图将电位器AB两接线柱接入电路中，滑片逆时针旋转时，电路电流变小
C．丙图是一种自动测定油箱内油面高度的装置，当油量减少时，油量表的示数变小
D．丁图瓶中装有质量、初温相等的煤油，电阻，闭合开关后R1瓶中温度计示数大
8．如图甲所示，规格相同的烧杯中装了相同质量、相同初温的水，将阻值不同的两根电阻丝R1和R2与电源、开关连接成闭合电路，经过实验得到图乙所示的水温与加热时间的图线。若忽略水的蒸发和热量散失，则下列选项正确的是（　　）
A． B．
C．加热相同时间，两杯水吸收的热量相同 D．升高相同的温度，两杯水吸收的热量不同
9．如图甲所示是某同学家安装的一款智能电动晒衣架，它既有晒衣杆升降和照明功能，又有风干和烘干的功能，其简化电路如图乙所示。可以控制驱动电机正转和反转，让晒衣杆上升和下降。是照明灯的开关，闭合后3h自动关闭。开关S可置于“2和3”或“3和4”接线柱，实现风干和烘干功能，烘干功能关闭后风机延迟30s散热后关闭。、是两根阻值相同的电热丝，如表所示是晒衣架的部分参数。
额定电压 220V
照明功率 14W
升降功率 50W
风干功率 20W
烘干功率 520W
关于以下结论：
①升降功能的驱动电机工作10s，电流在电动机上产生的热量为500J
②电热丝的阻值为
③风干时通过开关S的电流约为
④仅使用烘干功能，烘干20分钟，电路消耗的电能最大为
其中正确的是（　　）
A．①② B．②③ C．②④ D．③④
10．用电压恒为3V的电源给一小电动机供电使其转动，已知小电动机线圈电阻为，内小电动机消耗电能为36J，则通过电动机的电流是 A，内电动机线圈放出的热量为 J，内输出的机械能为 J。
11．如图所示，电源电压恒定，为定值电阻，其中。闭合开关S后，电流表的示数为，电流表的示数为，通电，电阻上产生的热量为 J。
12．如图所示，电源电压，电阻，闭合开关S，电压表示数为，则 ，通电整个电路产生的热量为 J。
13．如图所示是一款电暖手宝，通电后其内部加热棒可以对液体进行加热，这是利用了电流具有 效应。电暖手宝里面液体的主要成分是水，这是利用了水的 较大的特性。若该暖手宝装有0.5kg的水，加热时水温由20℃升高至50℃，则此过程中水吸收的热量为 J。（c水＝4.2×103J/（kg ℃））
14．如图所示，电源电压恒为12V，闭合开关S，当滑动变阻器的阻值为10Ω时，电压表的示数为10V，此时电动机正常工作，滑动变阻器消耗的功率为 W；若电动机内部线圈的电阻为2Ω，则通电5min电流通过电动机内部线圈产生的热量是 J。
15．如图所示，电源电压3V，R1=R2=10Ω，先闭合开关S1，再闭合开关S2，电流表示数将 （选填“变大”或“变小”）；当S1闭合，S2断开时，通电10s，电流通过R1产生的热量是 J。
16．小嘉在电学学习中，对电学的神奇和电能对人类生产生活产生的巨大影响深感敬畏，他通过下列实验对电学知识进行了进一步的探究。
实验一：如图甲所示，在“探究电流与电阻关系”的实验时选用了如下器材：电压恒为6V的电源，阻值为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值电阻，电流表、电压表、开关、滑动变阻器各1个，导线若干。
(1)在检查电路时，他发现有一根导线连接错误，请你在甲图中将连接错误的那条导线上画“×”，并用笔画线代替导线将电路连接正确；
(2)A、B两同学根据各自的实验数据，作出了如图乙所示的I﹣R图象。分析图象，你认为 （选填“A”或“B”）同学的实验操作是错误的，他操作中的问题是： ；
(3)要完成该实验，滑动变阻器应该选用 （填下列选项前的字母）规格；
A．20Ω 0.5A B．40Ω 0.2A C．50Ω 1A
(4)实验二：为了探究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关，设计了如图所示的实验装置（电源、开关未画出）。图丁是控制导体电阻和通电时间相同，探究 对产生热量多少的影响。
17．在探究“影响电流热效应的因素”实验中：
(1)为了探究电流通过电阻产生的热量与电流的关系，小文设计了图甲装置，在烧瓶内安装一根电阻丝，实验中烧瓶内液体选择了煤油而不是水，理由是 ；
(2)小文先测量烧瓶内液体的温度后，闭合开关，通电30s再测量烧瓶内液体的温度；然后移动滑动变阻器滑片改变电流大小，重复上述操作（见表）：
实验次数 电流I/A 通电时间t/s 电阻R/Ω 温度升高量Δt/℃
1 0.3 30 10 1.5
2 0.6 30 10 60
由此得出：同一导体，在时间相等时， 越大，其产生的热量越多；
(3)若要探究电流通过电阻产生的热量与电阻的关系，可选择乙图中 （选填“A”或“B”）烧瓶中的电阻与甲图中的烧瓶电阻串联；
(4)小明提议利用上述实验装置改做“比较水和煤油的吸热能力”的实验，则他应选择乙图中 （选填“A”或“B”）烧瓶与甲图中的烧瓶并联，并将其中一烧瓶中的液体换成 相同的水。
18．如图甲所示为一个超声波加湿器，如图乙所示为其内部湿度监测装置的简化电路图。已知电源电压为12V，定值电阻R0的阻值为30Ω，电流表的量程为0～200mA，湿敏电阻R的阻值随湿度RH变化的关系图象如图丙所示，其阻值最大为100Ω。在电路安全工作的前提下，求：
(1)当电压表示数为9V时，空气湿度是多少？
(2)湿敏电阻R允许接入的最小电阻是多少？
(3)当空气湿度保持为50%时，湿敏电阻R工作10分钟产生多少热量？
19．如图所示，电源电压为6V，且保持不变，已知滑动变阻器的最大阻值是50Ω，滑片P在变阻器的最左端时，电流表的示数为0.6A，求：
(1)R1的电阻；
(2)经过2s，R1产生的热量有多少？
(3)若滑片P移动到变阻器的最右端时，滑动变阻器的功率是多大？
20．图甲为电子台秤原理图，定值电阻R0=15Ω，图乙是压敏电阻R受到压力F和压敏电阻的变化关系图像，电源电压恒为12V，电流表的量程为0.6A。（忽略秤盘的质量，g取10N/kg）求：
(1)测量质量为2kg时，电流表的示数；
(2)质量为2kg的物体放在台秤上，10s内电阻R0产生的热量；
(3)该台秤能够测量的最大质量。
【链接中考】
1．（2025·江苏苏州·中考真题）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．的电功率大于的电功率
2．（2025·四川眉山·中考真题）如图所示，电源电压保持不变，的最大阻值为。闭合开关，当滑动变阻器的滑片在中点时，的功率为；将滑动变阻器的滑片移动到最右端，电流表的示数与滑片在中点时的示数之比是。此过程中，下列判断正确的是（　　）
A．电压表示数为
B．滑片在中点时电流表的示数为
C．在中点时，内产生的热量
D．电路的最小功率为
3．（2025·安徽·中考真题）图示电路中，电源电压保持不变，、均为定值电阻，其中。闭合开关，电流表的示数为，通电整个电路共产生的热量，则电阻产生的热量为 。
4．（2025·四川德阳·中考真题）如图所示，电源电压恒定为，定值电阻，电流表量程为，电压表量程为，滑动变阻器的最大阻值为。若闭合开关S和，且滑动变阻器的滑片P置于中点时，在内产生的热量为 ；若闭合开关S和，在保证各元件安全的情况下，电路的最小电功率和最大电功率之比为 。
5．（2025·江苏连云港·中考真题）如图是某种家用电暖器的铭牌。求这种电暖器：
XXX牌电暖器
额定电压
额定频率
额定功率
(1)正常工作时的电流；
(2)正常工作时内部电热丝的电阻；
(3)在额定电压下工作产生的热量。
6．（2025·江西·中考真题）如图所示，电源电压恒为9V，R1为定值电阻，为电阻箱（能够表示出阻值的变阻器）。
(1)闭合、断开，电流表的示数为，求的阻值和工作100s产生的热量；
(2)把电阻箱的阻值调为，闭合和，电流表的示数为，求两端的电压和通过的电流。第4节 焦耳定律
【题型导航】
【重难题型讲解】 1
题型1 实验探究电流通过导体产生的电热与哪些因素有关 1
题型2 焦耳定律 8
题型3 档位问题与焦耳定律的应用 13
题型4 电热的利用与防止 19
【能力培优练】 20
【链接中考】 36
【重难题型讲解】
题型1 实验探究电流通过导体产生的电热与哪些因素有关
1、电流的热效应：由于导体有电阻，所以当有电流通过导体时，导体总会发热，将电能转化为内能，这种现象叫做电流的热效应。
2、探究电流通过导体产生热量的多少与哪些因素有关
提出问题 电炉丝接入电路时，电炉丝和导线通过的电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？换句话说，电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关？
猜想与假设 根据生活经验可以猜想电流通过导体时产生的热量多少可能跟导体的电阻大小、通过导体的电流大小以及通电时间有关。
设计并进行实验 （1）如图甲所示，两个透明容器中密封着等量的空气，U型管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化（转换法：产生的热量多少，通过U型管液面高度的变化反映出来）。两个密闭容器中都有一段电阻丝，右边密闭容器中电阻丝较大。将两容器的电阻丝串联起来接到电源两端，通电一段时间后，发现右边U型管中的液面高度变化大于左边的。 （2）如图乙所示，两个密闭容器中电阻丝的电阻一样大，在右边容器的外部，将另一个相同的电阻丝和容器内的电阻丝并联，然后与左边容器内的电阻丝串联接入电路，在通电时间相同的情况下，我们发现左边的U型管中的液面高度变化大于右边的。
分析论证 （1）如图甲，两容器中电阻丝阻值不同，通过它们的电流相同，通电时间相同（控制不变的量：电流、通电时间；变化量：电阻），右边的U型管中的液面高度变化大于左边的，说明右边容器中电阻丝的热量多。这表明：在电流相同、通电时间相同情况下，电阻越大，电阻产生的热量越多。 （2）如图乙，两容器中的电阻丝阻值相同，根据串并联电路电流的规律可知，通过左边容器的电阻丝电流大于通过右边容器中电阻丝的电流，通电时间相同（控制不变的量：阻值、通电时间；变化量：电流），左边U型管中的液面高度变化大于右边的，说明左侧容器中的电阻丝产生的热量多。 （3）由常识可知，在电阻、电流相同的情况下，通电时间越长，电流通过导体产生的热量越多。
实验结论 电流通过导体产生的热量跟导体的电阻、通过导体的电流和通电时间有关，导体电阻越大、通过导体的电流越大、通电时间越长，产生的热量就越多。
★特别提醒 1、U形管内液面高度差越大，产生的热量越多。
2、使用中，无论条件如何，U形管内液面高度都相同，可能是：装置气密性不好，重新安装，检查气密性是否良好。
3、实验中加热空气相比加热液体的好处：（1）空气膨胀体积变大，实验效果明显；（2）加热空气，耗电量少，实验时间短。
【探究归纳】电流的热效应指电流通过导体时电能转化为内能的现象，探究其产生的电热与电流、电阻和通电时间的关系时，常用控制变量法，如用串联电路控制电流相同研究电阻影响，通过焦耳定律 Q=I Rt 定量计算，是电热器工作的理论基础。
【典例1-1】如图是“探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”的实验装置，两个透明容器中分别接入了电阻丝和，且密封着等量的空气。将导线a和b接入电路进行实验，下列说法错误的是（ ）
A．该装置是用来研究电流通过导体时产生热量跟电流大小关系的
B．该实验利用了U形管内液体的热胀冷缩判断导体发热多少
C．两容器中的电阻和的阻值应相等
D．通电一段时间后，左边U形管液面的高度差较大
【答案】B
【详解】A．若R1和R2阻值相等，流过R1和R2的电流不相等，因此可以用来探究电流通过导体产生的热量与电流的关系，故A正确；
B．该实验利用了透明容器中空气受热膨胀，U形管两侧液柱产生高度差，来反映产生热量的多少，故B错误；
C．由于流过R1和R2的电流一定不相等，因为控制变量，R1和R2阻值必须相等，才能进行实验，故C正确；
D．若R1和R2阻值相等，左侧电流大，根据可知，左侧产生热量多，左边U形管液面的高度差较大，故D正确。
故选B。
【典例1-2】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、 相同的空气。用甲装置可探究电流产生的热量与 的关系；在乙装置中，为了使实验现象更明显，可以将R3的阻值换成更 （选填“大”或“小”）的。
【答案】 质量 电阻 小
【详解】[1]电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，可通过加热空气使U形管液面高度差发生变化来反映，因而必须控制两个容器中的空气质量、初温相同。
[2]如图甲，两个电阻串联在电路中，电流相同，通电时间相同，电阻不同，运用控制变量法，探究电流产生热量跟电阻的关系。
[3]图乙装置中两个5Ω的电阻并联后再与一个5Ω的电阻串联，根据串联电路的电流特点可知，右端两个电阻的总电流和左端的电阻电流相等，即
两个5Ω的电阻并联，根据并联电路的电流特点知
则
容器内的电阻值都是5Ω，阻值相等，通电时间相等，电流不同，通电一段时间后，左面“U”形管液面高度差较大，为了使得实验现象明显，应该增大通过R1的电流，减小通过R2的电流，因而要增大容器外电阻R3分得的电流，根据并联分流特点，电阻越小，分得的电流越大，则应减小R3的阻值。
【典例1-3】在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”的实验装置中，甲、乙、丙三个透明容器中密封着初温、质量相同的空气。实验小组的同学猜想：电流通过导体产生的热量可能与通过导体的电流、导体的电阻和通电时间有关，他们利用如图所示的器材进行了探究实验。
(1)实验中通过观察 来比较电流通过电阻丝产生热量的多少；
(2)选用 组合，并将它们 联接到电源两端进行实验，可以探究电热与电阻的关系，通电一段时间后， （选填“左”或“右”）侧容器产生的热量更多；
(3)选用乙、丙组合，串联接到电源两端进行实验，可以探究电热与 的关系，其中电阻的作用是 ，乙、丙两容器中的电阻丝在相等的时间内产生的热量之比为 ；
(4)选用乙、丙组合，串联接到电源两端进行实验，发现乙装置U形管中液面无高度差，丙装置U形管中液面有高度差，产生此现象的原因可能是乙装置 ．
【答案】(1)U形管内的液面高度差
(2) 甲、乙 串 左
(3) 电流 分流 16∶9
(4)漏气
【详解】（1）电流通过导体产生热量的多少不能直接观察，实验前，应使两个U形管中的液面高度相同，容器内气体温度的变化可以通过液面高度差的变化来反映。
（2）[1][2]探究电热与电阻的关系时，应控制电流相同，只改变电阻的大小，所以选用甲、乙两实验进行，将它们串联在电路中。
[3]两电阻串联，通过的电流和通电时间相同，左侧容器中的电阻大，产生的热量多。
（3）[1][2]选用乙、丙组合，串联接到电源两端进行实验，则通过容器中电阻的电流不同，而电阻大小和通电时间相同，因此可以探究电热与电流的关系，其中15Ω电阻的作用是分流。
[3]根据分流原理，丙中通过15Ω和5Ω电阻之比为1∶3，根据串联和并联电路电流的规律，通过乙、丙两容器中的电阻丝的电流之比为4∶3，根据Q=I2Rt，在电阻和通电时间不变的条件下，产生的电热与电流的平方成正比，则a、c两根电阻丝在相等的时间内产生的热量之比16∶9。
（4）发现乙装置U形管中液面无高度差，丙装置U形管中液面有高度差，产生此现象的原因可能是乙装置漏气。
跟踪训练1 为探究“电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关”，小姚设计了如图所示的实验电路。甲、乙、丙三个烧瓶中分别装有电阻丝R甲、R乙和R丙（R甲=R丙＜R乙）和规格相同的温度计。他闭合开关S，用电阻丝给烧瓶中的煤油（煤油质量相同）加热，观察并记录烧瓶中温度计示数的变化情况。小姚对他的实验进行了如下分析，其中不正确的是（　　）
A．烧瓶中温度计示数的变化情况可以反映电阻丝放热的多少
B．比较烧瓶甲和烧瓶丙中温度计示数变化的情况，可得电热的多少与电流大小有关
C．比较烧瓶甲和烧瓶乙中温度计示数变化的情况，可得电热的多少与电阻大小有关
D．若摘掉烧瓶甲、乙所在支路，可以研究电热的多少与电流大小的关系
【答案】D
【详解】A．由图可知，用电阻丝给烧瓶中的煤油加热，电阻丝因通电而发热，使烧瓶中温度计示数的变化，电阻丝放热越多，温度计的示数变化越大，所以实验中可以通过烧瓶中温度计示数的变化情况可以反映电阻丝放热的多少，故A正确，不符合题意；
B．探究电热的多少与电流大小有关，需要控制通电时间和电阻大小相同，电流不同，由图可知，电阻丝甲与乙串联，再与电阻丝丙并联，由于R甲+R乙>R丙，所以通过甲与丙的电流不同，但R甲=R丙，所以可以比较烧瓶甲和烧瓶丙中温度计示数变化的情况，可得电热的多少与电流大小有关，故B正确，不符合题意；
C．探究电热的多少与电阻大小有关，需要控制通电时间和电流大小相同，电阻不同，由图可知，电阻丝甲与乙串联，通过的电流相同，由于R甲D．探究电热的多少与电流大小有关，需要控制通电时间和电阻大小相同，电流不同，若摘掉烧瓶甲、乙所在支路，电路中仅有电阻丝丙，可以通过改变滑动变阻器的阻值从而改变通过电阻丝丙的电流，但此时图中缺少对比实验装置，无法直观反映前后两次的温度计示数变化，故D错误，符合题意。
故选D。
跟踪训练2 如图所示的装置是探究电流产生热量与电流的关系，要完成该实验R1 （选填“>”“<”或“=”）R2，接入R3的目的是 。
【答案】 = 减小R2的电流大小
【详解】[1]根据控制变量法的思想可知，在探究电流产生热量与电流的关系实验中，需要控制容器中两电阻的阻值大小和通电时间相同，即R1= R2。
[2]由装置图可知，两用电器的阻值相同，通电时间相同，需要改变通过R1和 R2电阻的电流大小，所以R3在实验中的作用为减小R2的电流大小。
跟踪训练3 在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”时，小明和小华同时进行了实验，小明设计的实验电路如图甲所示，两个完全相同的玻璃瓶甲、乙内，瓶中插入温度计a、b。
(1)为了让实验效果更显著，小明应在图1的甲、乙两瓶中加入质量、初温均相同的 （选填“煤油”或“水”）；
(2)实验中，通过观察温度计的示数变化大小来比较电流通过电阻产生热量的多少，下列实验应用了该研究方法的是 　 　（选填序号）；
A．探究电流与电压、电阻的关系
B．探究导体电阻的大小与哪些因素有关
C．“伏安法”测电阻
(3)爱思考的小明，还利用该实验装置比较不同物质的吸热能力，在图1甲、乙两瓶内换用质量、初温都相同的不同液体 。闭合开关，一段时间后，若温度计a比温度计b温度升高得快，则甲、乙两瓶内液体比热容的关系，c甲 c乙。（均选填“>”、“<”或“=”）
(4)另一小组的小华同学用如图2探究电流通过导体产生的热量与电流关系的实验，实验中给装置通电， （选填“左边”或“右边”）U形管内的液面高度变化较快。如果通过左侧容器中电阻丝的电流是2A，则右侧容器中电阻丝在1min内产生的热量是 J。
【答案】(1)煤油
(2)B
(3) ＝ <
(4) 左边 300
【详解】（1）水的比热容大于煤油的比热容，质量相同的水和煤油吸热相同，根据可知煤油的温度升高得多，为了让实验效果更显著，小明应在甲、乙两瓶中加入质量、初温均相同的油。
（2）实验中，通过观察温度计的示数变化大小来比较电流通过电阻产生热量的多少，采用了转换法；
A．探究电流与电压、电阻的关系，采用了控制变量法；
B．探究导体电阻的大小与哪些因素有关，根据电流表示数大小比较电阻的大小，采用了转换法；
C.“伏安法”测电阻，为减小误差要多次测量取平均值，没有采用转换法；故AC不符合题意，B符合题意。
故选B；
（3）[1][2]在甲、乙两瓶内换用质量，初温都相同的不同液体，根据Q=I2Rt，为控制相同时间不同物质吸热相同，故换用两个电阻丝的阻值。闭合开关，一段时间后，若温度计a比温度计b温度升高得快，根据比较吸热能力的方法，则甲、乙两瓶内液体比热容的关系为c甲（4）[1][2]如图2，右边两个5Ω的电阻并联后再与左边5Ω的电阻串联，串联电路各处电流相等，所以右边两个电阻的总电流和左边电阻的电流相等，即I右=I左，两个5Ω的电阻并联，并联电路干路电流等于各支路电流之和，即I左=I内+I外，比较可知I左>I内。
两瓶中的电阻值相等（均为5Ω），通电一段时间后，由于瓶中电阻相同、通电时间相同、I左>I内，所以根据焦耳定律Q=I2Rt可知，左瓶内电阻丝产生的热量多，则左侧U形管液面高度的变化较大。
并联电路各支路两端电压相等，两个5Ω的电阻并联，由欧姆定律可得，I内=I外，则
右侧容器中电阻丝在7min内产生的热量为
题型2 焦耳定律
1、焦耳定律
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，跟它的时间成正比
计算公式 Q=I2Rt（普遍适用）。 公式中，Q—表示热量，单位是J；I—表示电流，单位是A；R—表示电阻，单位Ω；t—表示它的时间，单位s
焦耳定律公式的理论推导 焦耳定律可通过理论推导得出。假设当电流通过导体时，电能全部转化为内能，则有电流产生的热量（Q）=电流做的功（W），结合欧姆定律可得：Q=W=UIt=IR·It=I2Rt。 可见，当消耗的电能全部用来产生热量时，根据电功公式和欧姆定律推导出来的电流发热规律与焦耳定律实验得出的焦耳定律是一致的
焦耳定律应用问题 （1）焦耳定律Q=I2Rt是由实验总结出来的，只要有电流通过导体，就可以用它来计算导体所产生的热量； （2）公式中各物理量都是对同一导体或同一段电路而言的； （3）运用公式时，各物理量要转换成国际单位中的单位后再代入公式进行计算。
串并联电路中焦耳定律 （1）在串联电路中，根据Q=I2Rt可知，电热与电阻成正比，即； （2）在并联电路中，根据可知，电热与电阻成反比，即
★特别提醒 公式Q=I2Rt是电流产生热效应的公式，与W=UIt不能通用；W=UIt是电流做功的计算公式，如果电流做功时，只有热效应，则两公式是等效的；如果电流做功时，同时有其他能量转化，像电动机工作时，电能既转化为热能，也转化为动能，则Q=I2Rt只是转化为电热的部分，W=UIt则是总的电功，只有对纯电阻电路才有W=Q，对非纯电阻电路Q＜W。
【探究归纳】焦耳定律指出电流通过导体产生的热量与电流的二次方、导体电阻及通电时间成正比，公式为 Q=I Rt，适用于任何电路的电热计算，在纯电阻电路中与电功公式 W=UIt等效，是解释电流热效应、设计电热器（如电热水器）及分析电路发热问题的核心规律。
【典例2-1】如图所示，长度相同、横截面积不同的镍铬金属棒AB和BC连接在一起，如果在AC两端加上一定的电压U，通过AB、BC的电流分别为I1、I2；电流通过镍铬合金棒AB、BC产生的电热分别为Q1、Q2，则（　　）
A．I1>I2 B．I1Q2 D．Q1【答案】C
【详解】AB．镍铬金属棒AB和BC的长度、材料相同，AB的横截面积较小，AB的电阻较大。AB和BC串联，由串联电路电流特点得
故AB不符合题意；
CD．AB和BC电流与通电时间相同，AB的电阻较大，由得
故C符合题意，D不符合题意。
故选C。
【典例2-2】如图所示为电阻和的图像，将两电阻串联接入电路，通电后，两端电压与两端电压之比为 ；将两电阻并联接入电路，通电1分钟，电流通过产生的热量与电流通过产生的热量之比为
【答案】 2:1 1:2
【详解】[1]由图中数据与欧姆定律得，R1电阻为
R2电阻为
将两电阻串联接入电路，两电阻的电流相等；由欧姆定律得，通电后，R1两端电压与R2两端电压之比为
[2]将两电阻并联接入电路，R1、R2电压相等，由得，通电1分钟，电流通过R1产生的热量与电流通过R2产生的热量之比为
【典例2-3】如图，电源电压恒定U=9V，R1、R2是定值电阻，R1=10Ω，滑动变阻器R3标有“20Ω0.5A”字样，闭合开关S1、S2、S3，电流表的示数为1.5A。求：
(1)只闭合开关S1，电流表的示数；
(2)开关S1、S2、S3都闭合时，R2在10s内产生的热量；
(3)只闭合开关S3，移动变阻器滑片，R1的最大功率。
【答案】(1)0.9A (2)54J (3)2.5W
【详解】（1）只闭合开时只有连入电路，电流表的示数
（2）开关、、都闭合时与并联，变阻器R3被短路，通过的电流
在内产生的热量
（3）只闭合开关时、串联，由变阻器规格知电路中的最大电流，的最大功率
跟踪训练1 通过甲、乙两段导体的电流之比为1：2，甲的电阻是乙的5倍，通电相同时间，则甲、乙两段导体产生的热量之比是（　　）
A．2∶5 B．5∶4 C．16∶5 D．5∶1
【答案】B
【详解】由题意得，甲、乙两段导体的电流之比为1∶2，即
甲的电阻是乙的5倍，即
乙两段导体产生的热量之比
＝＝××＝××＝
故ACD不符合题意；故B不符合题意。
故选B。
跟踪训练2 在学习了焦耳定律后，李明同学对电流做功和产生热量有了进一步的理解，如图甲，电源电压恒定不变，，开关S闭合，电压表的示数为6V，电流表的示数如图乙，则的电阻为 Ω；通电1min，电流通过做功为 J；通电1min，产生的热量为 J。
【答案】 5 864 864
【详解】[1]由图甲知道，两电阻串联，电压表串联R2两端的电压，电路的电流表测量电路的电流，由图乙知道，电路的电流表选用的是0-3A量程，分度值是0.1A，示数是1.2A，根据题意，由欧姆定律知道，的电阻为
[2][3]通电1min，电流通过做功等于产生的热量，即
跟踪训练3 如图所示的电路中，电源电压为9V保持不变，滑动变阻器标有“20Ω，0.5A”字样；只闭合开关S1时，电流表示数为0.9A；三个开关都闭合时，电流表示数为1.5A。请计算：
（1）定值电阻R1和R2的阻值；
（2）三个开关都闭合时，定值电阻R2在10s内产生的热量Q；
（3）只闭合开关S3时，为了保护电路安全，电路消耗的功率变化范围。
【答案】（1）10Ω，15Ω；（2）54J；（3）2.7W~4.5W
【详解】解：（1）只闭合开关S1时，只有R1的简单电路，电流表测量通过R1的电流，R1的阻值
三个开关都闭合时，电阻R1和R2并联，电流表测量干路中的电流，通过R1的电流不变，由并联电路电流的规律可知通过R2的电流
I2=I-I1=1.5A-0.9A=0.6AR2的阻值
（2）三个开关都闭合时，电阻R1和R2并联，定值电阻R2在10s内产生的热量
Q=I22R2t=(0.6A)2×15Ω×10s=54J
（3）只闭合开关S3时，变阻器R3和电阻R1串联，电流表测量电路中的电流，滑动变阻器的最大电流是0.5A，电路消耗的功率
P大=UI大=9V×0.5A=4.5W
变阻器连入电路的电阻最大，电路的总电阻最大，由可知电路的总功率最小，电路消耗的功率最小值为
只闭合开关S3时，为了保护电路安全，电路消耗的功率变化范围是2.7W~4.5W。
答：（1）定值电阻R1是10Ω，R2的阻值是15Ω；
（2）三个开关都闭合时，定值电阻R2在10s内产生的热量是54J；
（3）只闭合开关S3时，为了保护电路安全，电路消耗的功率变化范围是2.7W~4.5W。
题型3 档位问题与焦耳定律的应用
1、焦耳定律在实际中的应用
（1）纯电阻电路：纯电阻电路就是除电源外，只有电阻元件的电路，或有电感和电容元件，但它们对电路的影响可忽略．电压与电流同频且同相位．电阻将从电源获得的能量全部转变成内能，这种电路就叫做纯电阻电路．　基本上，只要电能除了转化为热能以外没有其他能的转化，此电路为纯电阻电路。
（2）焦耳定律的推导公式：，Q=UIt，适用范围，纯电阻电路。
2、电热器的“双挡”问题
（1）“双挡”中的电阻：电热器通常设计有“高温挡”和“低温挡”。根据可知，当U一定时，电阻越大，电功率越小；电阻越小，电功率越大，所以高温挡总电阻最小，低温挡总电阻最大。
（2）“双挡”的控制开关
a短路式：两个电阻串联，把开关与其中一个电阻并联，如下图所示。
当闭合开关时，有一个电阻短路，只有一个电阻工作，此时为高温挡；当断开开关时，两电阻串联，电阻大一些，电热器的功率小一些，此时为低温挡；
b单刀双掷式：主要工作电阻放在干路上，一条支路用导线，一条支路连接在附加电阻上，如下图所示。
当开关掷向附加电阻的支路时，两电阻串联，为低温挡；当开关掷向导线支路时，只有主要工作电阻工作，此时为高温挡。
★特别提醒 电流通过电动机做功消耗的电能，一部分转化为机械能，另一部分是转化为内能，也就是W≠Q．那么，用来计算电功的公式W=UIt不能用来计算电热，电热智能用焦耳定律Q=I2Rt来计算。
3、电热与电功的关系
应用公式 电功 电功率 焦耳定律 适用范围
基本公式 W=UIt P=UI Q=I2Rt 普遍适用
导出公式 =I2Rt =I2R =UIt 纯电阻电路W=Q
【探究归纳】档位问题中，焦耳定律（Q=I Rt）用于分析电热类电器不同档位的发热功率，通过切换电路电阻（如串联或并联电阻）改变电流，进而调节产热；高档位对应低电阻、大电流，单位时间产热多，反之亦然，是家电功率调节与能效计算的关键应用。
【典例3-1】如图所示为某款电热水龙头电路图，a、b、c、d为四个固定触点，绕O点转动的扇形金属触片P同时接触两个触点。触片P置于不同位置时，有不同出水状态。则（　　）

A．调节触片位置，只有2种出水状态
B．触片P接触a、b两触点时，水龙头无法出水
C．触片P接触b、c两触点时，出水温度最高
D．调节触片位置，能有冷水、温水和热水三种出水状态
【答案】D
【详解】触片P接触a、b两触点时，电路是断开的，水龙头出的是冷水；触片P接触b、c两触点时，电阻接入电路中；触片P接触d、c两触点时，两个电阻并联接入电路中，根据并联电路的电阻关系可知，此时的电阻会变小，根据可知，总功率变大，出水温度最高，则触片P接触b、c两触点时为出温水状态，故该装置一共有冷水、温水和热水三种出水状态，故D符合题意，故ABC不符合题意。
故选D。
【典例3-2】某电饭锅设有“加热”和“保温”两挡，其内部简化电路如图所示，当开关S置于“1”挡时，电饭锅处于 （选填“加热”或“保温”）状态；若电饭锅保温与加热时总功率之比为1︰20，则电阻R0和R1的比值为 。
【答案】 保温 1︰19
【详解】[1]当开关S置于“1”挡时，电路为两电阻串联，此时电路中电阻最大，根据可知，电路中电功率最小，电饭锅处于保温状态。
[2]当开关S置于“2”挡时，电路只有定值电阻R0，此时电路中电阻最小，根据可知，电路中电功率最大，电饭锅处于加热状态，若电饭锅保温与加热时总功率之比为1︰20，即
解得
【典例3-3】如图所示的是某款两挡电热器的简化电路，R1、R2为阻值固定的电热丝，R1=550Ω，该电热器接入电压为220V的电路中，高温挡时的电功率为1188W。求：
(1)低温挡时电路中的电流是多少？
(2)电阻R2的阻值是多少？
【答案】(1)0.4A (2)44
【详解】（1）根据可知，电源电压不变，电路电阻越小，电路总功率越大，当闭合，断开时，电路中仅工作，电热器处于低温挡；和闭合时，和并联，电热器处于高温挡。低温挡时电路中的电流
（2）电阻R1的电功率
电阻R2的电功率
P2=1188W-88W=1100W
电阻R2的阻值
跟踪训练1 小明设计了一个电吹风，其电路图如图所示，a、b、c、d为四个固定触点，转动扇形金属触片P的位置可同时接触两个触点，使电吹风可处于关机、吹热风和吹冷风三种工作状态（　　）
A．触片P同时接触b、c，电吹风吹热风
B．触片P同时接触a、b，电吹风吹热风
C．触片P同时接触c、d，电吹风吹冷风
D．触片P同时接触a、b，电吹风吹冷风
【答案】B
【详解】A．触片P同时接触b、c，电热丝处于断路状态，只有电风扇工作，所以吹冷风，故A不符合题意；
BD．触片P同时接触a、b，电热丝和电风扇并联，都能正常工作，所以吹热风，故B符合题意，D不符合题意；
C．触片P同时接触c、d，电热丝和电风扇都处于断路状态，电吹风不工作，故C不符合题意。
故选B。
跟踪训练2 如图所示是一款有“低温挡”和“高温挡”的挂烫机的工作电路图，正常工作电压为220V，加热电阻 R1=R2=88Ω，只闭合开关S1时， 推烫机处于 挡。 当开关S1、 S2都闭合时，挂烫机正常工作1min消耗的电能为 kW·h。
【答案】 低温 0.02
【详解】[1]只闭合开关S1时，电路为R1单独串联，此时电路中的电阻最大，根据可知，电功率最小，属于低温挡。
[2]当开关S1、 S2都闭合时，电路为R1、R2并联，此时电路中的电功率为
挂烫机正常工作1min消耗的电能为
跟踪训练3 现在开始流行一种发热围巾，其电路简化原理图如图所示，开关可以同时与a、b相连，或只与c相连，使其有高温和低温两挡。已知电源电压为5V，，R为两个相同的发热电阻且，两个指示灯的电阻可以忽略不计，正常工作时高温挡与低温挡电功率之比为。计算：
(1)R的阻值；
(2)低温挡的功率；
(3)电路工作的最大电流；
【答案】(1)40Ω (2)0.5W (3)0.625A
【详解】（1）开关可以同时与a、b相接，接通电源，红灯与R串联后与R0并联，总电阻小于R0，由可知，此时为高温挡；开关只与c相连，接通电源，绿灯与R、R0串联，由可知，此时为低温挡；低温挡工作时绿灯亮，正常工作时高温挡与低温挡电功率之比为25∶4，则有
解得R=40Ω。
（2）低温挡的功率为
（3）当电路工作最大电流为开关可以同时与a、b相接，接通电源，红灯与R串联后与R0并联，此时总电阻最小，电路中电流最大，为
题型4 电热的利用与防止
1、电热的利用：电热器是利用电流的热效应来工作的设备。电热器的主要工作部分是发热体，发热体是由电阻大、熔点高的金属导体制作的。电热器是将电能转化为内能来工作的。其优点是清洁、无污染、热效率高，且便于控制和调节电流。
2、电热的防止：在很多情况下，我们并不希望用电器的温度过高。像电视机、计算机、电动机等用电器在工作时，将电能转化其他形式能的过程中，总有一部分电能转化为内能，过多的电热如果不能及时散发，会产生安全隐患。因此，许多用电器采用散热孔、散热片或在发热体安装风扇等方式进行散热，如图所示。
★特别提醒 （1）电流有三大效应：热效应、磁效应、化学效应。 （2）任何用电器，只要有电阻存在，电流通过时就会有热效应；电流流过超导体不会有热效应。
【归纳总结】电热利用是借助电流热效应设计电热器（如电暖器、电饭煲），将电能转化为内能满足生活需求；防止则是针对电器发热可能引发的安全隐患（如元件老化、火灾），通过散热设计（散热片、风扇）、温控装置及选用耐高温材料等措施，减少电热危害，保障设备安全运行。
【典例4-1】如图所示，主要是利用电流热效应工作的是（ ）
A．电热水壶 B．电风扇
C．电视机 D．笔记本电脑
【答案】A
【详解】A．电热水壶将电能转化为内能，利用的是电流的热效应来工作的，故A符合题意；
B．台式电风扇主要将电能转化为机械能，故B不符合题意；
CD．电视机、笔记本电脑主要将电能转化光能和声能，故CD不符合题意
故选A。
【典例4-2】电光源的发明，照亮了人类生活的每一个角落。图甲所示的白炽灯是利用电流的 （选填“热效应”“磁效应”或“化学效应”）使灯丝达到白炽状态而发光的，发光效率仅8%，现在用来照明的白炽灯已被节能、环保的LED灯所替代，LED灯主要是用 （选填“纳米”“超导”或“半导体”）材料制成的，这种灯与控制它的开关是 联的。
【答案】 热效应 半导体 串
【详解】[1]白炽灯是利用电流的热效应工作的，当电流通过灯丝时，电能主要转化为内能和光能，灯丝达到白炽状态而发光。
[2]半导体的导电性能介于导体与绝缘体之间，LED灯主要是由半导体材料制成的。
[3]开关要控制灯泡，开关要与灯泡串联。
跟踪训练1 下列情况，属于防止电热产生危害的是（　　）
A．电脑机箱里装有小风扇
B．阴雨天家电通电除潮
C．用电熨斗熨衣服
D．冬天用电取暖器取暖
【答案】A
【详解】A．电脑主机内装有散热风扇是为把各电器元件产生的热量及时散失掉，故A符合题意；
B．阴雨天家电通电除潮是应用电热来给电器驱潮，故B不符合题意；
CD．用电熨斗熨衣服、用电取暖器取暖，属于应用电热的例子，故CD不符合题意。
故选A。
跟踪训练2 由于导体存在电阻，电流通过导线时会因电流的 效应而造成大量的能量损耗，1911年荷兰科学家发现某些导体在极低温度下 会突然消失，这种现象称为超导现象，利用这类材料输电，可最大限度地减少 的损耗。
【答案】 热 电阻 能量
【详解】[1]由焦耳定律可知，电流通过导体时会放出热量，这种现象叫做电流的热效应。
[2]当温度降低到足够低时，有些导体材料的电阻变为零，这种现象称为超导现象。
[3]用超导电缆输电，输电过程中，没有热量产生，可大大降低能量损耗。
【能力培优练】
1．如图所示是“探究电流通过导体时产生热量的多少与什么因素有关”的实验装置，电阻丝R2与电阻丝R3并联。通电前，A、B两个U形管中的液面相平，通电一段时间后，通过电阻丝R1、电阻丝R2的电流分别为I1、I2，则（　　）
A．I1＞I2，A管中的液面高度差较小
B．I1＞I2，A管中的液面高度差较大
C．I1＝I2，电阻丝R1比电阻丝R2产生的热量多
D．I1＝I2，电阻丝R1和电阻丝R2的电功率相等
【答案】B
【详解】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，根据可知，因容器内两电阻相同，通电时间也相同，故电阻丝R1比电阻丝R2产生的热量多，由转换法，A管中的液面高度差较大.故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
2．用“电池+口香糖锡纸”能应急取火：将包裹口香糖的锡纸撕成一条中间窄、两头宽的纸带如图甲，将其涂有锡的一面与一节电池的正、负极相连，如图乙锡纸很快就冒烟燃烧起来。下列说法错误的是（　　）
A．通过锡纸较窄处的电流等于较宽处的电流
B．锡纸中电荷定向移动的方向是从电源负极流向电源正极
C．取火时电源短路，热量产生过多容易烫伤皮肤
D．靠近电池两极处的锡纸先燃烧起来
【答案】D
【详解】A．接通电路后，锡箔纸宽、窄处串联，串联电路电流处处相等，所以通过锡箔纸较窄处电流等于较宽处电流，故A正确，不符合题意；
B．锡箔纸中的电流从电源的正极流向负极，锡箔纸中的电子的流向是从电池的负极流向正极，故B正确，不符合题意；
C．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，电流通过锡箔纸时产生热量，故C正确，不符合题意；
D．导体的电阻与导体的材料、长度、横截面积有关；在其它条件相同时，横截面积越小，导体的电阻越大，所以较窄处电阻大，产生的热量越多，越先燃烧起来，故D错误，符合题意。
故选D。
3．为延长食物保质期，可对食物进行真空包装。真空包装机（如图甲）先抽出塑料袋内的气体，再利用电热丝加热塑料袋口对袋子进行密封。图乙是模拟该真空包装机功能的简易电路图。下列说法中正确的是（　　）
A．该电路中，要使抽气机工作，需闭合开关S1和S2
B．真空包装机加热塑料袋口对袋子密封时，利用电流的磁效应产生大量热量
C．密封时温度过低导致塑料无法熔化，则应将滑动变阻器的滑片向左移动
D．闭合全部开关，将滑动变阻器的滑片向右移动，抽气机的功率会不变
【答案】D
【详解】A．由图乙得，电热丝与变阻器串联后，再与抽气机并联，开关S在干路上，开关S1在电热丝的支路上，开关S2在抽气机的支路上，该电路中，要使抽气机工作，需闭合开关S和S2，故A错误；
B．真空包装机加热塑料袋口对袋子密封时，利用电流的热效应产生大量热量，故B错误；
C．密封时温度过低导致塑料无法熔化，则应将滑动变阻器的滑片向右移动，减小变阻器接入电路中的电阻，增大通过电热丝的电流，增大电热丝产生的热量，故C错误；
D．闭合全部开关，将滑动变阻器的滑片向右移动，由并联电路中个用电器互不影响得，抽气机的电压、电流不变，抽气机的功率不变，故D正确。
故选D。
4．如图所示的电路中，电源电压恒定，。开关S闭合后，通过R1、R2的电流分别为I1、I2；R1、R2消耗的电功率分别为P1、P2；电流通过R1、R2做的功分别为W1、W2；R1、R2产生的热量分别为Q1、Q2。则下列说法正确的是（　　）
A． B． C． D．
【答案】C
【详解】由电路图可知，R1与R2并联。
A．由于并联电路各支路电压相等，则
故A错误；
B．两个电阻的电功率为比
故B错误；
C．相同时间内通过R1、R2的电流所做的功之比为
故C正确；
D．因为电阻的消耗电能全部转化为内能，所以相同时间内R1、R2产生的热量之比
故D错误。
故选C。
5．用如图甲所示的装置“探究影响电流热效应的因素”，电阻丝和分别密封在两个完全相同的玻璃瓶中，且，其等效电路图如图乙所示，电源电压。下列说法不正确的是（　　）
A．实验中，通过液柱上升的情况来反映电流通过电阻丝产生热量的多少
B．该装置用来探究电流热效应与电阻的关系
C．闭合开关后，电阻丝对应的玻璃管中液柱上升较快
D．该实验采用了控制变量法和转换法
【答案】B
【详解】A．根据转换法，实验中，通过比较液柱上升的情况来反映电阻丝产生热量的多少，故A正确，不符合题意；
B．根据控制变量法，探究电流热效应与电阻的关系，要控制电流和通电时间相同，只改变电阻大小，而两电阻相同，故B错误，符合题意；
C．由题意得，R1=R2，U1＜U2，闭合开关后，根据，可知R2电阻丝产生的热量多，由转换法，所以R2对应的玻璃管中液柱上升较快，故C正确，不符合题意；
D．电流产生的热量多少与电流、电阻、通电时间有关，实验中要采用了控制变量法，在比较热量多少时，利用液柱上升的多少来间接观察，运用了转换法，故D正确，不符合题意。
故选B。
6．如图甲是小灯泡和电阻的图像，小灯泡标有“，”字样。将小灯泡和电阻接入图乙所示的电路中，只闭合开关时，小灯泡的实际功率为，下列说法正确的是（　　）
A．只闭合开关时，小灯泡的电阻为
B．同时闭合、，在内电阻产生的热量为
C．同时闭合、，电路总功率为
D．若将小灯泡和电阻串联接在的电源两端，小灯泡正常发光
【答案】C
【详解】A．由图乙可知，只闭合开关S1时，电路为小灯泡L的简单电路，由图像可知小灯泡L的实际功率为2W时，根据P＝UI可知，灯泡两端的电压为4V，通过它的电流为0.5A，此时它的电阻，故A错误；
BC．由图乙可知，同时闭合S1、S2时，小灯泡L与电阻R并联，根据并联电路的电压规律可知R两端的电压等于灯泡两端的电压，也为4V，由图像可知，通过R的电流为0.2A，电阻R的阻值
在1min内电阻R产生的热量
由并联电路的电流规律可知，电路的总电流I＝IL+IR＝0.5A+0.2A＝0.7A
电路的总功率P＝UI＝4V×0.7A＝2.8A
故B错误，C正确；
D．将小灯泡L和电阻R串联，当小灯泡正常发光时，通过它的电流为0.5A，根据串联电路的电流规律可知通过R的电流也为0.5A，此时电阻R两端的电压
由串联电路的电压规律可知，电源电压
此时电源电压大于10V，故D错误。
故选C。
7．如图所示的几个物理电学实验，下列说法错误的是（ ）
A．甲图用点燃的酒精灯对正在发光的白炽灯的钨丝加热，小灯泡L的亮度会变暗
B．乙图将电位器AB两接线柱接入电路中，滑片逆时针旋转时，电路电流变小
C．丙图是一种自动测定油箱内油面高度的装置，当油量减少时，油量表的示数变小
D．丁图瓶中装有质量、初温相等的煤油，电阻，闭合开关后R1瓶中温度计示数大
【答案】B
【详解】A．对白炽灯的钨丝加热，钨丝阻值会变大，电阻总阻值会变大，由可知，电路中的电流会变小，小灯泡L的亮度会变暗，故A正确，不符合题意；
B．将电位器AB两接线柱接入电路中，滑片逆时针旋转时，阻值减小，由可知，电路中的电流会变大，故B错误，符合题意；
C．由图可知，R0与R串联，油量表串联在电路中是电流表，当油量减少时，滑片上移，滑动变阻器接入电路的阻值减小，电阻总阻值会变大，由可知，电路中的电流会变小，所以油量表的示数变小，故C正确，不符合题意；
D．由图可知，R1与R2串联，闭合开关后，通过它们的电流相等，通电时间相等，由于电阻，由可知，R1产生的热量更多，所以R1瓶中温度计示数大，故D正确，不符合题意。
故选B。
8．如图甲所示，规格相同的烧杯中装了相同质量、相同初温的水，将阻值不同的两根电阻丝R1和R2与电源、开关连接成闭合电路，经过实验得到图乙所示的水温与加热时间的图线。若忽略水的蒸发和热量散失，则下列选项正确的是（　　）
A． B．
C．加热相同时间，两杯水吸收的热量相同 D．升高相同的温度，两杯水吸收的热量不同
【答案】B
【详解】D．根据图像乙知，甲、乙两烧杯中水的质量相等、温度从20℃升高到40℃吸收的热量相同，根据Q=cmΔt可知，两杯水吸收的热量相同，故D错误；
AB．由D选项分析可知，升高相同的温度，两杯水吸收的热量相同，因为忽略热量散失，电阻丝产生的电热相同；由甲图可知，R1和R2串联，通过R1和R2的电流相同；由图乙可知，水温度从20℃升高到40℃的过程中，加热时间分别为t甲=2min，t乙=3min，根据Q=I2Rt可知，I2R1t甲=I2R2t乙
则
故A错误，B正确；
C．实验中，R1和R2串联，通过它们的电流相同，R1和R2阻值不同，根据Q=I2Rt可知，相同时间内，电阻丝R1和R2放出的热量不同，由于忽略热量散失，所以相同时间内两杯水吸收的热量不同，故C错误。
故选B。
9．如图甲所示是某同学家安装的一款智能电动晒衣架，它既有晒衣杆升降和照明功能，又有风干和烘干的功能，其简化电路如图乙所示。可以控制驱动电机正转和反转，让晒衣杆上升和下降。是照明灯的开关，闭合后3h自动关闭。开关S可置于“2和3”或“3和4”接线柱，实现风干和烘干功能，烘干功能关闭后风机延迟30s散热后关闭。、是两根阻值相同的电热丝，如表所示是晒衣架的部分参数。
额定电压 220V
照明功率 14W
升降功率 50W
风干功率 20W
烘干功率 520W
关于以下结论：
①升降功能的驱动电机工作10s，电流在电动机上产生的热量为500J
②电热丝的阻值为
③风干时通过开关S的电流约为
④仅使用烘干功能，烘干20分钟，电路消耗的电能最大为
其中正确的是（　　）
A．①② B．②③ C．②④ D．③④
【答案】C
【详解】①由表格数据可知，电动晒衣架升降功率：，由可知，升降功能的驱动电机工作10s消耗的电能：，由于电动机是非纯电阻用电器，消耗的电能大于产生的热量，所以升降功能的驱动电机工作10s，电流在电动机上产生的热量会小于500J，故①错误；
②由图乙可知，当开关S可置于“2和3”接线柱时，只有电动机工作，此时电动晒衣架实现风干功能；开关S可置于“3和4”接线柱，电动机和电热丝、并联，电动晒衣架实现烘干功能；则、并联的总功率：，由于、是两根阻值相同的电热丝，则的电功率：，由可知，的电阻：，故②正确；
③由可知，风干时通过开关S的电流：，故③错误；
④仅使用烘干功能，烘干20分钟，电路消耗的最大电能：，故④正确。
故②④正确，①、③错误。
故C符合题意，ABD不符合题意，故选C。
10．用电压恒为3V的电源给一小电动机供电使其转动，已知小电动机线圈电阻为，内小电动机消耗电能为36J，则通过电动机的电流是 A，内电动机线圈放出的热量为 J，内输出的机械能为 J。
【答案】
【详解】[1]通电时间
由可得，通过电动机的电流
[2]电动机产生的热量
[3]内输出的机械能为
11．如图所示，电源电压恒定，为定值电阻，其中。闭合开关S后，电流表的示数为，电流表的示数为，通电，电阻上产生的热量为 J。
【答案】360
【详解】由图可知，两个电阻并联，电流表A1测量干路中的电流，电流表A2测量通过R2的电流，由并联电路电流的规律得到通过R1的电流I1=I-I2=0.5A-0.2A=0.3A
由并联电路电压的规律和欧姆定律得到R2两端的电压U2=U1=I1R1=0.3A×20Ω=6V
通电5min时间，电阻上产生的热量Q2=W=U2I2t=6V×0.2A×60s×5=360J
12．如图所示，电源电压，电阻，闭合开关S，电压表示数为，则 ，通电整个电路产生的热量为 J。
【答案】 5 60
【详解】[1]由图知两电阻串联，电流处处相等，电压表测电阻两端电压，电压表示数为2V ，则电阻阻值为
[2]通电整个电路产生的热量为
13．如图所示是一款电暖手宝，通电后其内部加热棒可以对液体进行加热，这是利用了电流具有 效应。电暖手宝里面液体的主要成分是水，这是利用了水的 较大的特性。若该暖手宝装有0.5kg的水，加热时水温由20℃升高至50℃，则此过程中水吸收的热量为 J。（c水＝4.2×103J/（kg ℃））
【答案】 热 比热容 6.3×105
【详解】[1]电流流过导体时，导体要发热，这种现象是电流的热效应。发生电流的热效应时，电能转化为内能。
[2]水的比热容比较大，质量相同的水和其他物质相比，在吸收或放出相同热量的情况下，水的温度变化要小些。
[3]此过程中水吸收的热量为
14．如图所示，电源电压恒为12V，闭合开关S，当滑动变阻器的阻值为10Ω时，电压表的示数为10V，此时电动机正常工作，滑动变阻器消耗的功率为 W；若电动机内部线圈的电阻为2Ω，则通电5min电流通过电动机内部线圈产生的热量是 J。
【答案】 0.4 24
【详解】[1]由电路图可知，电动机与滑动变阻器串联，电压表测电动机两端电压，电流表测串联电路中的电流；
电源电压恒为12V，闭合开关S，电压表的示数为10V，根据串联电路电压规律，滑动变阻器两端电压
则电路中的电流
滑动变阻器消耗的功率
[2]线圈的电阻为2Ω，通电5min电流通过电动机内部线圈产生的热量
15．如图所示，电源电压3V，R1=R2=10Ω，先闭合开关S1，再闭合开关S2，电流表示数将 （选填“变大”或“变小”）；当S1闭合，S2断开时，通电10s，电流通过R1产生的热量是 J。
【答案】 变大 2.25
【详解】[1]先闭合开关S1，再闭合开关S2，电路中电阻由R1和R2串联变为只有R1接入电路，电路中的电阻变小，由可得，电路中电流变大，则电流表示数变大。
[2]当S1闭合，S2断开时，R1和R2串联，通过R1的电流
通电10s，电流通过R1产生的热量Q=I2R1t=(0.15A)2×10Ω×10s=2.25J
16．小嘉在电学学习中，对电学的神奇和电能对人类生产生活产生的巨大影响深感敬畏，他通过下列实验对电学知识进行了进一步的探究。
实验一：如图甲所示，在“探究电流与电阻关系”的实验时选用了如下器材：电压恒为6V的电源，阻值为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值电阻，电流表、电压表、开关、滑动变阻器各1个，导线若干。
(1)在检查电路时，他发现有一根导线连接错误，请你在甲图中将连接错误的那条导线上画“×”，并用笔画线代替导线将电路连接正确；
(2)A、B两同学根据各自的实验数据，作出了如图乙所示的I﹣R图象。分析图象，你认为 （选填“A”或“B”）同学的实验操作是错误的，他操作中的问题是： ；
(3)要完成该实验，滑动变阻器应该选用 （填下列选项前的字母）规格；
A．20Ω 0.5A B．40Ω 0.2A C．50Ω 1A
(4)实验二：为了探究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关，设计了如图所示的实验装置（电源、开关未画出）。图丁是控制导体电阻和通电时间相同，探究 对产生热量多少的影响。
【答案】(1) (2)A 没有控制电阻两端电压不变 (3)C (4)电流
【详解】（1）在探究电流与电阻关系的实验中，定值电阻、滑动变阻器和电流表串联，电压表并联在定值电阻两端，连接电路如下：
（2）[1][2]探究电流与电阻关系时要控制电阻的电压不变，由图乙A的I﹣R图像知道，定值电阻两端的电压UV＝IR＝0.3A×10Ω≠0.5A×5Ω
由图乙B的I﹣R图像知道，定值电阻两端的电压UV＝IR＝0.1A×20Ω＝0.2A×10Ω＝0.4A×5Ω=2.0V
故A同学的实验操作是错误的，错误在于没有控制电阻两端电压不变。
（3）定值电阻两端的电压始终保持UV＝2V，当接入25Ω电阻时，根据串联分压原理则有
解得此时滑动变阻器的阻值，所以应该选用规格为“50Ω 1A”的滑动变阻器，故选C。
（4）丁装置中，右侧两电阻并联后再与左侧电阻串联，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，所以探究的是电流产生的热量与电流的关系。
17．在探究“影响电流热效应的因素”实验中：
(1)为了探究电流通过电阻产生的热量与电流的关系，小文设计了图甲装置，在烧瓶内安装一根电阻丝，实验中烧瓶内液体选择了煤油而不是水，理由是 ；
(2)小文先测量烧瓶内液体的温度后，闭合开关，通电30s再测量烧瓶内液体的温度；然后移动滑动变阻器滑片改变电流大小，重复上述操作（见表）：
实验次数 电流I/A 通电时间t/s 电阻R/Ω 温度升高量Δt/℃
1 0.3 30 10 1.5
2 0.6 30 10 60
由此得出：同一导体，在时间相等时， 越大，其产生的热量越多；
(3)若要探究电流通过电阻产生的热量与电阻的关系，可选择乙图中 （选填“A”或“B”）烧瓶中的电阻与甲图中的烧瓶电阻串联；
(4)小明提议利用上述实验装置改做“比较水和煤油的吸热能力”的实验，则他应选择乙图中 （选填“A”或“B”）烧瓶与甲图中的烧瓶并联，并将其中一烧瓶中的液体换成 相同的水。
【答案】(1)煤油的比热容小，吸收相同的热量时，温度的变化比较大 (2)电流 (3)B (4)A 质量
【详解】（1）煤油比水的比热小，吸收相同的热量时，煤油的温度变化比较大，温度计示数变化明显，实验效果比较好。
（2）由表格数据知，电阻相同，通电时间相同，电流越大，温度升高量越大，说明电流产生热量越多。
（3）探究电流产生热量多少跟电阻的关系时，应控制电流和通电时间不变，改变电阻的大小。由于串联电路中电流处处相等，通电时间相同，所以选择乙图中的B电阻与甲图中的烧瓶电阻串联。
（4）[1][2]“比较水和煤油比热容的大小”时，根据Q=cmΔt，可以采用质量相同，吸收热量相同的不同物质，所以选择A烧瓶与甲图中的烧瓶连接，由于电阻相同，和甲图烧瓶并联时，电压也相同，相同时间内电流产生热量相同，并将其中一烧瓶中的液体换成质量相同的水。
18．如图甲所示为一个超声波加湿器，如图乙所示为其内部湿度监测装置的简化电路图。已知电源电压为12V，定值电阻R0的阻值为30Ω，电流表的量程为0～200mA，湿敏电阻R的阻值随湿度RH变化的关系图象如图丙所示，其阻值最大为100Ω。在电路安全工作的前提下，求：
(1)当电压表示数为9V时，空气湿度是多少？
(2)湿敏电阻R允许接入的最小电阻是多少？
(3)当空气湿度保持为50%时，湿敏电阻R工作10分钟产生多少热量？
【答案】(1)80% (2)30Ω (3)640J
【详解】（1）由图乙可知，定值电阻R0与湿敏电阻R串联，电压表测湿敏电阻R两端的电压，电流表测量电路中的电流。当电压表示数为9V时，由串联电路的电压特点可得，R0两端的电压为
此时通过R0的电流为
串联电路中各处的电流相等，所以通过R的电流
此时R的阻值为
由图丙知，此时的空气湿度为80%。
（2）湿敏电阻R的阻值越小，电路中的电流越大，根据题意可知电路允许通过的最大电流为200mA＝0.2A，根据欧姆定律可得，此时电路的最小总电阻
根据电阻的串联规律可得，此时R的最小阻值
（3）由图丙可知湿度为50%时R的阻值为60Ω，根据电阻的串联规律和欧姆定律可得，电路中的电流为
湿敏电阻R工作10分钟产生的热量
19．如图所示，电源电压为6V，且保持不变，已知滑动变阻器的最大阻值是50Ω，滑片P在变阻器的最左端时，电流表的示数为0.6A，求：
(1)R1的电阻；
(2)经过2s，R1产生的热量有多少？
(3)若滑片P移动到变阻器的最右端时，滑动变阻器的功率是多大？
【答案】(1)； (2)； (3)0.5W
【详解】（1）如图所示，R1和滑动变阻器R2串联，电流表测通过电路的电流，电压表测R2两端的电压，滑片P在变阻器的最左端时，电路中仅有R1，由可得R1的电阻为
（2）由可得，R1产生的热量
（3）当滑片P移动到变阻器的最右端时，根据串联电路电阻关系可得，电路的总电阻为
由可得此时通过电路的电流为
由可得，滑动变阻器的功率为
20．图甲为电子台秤原理图，定值电阻R0=15Ω，图乙是压敏电阻R受到压力F和压敏电阻的变化关系图像，电源电压恒为12V，电流表的量程为0.6A。（忽略秤盘的质量，g取10N/kg）求：
(1)测量质量为2kg时，电流表的示数；
(2)质量为2kg的物体放在台秤上，10s内电阻R0产生的热量；
(3)该台秤能够测量的最大质量。
【答案】(1)0.24A (2)8.64J (3)10kg
【详解】（1）如图，定值电阻和压敏电阻串联，电流表测量电路中的电流。R受到的压力等于待测物体的重力，测量质量为2kg时，压力为F=G=mg=2kg×10N/kg=20N
由图乙可知：压敏电阻R的阻值为35Ω，电路的总电阻
电流表的示数
（2）10s内电阻R0产生的热量为
（3）电流表的量程为0.6A，则当电路中的电流为0.6A时，由欧姆定律知，此时电路的总电阻最小，最小值为
压敏电阻的阻值为
对照图像查出压敏电阻受到的压力为100N，即待测物体的重力为100N，则该台称能够测量的最大质量为
【链接中考】
1．（2025·江苏苏州·中考真题）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．的电功率大于的电功率
【答案】B
【详解】A．由图像可知，a、b沸点不同，所以a、b不是同种物质，故A错误；
CD．电热丝的阻值大于的阻值，工作电压相同，根据，的电功率小于的电功率，因为是纯电阻电路，根据可知相同时间产生的热量少于产生的热量，电热丝产生的热量均被液体吸收，所以相同时间内a吸收的热量少于b吸收的热量，故CD错误；
B．相同时间内a吸收的热量少于b吸收的热量，由图像可知，沸腾前相同时间内a升高的温度大于b升高的温度，且液体a的质量大于b的质量，根据可知a的比热容小于b的比热容，故B正确。
故选B。
2．（2025·四川眉山·中考真题）如图所示，电源电压保持不变，的最大阻值为。闭合开关，当滑动变阻器的滑片在中点时，的功率为；将滑动变阻器的滑片移动到最右端，电流表的示数与滑片在中点时的示数之比是。此过程中，下列判断正确的是（　　）
A．电压表示数为
B．滑片在中点时电流表的示数为
C．在中点时，内产生的热量
D．电路的最小功率为
【答案】D
【详解】A． 的最大阻值为，滑动变阻器的滑片在中点时，的阻值为，设电源电压为，电流表的示数与滑片在中点时的示数之比是，则有
解得。闭合开关，当滑动变阻器的滑片在中点时，的功率为，由得
又由于并联电路，则电源电压等于两端电压，即
故A错误；
B．由电路图可知测所在支路的电流，则滑片在中点时电流表的示数为
故B错误；
C．在中点时，内产生的热量
故C错误；
D．由可知，电压一定，电阻最大时，功率最小，滑动变阻器的滑片移动到最右端时，电阻最大。最小功率为
故选D。
3．（2025·安徽·中考真题）图示电路中，电源电压保持不变，、均为定值电阻，其中。闭合开关，电流表的示数为，通电整个电路共产生的热量，则电阻产生的热量为 。
【答案】2
【详解】由图可知，闭合开关后，电路为并联电路，电流表测的电流，则通电，产生的热量为
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
4．（2025·四川德阳·中考真题）如图所示，电源电压恒定为，定值电阻，电流表量程为，电压表量程为，滑动变阻器的最大阻值为。若闭合开关S和，且滑动变阻器的滑片P置于中点时，在内产生的热量为 ；若闭合开关S和，在保证各元件安全的情况下，电路的最小电功率和最大电功率之比为 。
【答案】 240 1∶2
【详解】[1]闭合开关S和，且滑动变阻器的滑片P置于中点时，电阻R1和变阻器R串联，电压表测量R两端的电压，电流表测量电路中的电流，电路中的电流
在内产生的热量为Q1=I2R1t=(0.2A)2×20Ω×5×60s=240J
[2]若闭合开关S和，电阻R0和变阻器R串联，电压表测量R两端的电压，电流表测量电路中的电流，电流表量程为，电路中的最大电流是0.6A，电路的最大电功率P大=UI大=6V×0.6A=3.6W
电压表量程为，电压表的示数是3V时，由串联分压可知，变阻器连入电路的电阻最大，电路的总电阻最大，由可知电路中的电流最小，由串联电路电压的规律和欧姆定律可知电路中的最小电流
电路的最小电功率P小=UI小=6V×0.3A=1.8W
电路的最小电功率和最大电功率之比为P小∶P大=1.8W∶3.6W=1∶2
5．（2025·江苏连云港·中考真题）如图是某种家用电暖器的铭牌。求这种电暖器：
XXX牌电暖器
额定电压
额定频率
额定功率
(1)正常工作时的电流；
(2)正常工作时内部电热丝的电阻；
(3)在额定电压下工作产生的热量。
【答案】(1)5A (2) (3)
【详解】（1）已知电暖器工作时的电功率是1100W，则正常工作时的电流为
（2）正常工作时内部电热丝的电阻为
（3）在额定电压下工作产生的热量为
6．（2025·江西·中考真题）如图所示，电源电压恒为9V，R1为定值电阻，为电阻箱（能够表示出阻值的变阻器）。
(1)闭合、断开，电流表的示数为，求的阻值和工作100s产生的热量；
(2)把电阻箱的阻值调为，闭合和，电流表的示数为，求两端的电压和通过的电流。
【答案】(1)， (2)，
【详解】（1）闭合、断开，只有R1和电流表接入电路中，的阻值
工作100s产生的热量
（2）闭合和，R1与并联，电流表测量干路中的电流，两端电压
由并联电路的特点可知通过R1的电流不变，由并联电路电流的规律得到通过的电流

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